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Maximilian Halwas

Maximilian Halwas, M.Sc.

Akad. Mitarbeiter
Bereich: Maschinen, Anlagen und Prozess-automatisierung
Sprechstunden: Nach Vereinbarung
Raum: 012, Geb. 50.36
Tel.: +49 1523 9502579
Maximilian HalwasRko2∂kit edu

76131 Karlsruhe
Kaiserstraße 12


Maximilian Halwas, M.Sc.

Forschungs- und Arbeitsgebiete

  • Elektromaschinenbau
  • Wickeltechnik

 

Projekte:

  • NeWwire - Neuartige serienflexible Wickelverfahren für die wirtschaftliche automatisierte Fertigung von hoch performanten elektrischen Maschinen

 

Lebenslauf:

seit 07/2017 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Produktionstechnik (wbk) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT)
02/2015 - 06/2017 Studium des Maschinenbaus (M.Sc.) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
10/2010 - 01/2015 Studium des Maschinenbaus (B.Sc.) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

 

Veröffentlichungen

[ 1 ] Peter, M.; Halwas, M.; Schigal, W. & Fleischer, J. (2017), „Entwicklung eines serienflexiblen Wickelverfahrens“. 9. Expertenforum Elektrische Fahrzeugantriebe, Hrsg. Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA), S. 91-94.
Abstract:
Die Anforderungen an E-Motoren für den automobilen Einsatz unterscheiden sich von den industriellen deutlich. Für automobile Anwendungen besteht noch sehr großer Optimierungsbedarf. Hierbei gilt es, unter anderem den Wirkungsgrad, die Leistungsdichte und das -gewicht weiter zu verbessern. Im Stator des E-Motors wird das magnetische Drehfeld erzeugt. Diese Komponenten bestimmen daher in hohem Maße sowohl die Leistungs-, als auch die Qualitätskenngrößen und werden im Folgenden näher betrachtet. Aufgrund der höheren Motordrehzahlen, die bei der Anwendung in vollelektrischen oder parallel-hybriden Fahrzeugen auftreten, hat sich der Vollblechschnitt als vorteilhaft erwiesen. Aufgrund der größeren Relevanz für künftige E-Antriebe fokussiert sich die hier vorgestellte Arbeit auf neue Wickelverfahren für einen Vollblechschnittstator zur Verbesserung der Qualitäts- und Leistungskenngrößen. Ziel ist hierbei die Reduktion der Kupferverluste, die durch die Wicklungsart beeinflusst wird.

[ 2 ] Halwas, M.; Hofmann, J.; Fleischer, J.; Riehm, C.; Spieker, C.; Fister, M.; Stoehr, G.; Wist, A.; Sell-Le Blanc, F.; Weiße, L.; Jovanovski, J. & Kehl, N. (2018), „Entwicklung eines parallelen Technologie- und Produktentwicklungsprozesses“, wt Werkstattstechnik online, Nr. 5, S. 301-306. [29.05.18].
Abstract:
In dem folgenden Artikel wird die parallele Technologie- und Produktentwicklung am Beispiel der Wicklungsauslegung und -fertigung beschrieben. Diese findet im Rahmen des Förderprojektes NeWwire (Neuartige serienflexible Wickelverfahren für die wirtschaftliche automatisierte Fertigung von hoch performanten elektrischen Maschinen) statt. Ziel des Forschungsprojekts NeWwire ist die Entwicklung sowie Auslegung eines neuartigen Wickelverfahrens zur automatisierten Fertigung von Elektromotoren im Hochleistungsbereich für den automobilen Einsatz. Hierbei stellt die effektive Wicklung im Stator zur Leistungssteigerung eine besondere Herausforderung dar.

[ 3 ] Halwas, M.; Binder, D. & Fleischer, J. (2018), „Systematische Analyse des Lagenaufbaus von Wicklungen in Nuten elektrischer Maschinen mittels räumlicher Bildgebung und maschinellen Lernens“, www.umformtechnik.net, S. 1-10. [15.01.19].
Abstract:
Der vorliegende Beitrag stellt einen neuartigen Ansatz vor, den Lagenaufbau innerhalb einer Wicklung systematisch zu analysieren. Hierbei wird die Computertomographie als bildgebende Prüfmethode angewandt. Prinzipien des maschinellen Lernens befähigen einen entwickelten Algorithmus zur benötigten Datenverarbeitung und Auswertung. This article presents a new approach to systematically analyse the layer structure within a winding. Computed tomography is thereby used as an imaging test method. Principles of machine learning enable a developed algorithm for the required data processing and evaluation.

