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Transformatorenkern-Stapelanlage zum Anschluss an eine Transformatorenblech-Schneid- und Stanzanlage sowie Verfahren zum Betrieb der Transformatorenkern-Stapelanlage
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Die Erfindung betrifft eine vollautomatische Transformatorenkern-Stapelanlage zum Anschluss an eine Transformatorenblech-Schneid- und Stanzanlage mit einem Auslauftransportband zum Transport von geschnittenen Blechen und mit einer Stapelstation für einen aus mehreren einzelnen Lagen bestehenden Transformatorenkern sowie ein Verfahren zum Betrieb der Transformatorenkern-Stapelanlage.
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Die überwiegende Anzahl der Transformatorenkerne für beispielsweise Verteiler- oder Leistungstransformatoren besteht aus einer Fünf-Schenkel-Konstruktion. Gestapelt wird zu einem ”E” mit separatem Jochpaket. Dieses separate Jochpaket wird nach Montage der Spule um den Mittelschenkel zu einem geschlossenen Transformatorenkern manuell eingeschachtelt. In geringerem Maße werden auch 1-Phasen-Transformatorenkerne in offener C-Form verlegt.
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In der 1 ist ein Stapel für einen derartigen bekannten E-Kern 6 mit separatem Jochpaket einer Fünf-Schenkel-Konstruktion für einen mittleren Leistungstransformator von 1000 kVA in Step-Lap-Ausführung und Neun-Stufenlage dargestellt. Der Stapel 6 weist drei Schenkel mit Blechen 1 bis 3 auf, die durch ein erstes Joch von Blechen 4 verbunden sind. Ein zweites Joch mit Blechen 5 liegt parallel zu den Blechen 4 des ersten Jochs. Dieses zweite Joch mit den Blechen 5 wird zum Schluss bei der Fertigstellung des Transformators an den offenen Schenkeln des E-Kerns 6 in bekannter Weise eingeschachtelt.
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Die 2 zeigt den Mittelschenkel des E-Kerns 6 mit den Blechen 2 im Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A der 1. Da wird der Aufbau in neun Stufen 7 erkenntlich, d. h. das den Mittelschenkel mit den Blechen 2 bildende Paket besteht aus mehreren Lagen gleichgroßer dünner Bleche, die zusammen eine der Stufen 7 bilden. Beginnend mit einer Lage mit kleinen Blechen folgt eine Lage mit nächst größeren Blechen, bis die 5. Stufe, die Mittellage 8, erreicht ist. Dann werden wieder kleinere Bleche verwendet, so dass sich die Stufen 7 wieder verjüngen. Dabei liegen die Ecken bzw. Kanten der Stufen 7 auf einem Kreis 9.
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Die Praxis der herkömmlichen manuell getätigten Transformatorenkern-Produktion erfolgt folgendermaßen:
Es werden auf Transformatorenband-Schneid- und Stapelanlagen einzelne Bleche zu Blechpaketen von den jeweiligen Blechformen für die Schenkel oder Joche geschnitten und gestapelt. Diese Blechpakete werden nach Entnahme aus der Stapelstelle um einen sogenannten Montagetisch aufgestellt. Auf diesem Montagetisch wird dann Blech für Blech manuell Lage für Lage zu dem verlangten Kern gestapelt.
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Eine sehr geringe Anzahl E-Stapelanlagen ist bereits weltweit im Einsatz, die mit mechanisch-pneumatischen bzw. mechanisch-magnetischen Handling-Systemen arbeiten.
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Die Bleche werden einzeln, d. h. nacheinander abgeholt und verlegt. Diese Stapelweise ist sehr zeitaufwendig. Aus diesem Grunde haben die bis dato konzipierten E-Stapelanlagen am Markt keine große Resonanz gefunden.
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Je nach Länge der Bleche bzw. Größe des Kernes erfolgt die Handhabung durch eine oder mehrere Personen.
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Mit zunehmender Blechdünne bzw. Verringerung der Blechdicke bis hin zu 0,15 mm wird das manuelle Stapeln kritischer bzw. unmöglich, denn bei Blechen von beispielsweise über 1 m Länge für ein Jochpaket mit ausgestanztem V-Ausschnitt zur Aufnahme für den Mittelschenkel lässt sich ein Knicken oder Durchbiegen bei einem 0,15 mm dicken, isolierten, hochempfindlichen Blech so gut wie nicht vermeiden. Ein Knicken oder Beschädigen des isolierten, sehr teuren Transformatorenbleches führt aber zwangsläufig zum Ausschuss des Bleches.
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Auch ist das manuelle Kernstapeln entsprechend der Vielzahl der Bleche für einen Kern sehr zeitaufwendig und dementsprechend kostenintensiv.
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In der Vergangenheit wurden überwiegend Transformatorenbleche im Dickenbereich von 0,32 mm bis hin zu 0,27 mm verarbeitet. Die Transformatorenindustrie drängte jedoch die entsprechende Hüttenindustrie zu immer dünneren Blechqualitäten, z. B. 0,23, 0,18 mm Dickenbereich. Wobei man zurzeit 0,15 mm dickes Transformatorenblech anstrebt.
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Die Anforderungen der Transformatorenindustrie entsprechen dem dringenden Gebot, die Effizienz bzw. den Wirkungsgrad der Transformatoren zu erhöhen bzw. die Verluste zu reduzieren.
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Der zunehmende Energiebedarf, auch in den Entwicklungsländern, erhöht gleichzeitig die Anstrengungen in der Energiewirtschaft, jeden noch so kleinen Prozentsatz an Verlusten in Leitungen und Transformatoren zu reduzieren.
