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Wilken Wößner, M.Sc.

Akad. Mitarbeiter
Bereich: Maschinen, Anlagen und Prozessautomatisierung
Sprechstunden: nach Vereinbarung
Raum: 012, Geb. 50.36
Tel.: +49 1523 9502631
Wilken WoessnerVpa5∂kit edu

76131 Karlsruhe
Kaiserstraße 12


Wilken Wößner, M.Sc.

Forschungs- und Arbeitsgebiete:

  • Montage und Auswuchten hochdrehender Permanentmagnetrotoren
  • Automatisiertes Einbringen von Papierisolationen in Statornuten
  • Auswirkung des Transformationsprozesses Elektromobilität auf kleine und mittlere Unternehmen

 

Projekte:

 

Versuchsstände:

 

Lebenslauf:

seit 10/2017 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Produktionstechnik (wbk) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 
10/2015 - 09/2017 Studium des Maschinenbaus (M.Sc.) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
10/2011 - 09/2015 Studium des Maschinenbaus (B.Sc.) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

 

Veröffentlichungen

[ 1 ] Wößner, W.; Stoll, J. .; Oliveira Flammer, M.; Wurster, P.; Peter, M. & Fleischer, J. (2018), „Intelligent Rotor Assembly Enabling Positive Balancing Concepts for High-Performance Permanent Magnet Rotors“. 2018 8th International Electric Drives Production Conference (EDPC), Hrsg. IEEE, S. 207-212.
Abstract:
The increasing electrification of vehicles poses new challenges to the automotive industry. Especially in highperformance applications, the drive system is designed for high rotational speeds, best dynamic behaviour and optimal power-to-weight ratio. However, most rotor designs for drivetrain application are commonly designed for negative balancing. In that case, balancing discs are used to enable the subtraction of a small amount of mass, thus balancing the rotor. The excessive mass of the balancing discs must cover all production deviations and leads to massive balancing discs with a weight ratio of up to 10 % for the overall rotor system. In order to reduce the weight and the installation space for permanent magnet rotors, this article presents an approach that allows to avoid excessive masses by using a rotor components arrangement with minimized unbalance followed by a positive balancing process. In preliminary investigations, the initial rotor unbalance occurring in a state-of-the-art assembly process was therefore significantly reduced by using an optimized selective assembly. Based on researched state-of-the-art positive balancing concepts, new positive balancing concepts are systematically developed, tested and evaluated for applicability in high-performing motors. It shows that the required balancing quality in high-performance applications (usually
[ 2 ] 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.

[ 3 ] Wößner, W.; Lorenz, M.; Hofmann, J.; Jux, B.; Langheck, A.; Doppelbauer, M. & Fleischer, J. (2019), „Unwucht hochausgenutzter Synchronmaschinen“, ZWF Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb, Band 114, S. 464-468. https://www.hanser-elibrary.com/doi/10.3139/104.112127
Abstract:
In der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung sowie der elektrifizierten Mobilität steigt die Bedeutung der Lebensdauer hochausgenutzter elektrischer Maschinen. Eine sich im Betrieb einstellende Änderung der Rotorunwucht kann diese deutlich verkürzen. Aktuelle Herausforderungen beim Auswuchten hochausgenutzter Synchronmaschinen werden daher vorgestellt. Die Relevanz dieser Problematik wird anhand einer Industriebefragung diskutiert und ein modellbasierter Lösungsansatz vorgestellt.

[ 4 ] 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.

[ 5 ] Wößner, W.; Peter, M.; Hofmann, J. & Fleischer, J. (2019), „Model-based assembly optimization for unbalance-minimized production automation of electric motors“. Advances in Production Research, Hrsg. Schmitt, R. & Schuh, G., S. 551-562.
Abstract:
Existing electric motors of higher power are optimized for driving stationary systems and are therefore generally too heavy, too large and too expensive for use in vehicles. New production processes are needed to ensure the cost efficient production of light-weight electric drives. This article presents an approach to reduce the rotor mass of permanently excited synchronous motors (PSM) by using a model-based optimized assembly procedure for rotor components. It aims to create savings in weight and winnings in dynamics by omitting the use of balancing discs that are usually needed to store mass for a costly balancing process. Investigations on two separate rotor designs are carried out to analyse whether the required balancing grade can be reached through an optimized assembly of the rotor components. For the first rotor design, an analysis of the unbalance state of all main rotor components (shaft, rotor discs and magnets) was carried out in order to validate the prediction of the resulting unbalance of the complete rotor. Improvement measures regarding the description of measuring and assembly deviations are listed and put into practice for the preparation of new investigations with a rotor design that sets higher demands to the desired residual rotor unbalance.

[ 6 ] Hofmann, J.; Blanc, F.; Wößner, W.; Vishnuram, E.; Köhn, H.; Lepold, A.; Weber, T.; Schüttler, T.; Busch, P. & Fleischer, J. (2019), „Development of a new model based servo-controlled wire tensile force control for stator winding applications“. Proceedings of 2019 9th International Electric Drives Production Conference (EDPC), Hrsg. IEEE, S. 1-6.
Abstract:
Due to the electrification of the automotive powertrain new challenges in production technology must be faced. For direct winding processes of non-circular bobbins, the control of the wire tensile force is crucial for the winding quality and displays one of the greatest challenges. Within this paper a new approach to control the tensile force along the winding trajectory will be introduced. As a first use case, the application of this approach for linear winding technology is presented. The potential of the model based servo-based wire tensile force control is demonstrated through systematic winding experiments. Since the control strategy does not solely rely on a measurement of the wire tensile force but also on the modeled behavior of the wire length, precision winding schemes can be achieved at significantly increased winding speeds. Secondly the transfer of this technology to the more complex multi axis needle winding kinematics will be presented. Finally the implementation of the control strategy in the needle winding machine will be shown and a validation with winding experiments is provided.

[ 7 ] Wößner, W.; Uhl, E.; Hofmann, J. & Fleischer, J. (2019), „Sensitivity Analysis and Validation of the Intelligent Assembly Process for Permanent Magnet Rotors with the Balancing Grade G 2.5“. 2019 9th International Electric Drives Production Conference (EDPC), Hrsg. IEEE, S. 15-20.
Abstract:
An increased range of electric vehicles not only sets high demand to the chosen concept for energy storage but also implies that electric motors with high power-to-weight ratio need to be employed. A possible approach for weight reduction in a permanent magnet synchronous machine is an intelligent assembly of the rotor components followed by a positive balancing process. This approach allows to predict and minimize the rotor unbalance, resulting in a reduction in size of balancing discs that can account for up to 10 % of the rotor mass. A higher potential in reduction of the rotor mass lies in the ability to dispense entirely with balancing discs and the subsequent balancing process. This paper analyses whether a balancing grade of G 2.5 can be achieved through intelligent assembly. In a first step, the required measuring and mounting steps are presented. Possible measuring and mounting uncertainties are identified and quantified through literature, simulation and experimental results, allowing a sensitivity analysis of the entire process chain. The results of this analysis are used to identify the measuring and mounting steps with the highest influence on the deviation between an expected and measured rotor unbalance. For magnet assembly, a good model validity is achieved. Errors in perpendicularity between lamination stacks and shafts are found to have a high influence on the reachable rotor unbalance and therefore offer room for further improvement of the approach.