[ 4 ] Halwas, M.; Ambs, P.; Marsetz, M.; Baier, C.; Schigal, W.; Hofmann, J. & Fleischer, J. (2018), „Systematic Development and Comparison of Concepts for an Automated Series-Flexible Trickle Winding Process“. 2018 8th International Electric Drives Production Conference (EDPC), Hrsg. IEEE, S. 1-7.
Abstract:
The electrification of the automotive powertrain leads to new challenges for the production of electric drives. The resulting requirements for efficiency and power density of electric traction drives are currently not sufficiently fulfilled. The stator as an essential component of an electric drive generates the magnetic rotary field. By virtue of this effect the stator winding has a great influence on the performance and efficiency of an electric drive. The “NeWwire” project, as a starting point of this article, is concerned with the development and design of a novel automated winding process for the production of effective stator windings in order to achieve the required improvement in efficiency and performance. Therefore the so-called trickle winding process which is currently mainly carried out manually is to be automated. The goal is the reproducible filling of stator grooves with high copper fill factors in the shortest possible cycle times. To achieve this goal, concepts for suitable plants were developed with the help of the development method according to VDI 2221. At the beginning, the manual trickle winding process was divided into its sub-steps which were examined in detail. By following suitable analogies, solutions for an automated process were found. Finally, possible solution paths of the morphological box were combined to concept ideas. The main focus of the article is on the results of the systematic development steps. For this purpose, functional samples were produced in form of prototypes, their properties analyzed regarding the wire contribution and compared in several test series. The evaluation of these test series closes the main part of the paper.

[ 5 ] Wirth, F.; Hausmann, L.; Halwas, M.; Hofmann, J.; Mayer, D.; Wößner, W. & Fleischer, J. (2019), „Optimierte Fertigung elektrischer Traktionsmotoren durch Technologien der Industrie 4.0“. Future Mobility: automatisiert - vernetzt - elektrisch, Hrsg. Technische Akademie Esslingen e.V., S. 1-14.
Abstract:
Striktere Emissionsvorgaben der Europäischen Union sowie die Endlichkeit fossiler Energieträger werden in der kommenden Dekade zu einem steigenden Absatz elektrifizierter Antriebsstränge führen. Damit die wachsende Nachfrage nach leistungsfähigen Traktionsmotoren sowie die hohen Anforderungen bezüglich Stückzahl und Qualität erfüllt werden können, müssen die innovativen aber vielmals noch unreifen Fertigungsprozesse für den industriellen Einsatz befähigt werden. Die Integration neuartiger Technologien der Industrie 4.0 in die Produktionskette stellt einen vielversprechenden Ansatz zur Lösung dieser Probleme dar. Durch eine digitale Prozessabsicherung können Wickelverfahren vor deren hardwareseitiger Erprobung bewertet und optimiert sowie Inbetriebnahmezeiten verkürzt werden. Zudem gestattet der digitale Zwilling sowohl eine prädiktive Prozesssteuerung als auch die isolierte Betrachtung von Einflussgrößen und darauf basierende Ableitung von Regelungsstrategien. Methoden des maschinellen Lernens und intelligente Algorithmen ermöglichen die Bewertung bislang unbekannter, produktseitiger Merkmale, wie den Lagenaufbau von Leitern in den Nuten von Blechpaketen, sowie die Einhaltung enger Qualitätsvorgaben durch angepasste Montagestrategien.

[ 6 ] Hofmann, J.; Halwas, M.; Weinmann, H.; Wößner, W.; Schäfer, J.; Hausmann, L.; Wirth, F.; Storz, T. & Schild, L. (2019), „Transformationshub Elektromobilität in Baden-Württemberg“ in Auf dem Weg zur Elektromobilität – Wettbewerbsfaktor Produktionstechnik , Hrsg. Fleischer, J.; Lanza, G.; Schulze, V. & , ., Shaker, Berlin, S. 1-29. ISBN/ISSN: 978-3-8440-6953-2
Abstract:
Die Automobilindustrie steckt in einem Transformationsprozess un-geahnten Ausmaßes und Ausgangs. Ob durch striktere europäische Abgasgrenzwerte, den Zwang lokaler Emissionsfreiheit oder den Druck des chinesischen Marktes beim Kampf um eine neue Vorherrschaftsrolle - die Gründe deutscher Automobilisten zur Elektrifizierung sind vielschichtig und die Folgen kaum abschätzbar. Die Frage, ob neue Antriebstechnologien in den Markt eingeführt wer-den, stellt sich mittlerweile kein Automobilhersteller mehr, stattdessen verbleibt die Frage nach dem „wie“. Mit der diesjährigen wbk Herbsttagung „Auf dem Weg zur Elektromobilität – Wettbewerbsfaktor Produktionstechnik“ wollen wir die vorhandenen Chancen im Bereich der Produktionstechnik für die Elektromobilität aufzeigen und einen Beitrag dazu leisten, dass diese auch genutzt werden. Hochkarätige Impulsvorträge aus Industrie und Forschung schaffen die Diskussionsbasis für einen Informationsaustausch zur Elektromobilität. Die wbk-Herbsttagung bietet dabei eine Plattform für den Dialog zwischen Politik, Anwendern, Produzenten, Anlagenbauern sowie dem wbk als Forschungspartner vor Ort.