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Dies hat zur Folge, dass man beispielsweise bei einem mittleren Leistungstransformatorenkern von ca. 240 mm Höhe des jeweiligen Paketes, bei einer gerechneten Banddicke von 0,27 mm, 888 Bleche/Paket schneiden und stapeln muss. Daraus folgt, dass bei einem kompletten Kern, bestehend aus 3 Schenkeln und 2 Jochen, entsprechend 5 Kernpaketen, 4444 Bleche geschnitten und gestapelt werden müssen.
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Bei einem gleich großem Kern mit einer Blechdicke von 0,15 mm müssten hingegen 1600 Bleche/Paket, also 8000 Bleche beim kompletten Kern geschnitten und gestapelt werden. Dies bedeutet eine Erhöhung der Legekapazität von ca. 80%.
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Eine Erhöhung der Schneid- und Stapelzeit von 80% bei manueller Kernfertigung ist aufgrund des Lohngefüges in der Industrie in westlichen Ländern in Bezug auf die weltweite Akquisition aus preislichen Gründen nicht zu verkraften bzw. die Transformatoren können nicht mehr konkurrenzfähig angeboten werden.
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In der heutigen Praxis werden Transformatorenkerne für Verteiler- sowie für Leistungstransformatoren überwiegend im sogenannten Step-Lap-Verfahren, d. h. in überlappter Stapelung, hergestellt, wie dies in der 1 ersichtlich ist. Des Weiteren werden die Transformatorenkerne wie bekannt in verschiedenen Bandbreiten zu Paketen übereinander gestapelt, wie dies aus der 1 erkennbar ist. Dies bedeutet, dass beispielsweise ein Neun-Stufen-Kern aus Blechen die fünf verschiedene Bandbreiten aufweisen erstellt wird.
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Aus diesem Grunde benötigt man für jede Paketbreite ein entsprechendes Coil mit entsprechender Bandbreite in der Anlage. Nach verlangter bzw. erfolgter Anzahl geschnittener und gestapelter Bleche muss die Bandrolle gegen eine andere Rolle mit entsprechender Bandbreite ausgetauscht bzw. gewechselt werden.
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Daraus erfolgt das Bestreben, so viele Bleche von einer Bandbreite zu fertigen wie möglich, um die Anlagenrüstzeiten durch das Wechseln der Coils zu minimieren. Dies bedeutet, eine möglichst große Anzahl von Stapelstellen in die vollautomatische Anlage zu integrieren.
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Da die Praxis der Auftragserteilung von Transformatoren bei Verteiler- bis hin zu mittleren Leistungstransformatoren stets in mehr oder weniger großen Losgrößen erfolgt, kommt diese Situation der großen Anzahl von Stapelstellen entgegen bzw. zugute.
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Aus der Summe der einzelnen oben genannten Kriterien resultiert eine Anlagenauslegung für die Zukunft wie folgt:
Man benötigt preisgünstige vollautomatische Hochleistungsanlagen zur Kernproduktion mit relativ einfacher Beschickung und Entladung gepaart mit überschaubarer Handhabung und sicherer Automation.
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Herkömmliche Stapelanlagen, wie z. B. aus der
DE 26 13 150 A1 bekannt, legen per Handling die einzelnen Bleche, die vom Auslauftransportband der Schneidanlage bzw. Scheren- und Stanzlinie kommen, einzeln zu einem E-Kern mit separatem Joch zusammen. Derartige Anlagen sind nur in geringer Anzahl im Einsatz, da die bis dato praktizierten Techniken und Steuerungen zu kostenintensiv sind und deren Legeleistung sich nicht amortisiert.
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Auch hat man versucht, das manuelle Legen von Kernblechen zu einem E-Stapel, ausgehend von fünf gestapelten Kernpaketen, durch Lege-Roboter zu optimieren; jedoch mit unbefriedigendem Erfolg, da niemals ausgeschlossen werden kann, dass man zwei Bleche aus einem Stapel anhebt und somit der Kern unbrauchbar wird.
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Bei weiteren herkömmlichen Anlagen, wie z. B. aus der
DE 25 30 309 A1 bekannt, muss jedes einzelne Blech vom Auslauftransportband abgeholt werden. Wobei die Drehtische bei zunehmendem Kerngewicht kritischen Drehmomenten bzw. Fliehkräften unterliegen, welche versuchen, die genau fixierten Kernpakete innerhalb der Bleche in den Paketen zu verschieben.
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So wiegt ein 1000 kVA-Kern mit max. Bandbreite von 224 mm, wie er beispielsweise in 1 dargestellt ist, ca. 1960 kg. Auch bedingt das zusätzliche Massegewicht des Drehtisches eine entsprechend hohe Antriebsleistung sowie statisch und dynamisch eine stabile sehr kostenintensive Konstruktion.
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Durch die
EP 0 184 563 A1 ist eine Transformatoren-Magnetkern-Stapelanlage bekannt geworden, die mehrere Magazine umfasst, in denen verschiedene Sätze von Blechen für den Magnetkern gestapelt sind. Die Magazine sind nach Bedarf in eine Abziehposition positionierbar, in der Greif- und Transferelemente einen Satz, der einer Stufe des zu fertigenden Kerns entspricht, aufnehmen und an einer Montagestelle ablegen. Eine derartige Stapelanlage ist insbesondere was die Greif- und Transferelemente betrifft sehr aufwändig, und insgesamt sehr langsam.
