Linearmodule gewährleisten Präzisionshandling von Transformatorkern-Blechteilen Genauigkeit für Große - KEM

Linearmodule gewährleisten Präzisionshandling von Transformatorkern-Blechteilen

Genauigkeit für Große

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Wer sich wie die Tuboly-Astronic AG mit der Entwicklung, Herstellung und Installation sowie dem weltweiten Service von Wickelmaschinen und Anlagen für die Transformatorenkern-Herstellung befasst, muss in ganz anderen Dimensionen denken und handeln als es sonst in der Blechverarbeitung üblich ist. Großformatige Elektro- oder Transformatorenbleche reproduzierbar exakt und dynamisch zu handhaben, erfordert hier robust-massiven Maschinenbau und leistungsfähige Maschinenelemente. Die eingesetzten Linearmodule erfüllen diese Anforderungen.

Bei dieser Anwendung geht es um vergleichsweise große Systeme für die Energie- und Elektroindustrie, über welche die Kundenversorgung mit Strom regional bis landesweit sichergestellt wird. Das Schweizer Technologie- und Engineering-Unternehmen Tuboly-Astronic AG mit Sitz in Dottikon und Frauenfeld zählt weltweit zu den führenden Anbietern von Maschinen- und Anlagen für rationelle Fertigungstechnik in der Elektroindustrie.

