Herzlichen Glückwunsch an Stephan F. Beitlich zur Diplomverteidi­gung

Am 09. November 2026 verteidigte Stephan Franz Beitlich seine Diplomarbeit mit dem Titel „Erhöhung der thermischen Prozessstabilität einer experimentellen Wickelmaschine für Luftspulen/ Zylinderspulen“. Die Arbeit entstand in Kooperation mit der Maxon Motor AG und wurde von Nico Steinert (Maxon Motor AG) und Dr.-Ing. Simon Unz (TU Dresden) betreut. Verantwortlicher Hochschullehrer war Prof. Dr.-Ing. Michael Beckmann (TU Dresden).

Im Mittelpunkt der Arbeit stand die Optimierung des Herstellungsprozesses freitragender Luftspulen, die in kundenspezifischen elektrischen Antriebslösungen unter anderem in der Medizintechnik, der Industrie sowie in aktiven Bremssystemen zum Einsatz kommen. Bei ihrer Herstellung wird kunststoffbeschichteter Draht während des Wickelprozesses konvektiv erwärmt, sodass die einzelnen Windungen miteinander verschmelzen. Eine besondere Herausforderung stellt dabei der thermische Anlauf der Wickelmaschine dar: Ist die Anlage noch nicht ausreichend aufgeheizt, können sich die ersten Windungen unzureichend verbinden und lose bleiben.

Thermisches Verhalten modellieren und Prozessparameter untersuchen

Ziel der Arbeit war es, das instationäre Erwärmungsverhalten von Draht, Beschichtung, Wicklung und relevanten Anlagenkomponenten zu untersuchen und daraus Möglichkeiten zur Prozessoptimierung abzuleiten. Hierfür entwickelte Herr Beitlich ein vereinfachtes Wärmetransportmodell und führte umfangreiche Versuche an der Wickelmaschine durch. Insgesamt wurden 103 Spulen aus 13 Versuchsserien sowie zahlreiche Temperatur- und Widerstandsmessungen ausgewertet.

Im Mittelpunkt standen unterschiedliche Strategien zur Verbesserung des Produktionsanlaufs. Untersucht wurden unter anderem die externe Vorwärmung des Wickeldorns, separate Aufheizprogramme und eine verlängerte, direkt in den Wickelprozess integrierte Aufheizphase. Darüber hinaus analysierte die Arbeit den Einfluss von Prozessparametern wie Heiztemperatur und Drahtvorschubgeschwindigkeit auf die Qualität des Windungsverbunds.

Integrierte Vorwärmung zeigt deutliche Verbesserungen

Die Versuchsergebnisse zeigen, dass insbesondere eine thermisch kontinuierliche, in den Prozess integrierte Vorwärmung die Qualität der Spulen beim Produktionsanlauf verbessern kann. Bei einer untersuchten Drahtstärke von 0,10 mm sank die Zahl der Spulen mit unzureichendem Windungsverbund im Verlauf der Versuchsreihen deutlich. In einem Versuch mit integrierter Vorwärmung erfüllten schließlich alle fünf untersuchten Spulen – einschließlich der ersten gefertigten Spule – die festgelegte Verbundgrenze.

Auch das entwickelte thermische Modell lieferte wichtige Erkenntnisse zum Aufheizverhalten der Anlage. Ergänzende numerische Untersuchungen verdeutlichten jedoch, dass die Berechnungsergebnisse stark von den thermischen Randbedingungen abhängen und weitere Validierungen erforderlich sind.

Als wesentliche Optimierungsmaßnahmen wurden eine integrierte Vorwärmung sowie eine gezielte Anpassung der Einwirkzeit während des Produktionsanlaufs identifiziert. Dabei zeigte sich, dass kein allgemeingültiger Temperaturschwellwert festgelegt werden kann. Entscheidend ist vielmehr das Zusammenspiel von Temperaturverlauf, Prozesszeit und den jeweiligen Fertigungsbedingungen.

Die Arbeit schafft damit eine Grundlage für einen zuverlässigeren und flexibleren Fertigungsprozess. Künftig können die gewonnenen Erkenntnisse dazu beitragen, auch bei unterschiedlichen Spulengeometrien und Drahtmaterialien geeignete Prozessparameter gezielter einzustellen.

Wir gratulieren Herrn Beitlich herzlich zu seinem Erfolg und wünschen ihm auf seinem weiteren Weg alles Gute.