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Aus der
DE 10 2007 030 491 B3 ist ein derartiges Verfahren zur Herstellung von Transformatorkernen bekannt, bei denen Transformatorkerne direkt von der Herstellungsanlage für die einzelnen Bleche hergestellt werden. Dazu werden zunächst in mindestens zwei in Förderrichtung der Bleche hintereinander angeordneten Stapelstationen eine Mehrzahl von Blechen einer Schenkelseite des Transformatorkerns auf Stapeltischen und eine Mehrzahl von Blechen einer Jochseite auf Ablagetischen übereinander gestapelt. Nach dem seitlichen Verfahren der Stapeltische werden in den Stapelstationen eine Mehrzahl von Blechen der anderen Schenkelseite des Transformatorkerns auf den Stapeltischen und eine Mehrzahl von Blechen der anderen Jochseite in Aufnahmeeinrichtungen übereinander gestapelt. Nach dem weiteren seitlichen Verfahren der Stapeltische wird auf denselben wechselweise jeweils eine Mehrzahl von Blechen des Mittelschenkels des Transformatorkerns übereinander gestapelt, wobei gleichzeitig Handlingsysteme die Pakete aus Blechen der einen Jochseite in die rechtwinklige Stellung zur Förderrichtung drehen. Danach legen die Handlingsysteme die Pakete aus Blechen der einen Jochseite mit ihren Enden an den einen Enden der Pakete der Bleche der Schenkelseiten bzw. der Pakete der Bleche des Mittelschenkels auf den Stapeltischen ab. Nach dem seitlichen Verfahren der Stapeltische in die Ausgangsposition wiederholen sich die bis hier beschriebenen Verfahrensschritte bis zum Erreichen der Gesamthöhe des jeweiligen Transformatorkerns, der ein offener E-Transformatorkern ist, auf dessen Schenkelseiten und dessen Mittelschenkel später die Wicklungen aufgebracht werden. Erst danach werden von Hand die Bleche der anderen Jochseite, die auf den Ablagetischen zwischen gestapelt wurden, an die Schenkelseiten und den Mittelschenkel des E-Transformatorkerns angelegt.
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Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Transformatorenkern-Stapelanlage sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Transformatorenkern-Stapelanlage der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass komplette Transformatorkerne in beliebiger Form direkt von der Transformatorenblech-Schneid- und Stanzanlage ausgehend hergestellt werden können, wobei gegenüber den bekannten Anlagen die Effizienz der gesamten Anlage erheblich erhöht ist und die Kosten der Herstellung der Transformatorenkerne erheblich reduziert sind.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für eine Transformatorenkern-Stapelanlage der eingangs genannten Art durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Transformatorenkern-Stapelanlage als Hochleistungstransformatorenkern-Stapelanlage wenigstens einen Vieleck-Rotationsstapler zur Aufnahme unmittelbar aufeinander folgender, auf dem Auslauftransportband geförderter, alle zu einer Transformatorenkern-Lage gehörenden Bleche, eine Transportvorrichtung für den Vieleck-Rotationsstapler mit den Blechen von einer Aufnahmestelle zu einer jeweiligen Legeposition, und je eine in ihrer Höhe einstellbare Stapelvorrichtung zur Ablage der Bleche aufweist.
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Durch den automatischen Vieleck-Rotationsstapler wird erreicht, dass komplette, beliebig geformte Transformatorenkerne direkt von der Transformatorenblech-Schneid- und Stanzanlage wo die einzelnen Bleche mit hoher Effizienz für die gesamte Anlage hergestellt werden, lagenweise abgeholt und gestapelt werden können, wobei gegenüber den bekannten Anlagen sich die Kosten der Herstellung der Transformatorkerne allein schon aufgrund des Vieleck-Rotationsstaplers erheblich reduziert.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Vieleck-Rotationsstapler über einen Wagen mit Stellantrieb an einer Umlaufbahn hängt, dass der Unterteil des Wagens einen mittels eines Drehantrieb antreibbaren Drehkranz aufweist, so dass ein daran befestigter Schlitten mit einer Antriebsvorrichtung und dem Vieleck-Rotationsstapler verschwenkbar ist, und dass an dem Drehkranz eine Hub- und Absenkvorrichtung zur Höhenverstellung des Vieleck-Rotationsstaplers angebracht ist.
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Erfindungsgemäß kann ein Hydraulikzylinder die Hub- und Absenkvorrichtung betätigen.
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In vorteilhafter Weise kann ein Antriebsmotor den Vieleck-Rotationsstapler in schrittweise Drehbewegung versetzen, so dass nacheinander alle Aufnahmeflächen des Vieleck-Rotationsstaplers dem Auslauftransportband zur Aufnahme der Bleche an der Aufnahmestelle zuzuordnen sind.
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Vorzugsweise kann die Stapelvorrichtung zur Ablage der Bleche eine in ihrer Höhe einstellbare Hubplatte mit Löchern aufweisen, die in einem Muster angeordnet sind, das der Anordnung der Bohrungen in den Blechen des Transformatorkerns entspricht, wobei durch die Löcher in der Hubplatte Führungskappen von Aufnahmedornen ragen, die die Bleche bei ihrem Ablegen in die richtige Lage leiten.
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Die Stapelvorrichtung lässt sich in ihrer Höhe vorteilhaft einstellen, wenn die Hubplatte seitlich aus einem Grundrahmen der Stapelvorrichtung herausragenden Druckflächen oder Hubnasen aufweist und wenn an dem Grundrahmen außen mehrere synchronisierte Hubelemente für die verkantungsfreie Höhenverstellung der Hubplatte angebracht sind, die an aus dem Grundrahmen ragende Hubnasen der Hubplatte eingreifen.
