Von der Forschung bis zur industriellen Fertigung. Das Unternehmen Johnson Electric International hat in Zusammenarbeit mit dem iRAP-Institut der Hochschule für Technik und Architektur Freiburg eine Technologie entwickelt, mit der die Herstellung von Magnetrotoren vereinfacht werden kann. Seit dem Projektabschluss im Jahr 2019 konnte das Freiburger Unternehmen die entwickelte Technologie industriell umsetzen.
Johnson Electric International mit Sitz in Murten entwickelt und produziert Antriebslösungen für die Automobilindustrie. Es handelt sich vor allem um kleine Antriebe (Aktuatoren), die man beispielsweise in den Modulen von Klimaanlagen findet. Die Antriebe enthalten Elektromotoren, die von Magnetrotoren angetrieben werden. Sie bestehen aus mehreren Teilen: einer Achse, einem magnetischen Zylinder und einem Antriebsritzel. Das traditionelle Fertigungsverfahren von Rotoren erfordert heute mehrere Schritte, etwa Herstellung, Magnetisierung und Montage. Um die Kosten zu senken und eine kontinuierliche und kostengünstige Produktion grosser Stückzahlen in der Schweiz zu gewährleisten, wollte Johnson Electric einen vollständig integrierten Produktionsprozess für die Rotorherstellung in einem Schritt entwickeln.
Dank der Unterstützung von Innosuisse konnte die Firma ihr Ziel verwirklichen. In Zusammenarbeit mit dem Institut für angewandte Forschung in der Kunststofftechnik (iRAP) der Hochschule für Technik und Architektur Freiburg (Mitglied der Fachhochschule Westschweiz HES-SO) entwickelte sie einen Spritzgiessverfahren für magnetisierbares Material, das die Herstellung des Rotors in einigen wenigen Arbeitsschritten ermöglicht. «Beim Start des Projekts beherrschte Johnson Electric diese Technologie nicht», erklärt Enno de Lange, der für Johnson Electric das Projekt «AREEA» betreut. «Das iRAP, das über fundierte Kenntnisse in der Verarbeitung von hochgefüllten Polymeren sowie der integrativen Spritzgiesstechnik verfügt, war daher der ideale Partner für die Entwicklung dieser neuen Schlüsseltechnologie.»
«Eine der grössten Herausforderungen dieses Projekts bestand darin, im gleichen Spritzwerkzeug gleichzeitig eine zweiachsige Magnetisierung in durchzuführen, dies unter Berücksichtigung der Miniaturisierung und der Komplexität des magnetisierten Bauteils», erklärt Bruno Bürgisser, Professor an der Hochschule für Technik und Architektur Freiburg und Leiter vom Institut iRAP.
Industrielle Produktion in Aussicht
Die im Rahmen dieses Innosuisse-Projekts entwickelte Fertigungstechnologie ermöglichte es, den gesamten Magnetrotor in einem einzigen Produktionsschritt mit einer Spritzgiessmaschine herzustellen. Gleichzeitig wurde der Prozess so angepasst, um die Verwendung eines magnetischen Verbundstoffs zu ermöglichen, mit welchem die magnetischen Eigenschaften des Rotors erheblich gesteigert werden können, was zu einem energiesparenderen und leistungsstärkeren Antrieb führt. Die Industrialisierbarkeit dieser neuen Technologie wurde am Ende des Projekts 2019 im Labor vom Institut iRAP über die Fertigung einer Vorserie von ca. 5000 Magnetrotoren validiert.
Die zwei Jahre Forschung waren von Erfolg gekrönt. «Alle gesetzten Ziele wurden erreicht oder sogar übertroffen, ob es sich nun um die magnetischen Eigenschaften, die Produktionszeit, die Prozessstabilität oder die integrierte Montage handelte», erklärt Enno de Lange. «Übrigens wurde dank dem Projekt wertvolles Know-how über das Spritzgiessen des magnetischen Verbundstoffs erworben, sodass Johnson Electric diese Technologie industrialisieren und zur Herstellung einer neuen Generation von Antriebsmotoren verwenden konnte.»
Die Vorbereitungen für die Industrialisierung dieses neuen Produktionsprozesses begannen in Murten unmittelbar nach Abschluss des Projekts.
Wesentliche Erfolge für die Zukunft
Mit der Unterstützung von Innosuisse war es möglich, in kurzer Zeit ein Fertigungsverfahren zu entwickeln, das gleichzeitig auf mehreren technischen Innovationen beruht. «Diese Erfahrung wird Johnson Electric in die Lage versetzen, in Zukunft neue Produkte auf der Grundlage des erworbenen Know-hows zu entwickeln», meint Enno de Lange.
Letzte Änderung 13.06.2022