[ 7 ] Sell-Le Blanc, F.; Halwas, M.; Jäger, D.; Weiße, L.; Jovanski, J.; Kehl, N.; Hofmann, J. & Fleischer, J. (2019), „Feasibility Study for Enameled Round Copper Wire Compression within Slots of Electrical Machines“. 2019 9th International Electric Drives Production Conference (EDPC), Hrsg. IEEE, S. 1-9.
Abstract:
This paper discusses the compression of round magnet wires. The feasibility of forming operations within grooves of electrical machines after the winding process is investigated using a scientific methodology. This approach is motivated with the need for higher fill factors, comparable to the ones of hairpin technology. By using individual parallel conductors with higher number of turns, however, it is also possible to reduce frequency-dependent losses in higher drive speed ranges. In addition, the insulation layer quality for round wires is superior to the ones of profile wire due to the coating process, with the exception of extrusion insulations. This results in a better applicability of round wires for compression and higher voltage applications as well. At first, current state of technology is presented and applicable winding test procedures as well as a test setup is introduced. For experimental validation a model groove was designed and built. Possible groove design parameters are introduced and chosen according to a Design of Experiment approach (DoE). Different metrology approaches for the characterization of the insulation quality after processing and the resulting wire deformations are discussed. Significant input variables are pressing force, wire insulation thickness (measured in grades), number of turns per coil as well as wire diameter. Key output variables are the achieved fill factor improvement, the partial discharge voltage and the electrical resistance of the coil. The experimental plan, according to a full- factorial DoE, the chosen methodology and concluding results are being discussed based on main effect diagrams. In the outlook, the further investigation topics are outlined. It can be shown that the compression process of enameled round copper wires is well suited, up to a quality critical limit, for the production improvement of coils in grooves of electrical machines. The process therefore represents a promising approach to increase the fill factor, taking into account the electrical insulation properties of the winding. This first investigation can show that some electrical properties, such as partial discharge features, can even be improved in certain areas.

[ 8 ] Halwas, M.; Sell-Le Blanc, F.; Jux, B.; Doppelbauer, M.; Wirth, F.; Hausmann, L.; Hofmann, J. & Fleischer, J. (2019), „Coherences Between Production Technology and Performance of Electric Traction Drives“. 2019 9th International Electric Drives Production Conference (EDPC), Hrsg. IEEE, S. 1-9.
Abstract:
Coherences between production technology and performance of electric traction drives are published or based on experiential knowledge. The content of this paper shall represent an essential basis for intentions of improving future research and development purposes of production technologies for traction drives, but also of electric machine designs in general. The basic ambition of engineering a new manufacturing technology is to improve the performance of a product, taking several boundary conditions into account, like costs or cycle times. It has to be considered that the conflict area of production and performance are connected by physical characteristics, which are determined by the geometric and material compositions of the electric machine in this context. It is evident that the physical characteristics have a direct impact on the performance of electric machines. However, the production technology has a straight and unavoidable influence on the physical characteristic. An example for this is the slot fill factor, which is determined by the winding technology, but influences the performance of the machine significantly. First, known coherences between physical characteristics and performance of electric machines are considered. Therefore, an extensive summary of technical literature and publications at the current state of the art in science applications is used as a starting point. To give the best possible overview, a summary and visualization dependency matrix is created, in which the various elements of physical characteristic and the resulting performance of the electric machine are compared against each other. Next, the main influences of the different manufacturing processes on the characteristics of electric machines are presented, especially focusing on the winding technology. These contents are also transferred into the dependency matrix.