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Die Platten lassen sich leicht fixieren, wenn innen am Grundrahmen Führungsleisten angebracht sind.
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In vorteilhafter Weise kann die Stapelvorrichtung mit einem antreibbaren Fahrwerk versehen sein.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Stapelvorrichtung mit einem Hubtisch für eine zweite Hubplatte versehen ist, auf der eine Lochplatte liegt, wenn die Lochplatte Bohrungen aufweist, die mit je einer Buchse zur Aufnahme des Aufnahmekonus eines Aufnahmedorns befestigten Aufnahmekonus versehen sind, und wenn in der sich über der Lochplatte befindlichen Hubplatte vorgesehenen Bohrungen Führungsringe für den durch die Bohrungen geführten Aufnahmedorne, die vorzugsweise aus mit den Führungskappen versehenen Spannschrauben bestehen, vorgesehen sind.
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Erfindungsgemäß sind wenigstens drei Vieleck-Rotationsstapler und wenigstens zwei Stapelstationen vorgesehen, die gleichzeitig entweder Bleche von dem Auslauftransportband aufnehmen oder auf einer der Stapelstationen ablegen.
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Von Vorteil ist, dass ein Schnittfolge- und Lege-Programm für die Bleche vorgesehen ist, und dass das Schnittfolge- und Lege-Programm eine Blech-Aufnahmefolge von 3-2-4-5-1 und eine Blech-Legefolge von 1-5-4-2-3 aufweist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Verfahren zum Betrieb einer Transformatorenkern-Stapelanlage der eingangs genannten Art durch die im Patentanspruch 12 angegebenen Merkmale gelöst.
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Die Aufgabe wird für ein Verfahren zum Betrieb einer Transformatorenkern-Stapelanlage mit einer oben genannten Vorrichtung erfindungsgemäß durch folgende Schritte gelöst:
S1 Positionieren des ersten Vieleck-Rotationsstaplers vor der Aufnahmestelle,
S2 Aufnahme einer Vielzahl von zu einer Lage gehörender, unmittelbar aufeinander folgender Blechen von dem Auslauftransportband mittels des ersten Vieleck-Rotationsstaplers,
S3 Verfahren des ersten Vieleck-Rotationsstaplers von der Aufnahmestelle zu seiner Legeposition,
S4 Positionieren des zweiten Vieleck-Rotationsstaplers vor der Aufnahmestelle,
S5 Ablegen der Bleche von dem ersten Vieleck-Rotationsstapler auf einer Stapelvorrichtung und
S6 gleichzeitiges Aufnehmen einer Vielzahl von zu einer Lage gehörender, unmittelbar aufeinander folgender Blechen von dem Auslauftransportband mittels des zweiten Vieleck-Rotationsstaplers,
S7 Verfahren des zweiten Vieleck-Rotationsstaplers von der Aufnahmestelle zu seiner Legeposition,
S8 falls alle Bleche durch den ersten Vieleck-Rotationsstapler abgearbeitet wurden, weiter mit S11, ansonsten Wiederholen von S1,
S9 Ablegen der Bleche von dem zweiten Vieleck-Rotationsstapler auf der ersten oder aber auch auf einer zweiten Stapelvorrichtung,
S10 falls alle Bleche durch den zweiten Vieleck-Rotationsstapler abgearbeitet wurden, weiter mit S11, ansonsten Wiederholen von S4 und
S11 Ende des Stapelvorganges.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine erste Sicht auf einen bekannten Musterkern in einer Transformatorenkern-Stapelanlage,
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2 eine Aufsicht auf den Musterkern gemäß 1 entlang der Schnittlinie A-A,
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3 eine erfindungsgemäße Anlage mit einer Stapelstation für zwei Vieleck-Rotationsstapler,
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4 eine erfindungsgemäßen Anlage mit zwei Stapelstationen für drei Vieleck-Rotationsstapler,
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5 ein Vieleck-Rotationsstapler zum Einsatz in 3 oder 4,
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6 eine Schnittfolge der Bleche zur Aufnahme durch den Vieleck-Rotationsstapler,
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7 eine Lege- bzw. Ablagefolge der Bleche,
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8 erste Systemvariante des Vieleck-Staplers mit auf- und abwärts Bewegung des Rotationskopfes,
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9 weitere Systemvariante des Vieleck-Staplers mit beweglichen Aufnahmeplatten,
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10 eine Blechübergabe von auf einem Auslauftransportband liegenden Blechen,
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11 eine alternative Blechübergaben vom Auslauftransportband mit hängenden Blechen,
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12 eine Aufnahme für ein hängendes Blech vom Auslauftransportband,
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13 mögliche Ausführungsbeispiele eines Aufnahmekopfes des Rotationsstaplers,
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14 Blechaufnahmen für ein Kernpaket bzw. im Transformatorenkern mittels Spannschrauben mit aufsetzbaren Führungskappen,
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15 Grundaufbau der Blechaufnahme für einen Stapelwagen,
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16 eine Frontansicht des Stapelwagens,
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17 eine Seitenansicht des Stapelwagens,
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18 eine Draufsicht auf eine Hubplatte in dem Stapelwagen,
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19 eine Draufsicht auf eine Lochplatte in dem Stapelwagen,
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20 eine Draufsicht auf eine zweite Hubplatte in dem Stapelwagen,
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21 einen Konstruktionsaufbau einer Transformatorenkern-Stapelanlage,
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22 bis 25 Beispiele von möglichen Schnittfolgeprogramme und
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26 Verfahrensschritte zum Betrieb einer Transformatorenkern-Stapelanlage.
