Reverse-Engineering am Beispiel von Elektromotoren

22.08.2017

Studierende erarbeiten Produktionsprozess für die Herstellung von Elektromotoren durch Reverse-Engineering

"Sie haben als Projektleiter die Aufgabe den Produktionsprozess für die Produktion eines Elektromotors aufzubauen. Zeigen Sie, wie Sie das realisieren und weisen Sie die Prozessfähigkeit nach."

So lautete die Projektaufgabe im Modul Aufbau und Betrieb technischer Prozesse 1 im Sommersemester 2017.

Auch in diesem Semester wurde die Aufgabenstellung sehr offen ohne konkrete Lösungsmethode noch Lösungsrezept vorgegeben. Den Studierenden standen jedoch unterschiedliche Motorentypen wie Schrittmotor, Universalmotor, bürstenloser Gleichstrommotor, Synchronmotor bis hin zur Asynchronmaschine für Analysen zur Verfügung.

Im Fachbereich ET werden in diversen Vorlesungen die theoretischen und praktischen Grundlagen zum Aufbau und Verhalten von Elektromotoren gelegt. Dazu gehören in der Vorlesung Prozessdynamik beispielsweise die Auslegung von Antrieben, in der Vorlesung Maschinen und Antriebe die Berechnung der Maschinen anhand von Ersatzschaltbilder und in den Vorlesungen zur Regelungstechnik die Modellierung, Simulation und Optimierung des Betriebsverhaltens.

Vor dem Hintergrund der aktuellen Nachrichtenlage, dass mehrere Europäische Länder in den nächsten Jahrzehnten im Straßenverkehr den vollständige Wechsel von Verbrenner- zu Elektromotoren vollziehen wollen [1], erschien speziell diese Projektaufgabe für das Sommersemester 2017 durchaus angebracht.

Während der Analysen wurden die Motoren zunächst in alle Einzelteile zerlegt, was naturgemäß nicht überall ganz einfach und teilweise auch nicht zerstörungsfrei möglich war. Auch ein gewisses Maß an handwerklichem Geschick war erforderlich und auch über das passende Werkzeug mussten sich die Studierenden Gedanken machen. Zu jedem Einzelteil und jeder Baugruppe waren standardmäßig die folgenden Fragen zu erörtern:

  • Welche Funktion hat das Werkstück in der Maschine?
  • Gibt es Besonderheiten, die auf den ersten Blick nicht ersichtlich sind?
  • Mit welchen Fertigungsprozessen können die Einzelteile und Baugruppen hergestellt werden?
  • Welche Werkzeugmaschinen sind erforderlich, um sie zu produzieren?
  • Sind Make Or Buy Entscheidungen zu treffen und woran können sie fest gemacht werden?

Zur Beantwortung dieser und vieler weiterer Fragen galt es Informationen zu finden. Die Studierenden konnten sich jedoch nicht mit pauschalen und trivialen Antworten zufrieden geben, sondern sind in Details eingestiegen, die nur zum Teil mit einer Recherche in bekannten Suchmaschinen beantwortet werden konnten. Der Grund dafür: Jedes Team hatte einen individuellen Motor und die Fragen waren speziell an diesem zu beantworten.

Die Ergebnisse und die Vorgehensweisen waren durchweg sehr gut. Die Maschinen wurden demontiert und das Reverse-Engineering sehr detailliert durchgeführt. Es wurden offensichtliche Prozesse, wie das Wickeln von Spulen oder das Gießen des Käfigs identifiziert. Weniger naheliegende Prozesse, wie das Härten, das Wuchten oder die Kaltumformung wurden ebenfalls herausgearbeitet. Für die umformenden Verfahren wurde Stanzfolgewerkzeuge skizziert und Maschinen für das Drahtziehen der Kupferwicklungen, Druck- und Spritzgießen von Zink- und Kunststoffwerkstücken bewertet und vorgeschlagen. So konnte letztendlich ein Maschinenpark für die Fertigung unterschiedlicher Motorentypen vorgeschlagen werden und die Prozesskette vom Halbzeug bis montierten und qualitätsgeprüften Maschine identifiziert werden.

Die Quellen für die erforderlichen Informationen reichten dabei von der heimischen Bibliothek über das Internet bis hin zu Herstelleranfragen in Europa, Asien und den USA. Durch den abschließenden Zusammenbau der demontierten Motoren offenbarte sich, dass es für die finale Montage ebenfalls noch weitere Herausforderungen zu meistern galt.

Die Projektarbeit war nur ein Teil der Vorlesung und letztendlich stellt sich natürlich die Frage: „Macht es Sinn einen solchen Praxisteil als Teil einer Vorlesung über Werkzeugmaschinen durchzuführen, und ist es erforderlich einen Motor dabei kaputt zu machen, wo man ihn doch als 3D Konstruktion einfach an die Wand projizieren könnte?“

Meine knappe persönliche Meinung: „Ja“.

Prof. Dr.-Ing. E. Engels

[1]http://www.zeit.de/wirtschaft/unternehmen/2017-07/grossbritannien-verbietet-diesel-und-benziner. Abgerufen am 17.08.2017

[Bildquellen: Asynchronmaschine (ASM): D. Herbert, F. Stolz; Schrittmotor (Stepper): K. Wenderoth, A. Weiß]

 

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