Für für die Produktion von Transformatorenkern-Blechen gibt es zwar mehr oder weniger standardisierte Baugruppen und Subsysteme, jedoch handelt es sich eigentlich bei jedem Projekt um eine kundenspezifische Lösung mit entsprechend hohem Sondermaschinen-Anteil.
Standard-Linearführungen für individuelles Blechhandling
Besonders deutlich wird dies am Beispiel einer Anlage für die Herstellung von Transformatorenkern-Blechen, die jeweils aus einer Querteilanlage und weitergehend aus einem Handling- und Positioniersystem für die lagenweise Aufstapelung der E-Bleche bestehen. Dabei werden die Bleche ab Coil in mehreren Arbeitsstationen gerichtet und auf Länge sowie auf Gehrung geschnitten. Die Bleche werden danach per Handling- beziehungsweise Stapelanlage in der sogenannten E-Stacking Unit lagenweise so präzise übereinander gelegt, dass nur ein Lagendifferenzabstand der Schnittkanten von maximal 0,5 mm toleriert wird. Das bringt in der Praxis einige extreme Anforderungen mit sich. Denn die jeweils fünf Bleche eines Transformatorkern- Blechpaketes sind je nach Größe des Trafos zwischen 650 und 3500 mm breit und nach dem Schneiden als Einzelteile bis zu 6000 mm lang. Bei Blechdicken zwischen 0,2 und 0,35 mm wiegen die geschnittenen Teile bis zu 50 kg. Weil die labilen Blechteile bei Verfahr- und Positioniergeschwindigkeiten bis 3 m/s doch sehr dynamisch bewegt werden, müssen die Magnetgreifer-Systeme nicht nur entsprechend zahlreich, sondern auch stabil und steif ausgelegt werden. Dementsprechend wiegen die Greifersysteme und die zu stapelnden Blechteile zusammen bis zu 500 kg, was wiederum bei der Konstruktion des Handling-Systems, der Auswahl und Auslegung der Antriebe, Führungssysteme und Maschinenelemente zu berücksichtigen ist. Hier arbeitet das Unternehmen seit über 10 Jahren mit dem Geschäftsbereich INA-Lineartechnik der Schaeffler Gruppe Industrie zusammen, so auch bei der Konstruktion und Ausrüstung einer weiteren Anlage zur Transformatorenkern-Herstellung vom Typ AF-1000-ET5500.
Nach Bedarfsklärung und Analyse entschieden sich Andreas Dietrich, Mechanical Design bei Tuboly-Astronic AG, und Walter Ehrbar, Anwendungstechnische Beratung bei Hydrel GmbH, Landesgesellschaft der Schaeffler Gruppe für den Einsatz von mehreren INA-Linearmodulen der Standard-Baureihe MKUSE-25 beziehungsweise von Tandem-Linearmodulen des Typs MDKUSE-25. Der Nutzhub des Linearmodule MKUSE-25 ist dabei bis zu 7600 mm lang. Bei den Tandemmodulen MDKUSE-25 wurde sogar ein Nutzhub bis zu 10.200 mm realisiert.
Tandem-Linearmodule mit über 10 000 mm Nutzhub
Die Anlage ist für die flexible Trafoblechbearbeitung mit Blechbreiten ab min. 80 und bis max. 1000 mm konzipiert. Das Handling muss für die lagenweise Positionierung so aufgebaut werden, dass eine präzise Stapelung bei Jochlängen von 5500 mm und Schenkellängen bis 4000 mm möglich ist.
Andreas Dietrich: „Da wir jedes einzelne Blech nach dem Schneiden exakt aufnehmen, je nach Lage durch einen Schwenkvorgang richtig positionieren, befördern und dann auf dem vorgesehenen Stapel platzieren müssen, brauchen wir für das freie und positionsgerechte Handling großformatige Anlagen mit entsprechenden Verfahrwegen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Blechteile Joch I und Joch II bis zu 5000 mm sowie die Blechteile Säulen I, II und III bis zu 4000 mm lang sein können.“ Das Blechteilehandling muss fast unabhängig von Länge und damit verbundener Labilität mit bis zu 3 m/s sehr dynamisch ablaufen. Dabei soll das Teilehandling aber nicht den Produktions- beziehungsweise Zuschneideprozess beeinträchtigen. „Da braucht es schon höchst leistungsfähige Linearführungen, die wir in Gestalt der Komplett-Linearmodule von INA als einbaufertige Systeme erhalten und nur noch montieren müssen“, so Dietrich.
Die einzelnen Bleche sind je nach Trafokern-Konstruktion sowohl mit 90°- als auch mit Gehrungsschnitten versehen, um möglichst wenig Material zu verbrauchen und den Verschnitt auf ein Minimum zu begrenzen. Demnach gilt es, jedes Blech einzeln aufzunehmen und auf die Ablageposition hin genau auszurichten. Dies geschieht durch Schwenken oder Drehen und Verfahren in X- und Y-Richtung.
Zudem muss das Ablegen der Blechteile, und hier vor allem jener mit Gehrungsschnitten, nach dem „Step-Lap-Prinzip“ aus dem vorprogrammierten Blechteile-Fertigungsablauf jeweils um einige Millimeter (max. 5 mm) versetzt erfolgen, damit keine elektromagnetischen Kurzschlüsse entstehen. So ist bei jeder Blechstapellage darauf zu achten, dass auf das Maß genau produziert, lagerichtig orientiert und schließlich präzis ablegt wird. Der Luftspalt zwischen den Blechen darf nicht mehr als 0,5 mm betragen.
Hier kamen die Anlagenentwickler angesichts der vergleichsweise sehr großen und ziemlich labilen Blechteile, die eine entsprechende Anlagendimension erfordern, in einen technischen Grenzbereich, der durch den Einsatz der passenden Linearsysteme gelöst wurde.
Über alle Projektphasen durchgängig betreut
„Um den hohen Anforderungen an Verfahr-Geschwindigkeiten und Dynamik sowie die Beherrschung der Massenträgheitsmomente bei sehr unterschiedlichen Lasten zu ermöglichen, werden nur ausgesuchte und bewährte Produkte von erfahrenden Lieferanten verbaut. Nur so kann eine hohe mechanische Stabilität und Langzeitpräzision im Betrieb unserer Anlagen garantiert werden“, betonte Dietrich. „Zudem ist es für uns wichtig, dass wir bei Bedarf sehr schnell und nachhaltig technische Unterstützung erhalten. INA hat beispielsweise die Auslegungs-Berechnung – ausgehend von unseren Gewichtsangaben – mit einem Verfahr-Diagramm erstellt. Wir erhielten klare Handlungsanweisungen bezüglich Tribologie und den damit verbundenen Wartungs- und Schmierzyklen.“
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