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In der 3 ist eine Kernstapelanlage mit einer Stapelstation 10 für ein bzw. zwei Vieleck-Rotationsstapler gezeigt. Auf einem Auslauftransportband 11 sind die Bleche 1 bis 5 für den Transformatorkern dargestellt. Weiterhin ist eine ovale Umlaufbahn 12 als Fahrbahn für den/die Vieleck-Rotationsstapler zu sehen.
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Von einer vorgeordneten integrierten Schneid- und Stanzanlage werden die Bleche 1 bis 5 für den Transformatorkern von dem Auslauftransportband 11 zu einer Aufnahmestelle 13 befördert, von wo sie von einem Vieleck-Rotationsstapler aufgenommen werden, wie noch später beschrieben wird. Dann fährt der Vieleck-Rotationsstapler auf der Umlaufbahn 12 in die Legeposition 14, um sie dort auf der Stapelstation 10 abzulegen, wie noch nachfolgend beschrieben wird. Gleichzeitig kann ein zweiter Vieleck-Rotationsstapler zu dem Aufnahmepunkt 13 fahren und die nächsten Bleche 1 bis 5 für den Transformatorkern von dem Auslauftransportband 11 abnehmen. Um die Bleche 4 und 5 abzulegen, wird der Vieleck-Rotationsstapler am Drehpunkt 15 um 90° geschwenkt. In dieser und der darauffolgenden Figur sind die Bleche 1 bis 5 für den Transformatorkern zur besseren Übersicht nicht maßstäblich wiedergegeben.
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Die Schnittfolge der Bleche 1 bis 5 für den Transformatorkern kann 3-2-4-5-1 betragen. Dies ist dann auch die Aufnahmefolge. Die Legefolge erfolgt dagegen rückwärts 1-5-4-2-3. Diese Variante ist zu bevorzugen, da sie die kürzeste Legezeit mit dem geringsten Materialverlust vereinigt (siehe auch 22 bis 25).
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Die 4 zeigt eine Kernstapelanlage mit zwei Stapelstationen 10 und 10' für z. B. drei Vieleck-Rotationsstapler. Einer der Vieleck-Rotationsstapler nimmt an dem Aufnahmepunkt 13 von dem Auslauftransportband 11 fünf Bleche 1 bis 5 für den Transformatorkern auf, während der zweite Vieleck-Rotationsstapler die fünf Bleche 1 bis 5 auf der Stapelstation 10 ablegt, und der der dritte Vieleck-Rotationsstapler die fünf Bleche 1 bis 5 auf der Stapelstation 10' ablegt Anhand der 5 wird nun die Transformatorenblech-Aufnahmefolge durch einen Vieleck-Rotationsstapler 16, hier einen Fünfeck-Rotationsstapler, kurz erläutert. Auf dem Auslauftransportband 11 liegt unter der entsprechenden Fläche des Vieleck-Rotationsstaplers 16 das Blech 3. Als nächstes dreht der Vieleck-Rotationsstapler 16 in Richtung des Rotationspfeils 17, während das Auslauftransportband 11 beispielsweise nach rechts bewegt wird. Die zugehörige Schnittfolge ist in der 6 und die entsprechende Ablage in 7 dargestellt, für die die Legefolge 1-5-4-2-3 beträgt. Dabei ist zu beachten, dass der Radius 18 größer sein muss als die Summe von Höhe 19 und Hubhöhe 20, damit bei der Rotation des R-Staplers 16 dieser nicht die Bleche 1 bis 5 für den Transformatorkern auf dem Auslauftransportband 11 berührt.
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In den 8 und 9 sind alternative Blechaufnahmen durch den Vieleck-Rotationsstapler 16 dargestellt. Die Hubhöhe 20 des Vieleck-Rotationsstaplers 16 pro Blechaufnahme beträgt Radius 18 minus Höhe 19 plus Sicherheitsabstand des Vieleck-Rotationsstapler 16 bei der Rotation über dem Transformatorenblech 3 auf dem Auslauftransportband 11. Der Vieleck-Rotationsstapler 16 gemäß 8 muss stets nach jeder Blechaufnahme um einen fixen Betrag, der Hubhöhe 20, angehoben werden, damit die jeweilige Ecke mit dem Radius 18 ohne Kollision über dem Auslauftransportband 11 rotieren kann.
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Beim Gegenstand gemäß 9 weist der Vieleck-Rotationsstapler 16 im Bereich jeder Aufnahmefläche bewegliche Aufnahmeplatten 21 auf, die beispielsweise mittels Stößel 22 angehoben und abgesenkt werden können. Dadurch braucht der Grundkörper des Vieleck-Rotationsstaplers 16 nur zu rotieren und nicht senkrecht zum Auslauftransportband 11 bewegt zu werden.
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Der Vieleck-Rotationsstapler 16 kann problemlos mit dem Radius 18 über dem Auslauftransportband 11 rotieren, da die Aufnahmeplatten 21 nach der Blechaufnahme mit dem Blech in die Ausgangsposition zurückschnellen und den Vieleck-Rotationsstapler 16 zur Rotation freigeben.
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Anhand der 10 und 11 werden alternative Blechübergaben vom Auslauftransportband 11 gezeigt. In der 10 ist das Auslauftransportband 11 für aufliegende Bleche 1 bis 5 und in der 11 für hängende Bleche 1 bis 5 für den Transformatorenkern ausgebildet.
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Die 12 veranschaulicht eine Aufnahme von am Auslauftransportband 11 hängenden Blechen 1 bis 5 für den Transformatorenkern durch den Vieleck-Rotationsstapler 16. Bei dieser Ausbildung kann der Vieleck-Rotationsstapler 16 problemlos die hängenden Bleche 1 bis 5 für den Transformatorkern übernehmen, ohne wie bei aufliegenden Blechen 1 bis 5 für den Transformatorkern um einen fixen Betrag, der Hubhöhe 20, bewegt werden zu müssen, da die Bleche vom Auslauftransportband 11 fallend von der magnetischen Aufnahme des Vieleck-Rotationsstapler 16 übernommen werden können. Somit ist lediglich eine Drehung gemäß Rotationspfeil 17 erforderlich.
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Anhand der 13 werden alternative Auslegungen eines Vieleck-Rotationsstapler 16 für Bandbreiten von max. 224 mm für Transformatorenkerne bis max. 1000 kVA gezeigt. Bei einem angenommenen Referenz-Durchmesser 23 von 500 mm des Vieleck-Rotationsstaplers 16 ergibt sich eine Hubhöhe 20 von ca. 25 mm. Da je größer der Durchmesser, desto kleiner die Hubhöhe 20 wird, würde bei einem Durchmesser 24 von 400 mm des Vieleck-Rotationsstapler 16' eine Hubhöhe 20 beispielsweise 35 mm betragen. Es ist zu überlegen, ob man die Hubhöhe 20 so klein wie möglich auslegt, um beispielsweise aus 20 mm Höhe elektromagnetisch das Blech anzuziehen. Damit würde ein Hub pro Blech entfallen und somit würde sich die Stapelleistung erhöhen (5-mal senken und 5-mal abheben). Anderenfalls ermöglicht ein kleiner Durchmesser von beispielsweise 400 mm eine höhere Rotationsgeschwindigkeit.
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In der 14 ist ein Aufnahmedorn 25 bestehend aus einer Spannschraube 26 mit einer Führungskappe 27 als Spitze dargestellt, der die abgeworfenen Bleche 1 bis 5 für den Transformatorenkern des Vieleck-Rotationsstapler 16 erfassen und sauber zu einem Blechstapel 28 auf einer Hubplatte 29 stapeln soll. Die durch den Schraubenkopf mit Führungskappe 27 fixierte Abwurfhöhe 30 der Bleche über dem Blechstapel 28 mit einer Kernstapelhöhe 31 soll möglichst konstant gehalten werden, wie dies noch nachfolgend beschrieben wird. Die aufgeschraubte Führungskappe 27 auf der Spannschraube 26 verhindert ein Klemmen bzw. Anecken der fallenden Bleche 1 bis 5 für den Transformatorenkern bzw. deren Hemmung im Fall. Bei wachsender Kernstapelhöhe 31 wird die Blechabwurfhöhe (z. B. 15 mm) durch programmgesteuertes kontinuierliches Senken der Hubplatte 29 in der vertikalen z-Achse fixiert.
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In der 15 ist ein Grundaufbau für einen nachfolgend noch genauer beschriebenen Stapelwagen dargestellt. Die Hubplatte 29 weist einen Führungsring 32 für den durch eine Bohrung in der Hubplatte 29 geführten Aufnahmedorn 25 mit Spannschraube 26 und Führungskappe 27 auf. Eine unter der Hubplatte 29 angeordnete Lochplatte 33 ist mit Bohrungen versehen, in die eine Buchse 34 zur Aufnahme eines an der Spannschraube 26 befestigten Aufnahmekonus 35 eingeführt ist. Die Lochplatte 33 liegt auf einer zweiten Hubplatte 36 auf. Die Hubplatte 29 weist eine Dicke 37 und einen Abstand zur Lochplatte 33, eine Hubhöhe 38, auf.
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Diese Stapelanlage ermöglicht jede gewünschte einstellbare Kernstapelhöhe 31 im Bereich der jeweiligen Kerngrößen. Eine Einstellung der gewünschten Kernstapelhöhe 31 von beispielsweise 240 mm kann derart erfolgen:
- 1) Die Oberkante der Hubplatte 29, die Stapelebene des Blechstapel 28, wird beispielsweise 15 mm unter die Abwurfhöhe 30 mittels außen angebrachter Hubelemente gefahren, wie dies nachfolgend noch beschrieben wird.
- 2) Die Einstellhöhe D ergibt sich aus der Summe der Abwurfhöhe 30, der einstellbaren Kernstapelhöhe 31 + 38, der Dicke der Hubplatte 37, so dass sich beispielsweise 15 mm + 240 mm + 30 mm = 285 mm ergeben.
- 3) Die Oberkante der Lochplatte 33 wird mittels der zweiten Hubplatte 36 bzw. deren Hubaggregat auf die einstellbare Hubhöhe 38 gefahren.
- 4) Nach Stapelbeginn wird die Hubplatte 29 kontinuierlich entsprechend der anfallenden Bleche pro Minute abgesenkt. Somit bleibt die einstellbare Abwurfhöhe 30 immer konstant.
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In der 16 ist der Stapelwagen 39 mit einem Grundrahmen 40 in Frontansicht dargestellt, der mit einem antreibbaren Fahrwerk 41 versehen ist. Der Stapelwagen 39 ist mit einem Hydraulik- oder Spindelhubtisch 42 versehen, der die zweite Hubplatte 36 und damit die darauf liegende Lochplatte 33 anheben kann. An dem Grundrahmen 40 sind außen mehrere synchronisierte Hubelemente 43 für die Höhenverstellung der Hubplatte 29 angebracht, die an aus dem Grundrahmen 40 ragende Druckflächen oder Hubnasen 44 der Hubplatte 29 eingreifen und diese damit anzuheben vermögen.
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In der 17 ist der Stapelwagen 39 mit seinem Grundrahmen 40 in Seitenansicht dargestellt. Die außen angebrachten synchronisierten Hubelemente 43 für die Höhenverstellung der Hubplatte 29 wirken auf Hubnasen 44 der Hubplatte 29 ein.
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In der 18 ist der Stapelwagen 39 in Draufsicht mit der Hubplatte 29 dargestellt. Das Lochmuster entspricht dabei den Bohrungen der Bleche 1 bis 5 des Transformatorenkerns. Durch die Löcher in der Hubplatte 29 ragen die Führungskappen 27 der Aufnahmedornen 25, welche die Bleche 1 bis 5 bei ihrem Ablegen in die richtige Lage leiten. Deutlich sind die aus dem Grundrahmen 40 seitlich herausragenden Hubnasen 44 der Hubplatte 29 zu erkennen. Führungsleisten 45 leiten bzw. fixieren die Hubplatte 29, die Lochplatte 33 und die zweite Hubplatte 36, wobei an dem Grundrahmen 40 angeordnete synchron gesteuerte Hubelemente 43 verhindern dass die Platten verkanten können.
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Die 19 zeigt den Stapelwagen 39 in Draufsicht mit der Lochplatte 33. Aus den im Lochmuster entsprechend den Bohrungen der Bleche 1 bis 5 des Transformatorenkerns angeordneten Löchern ragen die Spannschrauben 26 der Aufnahmedornen 25.
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In der 20 ist der Vollständigkeit halber der Stapelwagen 39 in Draufsicht mit der zweiten Hubplatte 36 nach Abnahme der Hubplatte 29 und der Lochplatte 33 dargestellt.
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In der 21 ist der Konstruktionsaufbau der erfindungsgemäßen Transformatorenkern-Stapelanlage dargestellt, bei welcher der Vieleck-Rotationsstapler 16 an einem Wagen 46 mit CNC-Stellantrieb hängt, der auf der Umlaufbahn 12 verschiebbar gehalten ist. Die Stromaufnahme erfolgt über eine Schleifleitung an der Umlaufbahn. Mittels eines Schneckenantriebes oder Drehantriebes 47 kann ein Drehkranz 48 als schwenkbarer Unterteil des Wagens 46 verdreht werden, so dass der daran befestigte Vieleck-Rotationsstapler 16 verschwenkt werden kann. Mittels einer Hub- und Absenkvorrichtung 49 lässt sich der Vieleck-Rotationsstapler 16 in seiner Höhe verstellen, wobei ein Hydraulikzylinder 50 auf die Hub- und Absenkvorrichtung 49 einwirkt. Ein Antriebsmotor 51 versetzt den Vieleck-Rotationsstapler 16 in Drehbewegung, so dass nacheinander alle Aufnahmeflächen des Vieleck-Rotationsstaplers 16 der Aufnahmestelle 13 an dem Auslauftransportband 11 zur Aufnahme der Bleche 1 bis 5 gegenüberstehen. Durch die CNC gesteuerte Antriebsvorrichtung 53 für den unteren Schlitten des hängenden Wagens 46, kann dieser beispielsweise um einen erforderlichen Stellweg 52 in x-Richtung, oder nach verschwenken des Drehkranzes 48 mittels des Drehantriebes 47 um 90°, um einen erforderlichen Stellweg 52 in y-Richtung verschoben werden.
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Anhand der 22 bis 25 werden Beispiele von möglichen Schnittfolge-Programmen zum Musterkern 1000 kVA schematisch dargestellt, bei denen die Bleche 1 bis 5 für den Transformatorkern gezeigt werden, wie sie geschnitten auf dem Auslauftransportband 11 liegen. In der 22 ist ein nicht Schrott sparendes Programm gezeigt, das unproduktiven Schrott 54 erzeugt. Die Reihenfolge beträgt beim Aufnehmen 4-5-3-2-1 und beim Ablegen 1-2-3-5-4.
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Das Schnittfolge-Programm gemäß 23 weist keine optimale Legezeit auf. Die Reihenfolge beträgt beim Aufnehmen 3-4-5-2-1 und beim Ablegen 1-2-5-4-3.
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Das in 24 dargestellte Schnittfolge-Programm mit einer Reihenfolge beim Aufnehmen 3-5-4-2-1 und beim Ablegen 1-2-4-5-3 ist wieder nicht Schrott sparend.
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Die 25 zeigt nun ein optimales Schnittfolge-Programm mit einer Aufnahmefolge von 3-2-4-5-1, das Schrott sparend ist und eine optimale Legefolge von 1-5-4-2-3 aufweist.
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Anhand der 26 werden nun die einzelnen Verfahrensschritte zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Transformatorenkern-Stapelanlage näher erläutert.
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In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird der erste Vieleck-Rotationsstapler 16 derart vor der Aufnahmestelle 13 positioniert, dass er alle Bleche 1 bis 5 von dem Auslauftransportband 11 abnehmen kann.
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Gemäß einem zweiten Schritt S2 erfolgt nun die Aufnahme aller zu einer Lage gehörender, unmittelbar aufeinander folgender Blechen 1 bis 5 von dem Auslauftransportband 11 mittels des ersten Vieleck-Rotationsstaplers 16.
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Nachfolgend im Verfahrensschritt S3 wird der erste Vieleck-Rotationsstapler 16 von der Aufnahmestelle 13 zu seiner Legeposition 14, verfahren.
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Parallel dazu wird ein zweiter Vieleck-Rotationsstapler (16) vor der Aufnahmestelle 13 im vierten Verfahrensschritt S4 positioniert.
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In den Verfahrensschritt S5 und S6 erfolgen ein Ablegen der Bleche 1 bis 5 von dem ersten Vieleck-Rotationsstapler 16 auf einer Stapelvorrichtung 39 und ein gleichzeitiges Aufnehmen einer Vielzahl von zu einer Lage gehörender, unmittelbar aufeinander folgender Blechen 1 bis 5 von dem Auslauftransportband 11 mittels des zweiten Vieleck-Rotationsstaplers 16.
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S7 Verfahren des zweiten Vieleck-Rotationsstaplers (16) von der Aufnahmestelle (13) zu seiner Legeposition (14, 14'),
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Im achten Schritt S8 erfolgt eine Abfrage oder Überprüfung, ob alle Bleche 1 bis 5 von dem Auslauftransportband 11 durch den ersten Vieleck-Rotationsstapler 16 abgearbeitet wurden. Bejahendenfalls folgt als weiterer Verfahrensschritt S11, ansonsten werden die Verfahrensschritte beginnend mit S1 wiederholt.
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Gemäß dem Verfahrensschritt S9 werden die Bleche 1 bis 5 von dem zweiten Vieleck-Rotationsstapler 16 auf der ersten oder aber auf einer zweiten Stapelvorrichtung 39 abgelegt.
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Dann erfolgt auch hier im Schritt S10 eine Abfrage oder Überprüfung, ob alle Bleche 1 bis 5 von dem Auslauftransportband 11 durch den zweiten Vieleck-Rotationsstapler 16 abgearbeitet wurden. Bejahendenfalls folgt als weiterer Verfahrensschritt S11, ansonsten werden die Verfahrensschritte beginnend mit S4 wiederholt.
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Im Verfahrensschritt S11 werden die Stapelvorgänge beendet. Die Vieleck-Rotationsstapler 16 können auf der Umlaufbahn beiseite in eine Parkposition gefahren und die Stapelvorrichtung 39 aus der Legeposition 14 gebracht werden.
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Bei der Herstellung von Transformatorenkernen durch vollautomatische Stapelung mittels rotierender Vieleckstapler, wird eine erfindungsgemäße Kernstapelanlage in direkter Weise von der integrierten Schneid- und Stanzanlage mit den entsprechenden Kernblechen 1 bis 5 beschickt, d. h. die Schneidanlage wird über Coils, die in der jeweiligen Bandbreite entsprechend der Kernkonstruktion zur Anwendung gelangen, beschickt und die jeweilig verlangten Bleche z. B. 1 bis 5 werden in der Anlage durch Lochen, Stanzen und Schneiden hergestellt und über ein Auslauftransportband 11 der Stapelstation zugeführt.
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Von dem Auslauftransportband 11 werden die jeweiligen Bleche an der Aufnahmestelle 13 programmgesteuert gestoppt und von dem Vieleck-Rotationsstapler 16 (3) übernommen.
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Der Vieleck-Rotationsstapler 16 nimmt in der Position der Aufnahmestelle 13 durch Rotation nacheinander die Bleche 1 bis 5 auf. Aus Effizienzgründen erfolgt jedoch die Blechaufnahme in der Reihenfolge 3-2-4-5-1 (siehe 6).
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Der 16 nimmt immer nur eines der Bleche 1 bis 5 vom Auslauftransportband 11 auf, somit ist die Gefahr der Aufnahme von zwei Blechen wie beim Einsatz von Robotern usw., die von einem Stapel bzw. Paket die Bleche entnehmen, ausgeschlossen.
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Nach Aufnahme der fünf Bleche 3-2-4-5-1 durch den Vieleck-Rotationsstapler 16 fährt dieser programmgesteuert in der x-Achse zur positionierten Ablage der Bleche 1-5-4-2-3.
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Nach Ablage von Blech 1 fährt der Vieleck-Rotationsstapler 16 programmgesteuert in der x-Achse zum Schnittpunkt mit der y-Achse. Während dieser Fahrt schwenkt der Vieleck-Rotationsstapler 16 um +90° und legt in der y-Achse die Bleche 5 und 4 programmgesteuert ab.
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Nach Ablage von Blech 4 schwenkt der Vieleck-Rotationsstapler um 90° wieder in die x-Achse, um die Bleche 2 und 3 abzulegen.
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Nach Ablage von Blech 3 fährt der Vieleck-Rotationsstapler 16 programmgesteuert in der Umlaufbahn 12 in die Position des Aufnahmepunkts 13 zurück zur nächsten Aufnahme der Bleche 3-2-4-5-1.
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In der Zwischenzeit, d. h. während der Zeit des beschriebenen Legezyklus, kann ein zweiter baugleicher Vieleck-Rotationsstapler 16 den zuvor beschriebenen Aufnahmezyklus beginnen, und zwar direkt nach der erfolgten Aufnahme des letzten Bleches 1 der vorherigen Lage durch den ersten Vieleck-Rotationsstapler 16, beginnend mit Blech 3 der nächsten Lage entsprechend dem laufenden Schnittprogramm, um dann eine zweite Lage auf dem gleichen Kern zu stapeln.
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Gemäß 4 können auch zwei oder mehrere Kerne zeitgleich gestapelt werden, d. h. der zweite Vieleck-Rotationsstapler 16, und ggf. ein dritter Vieleck-Rotationsstapler 16 oder noch weitere Vieleck-Rotationsstapler 16 stapeln nicht auf denselben Kern sondern auf unterschiedliche Kerne. Dieser zweite Kern bzw. die weiteren Kerne in der Stapelstation 10' müssen nicht unbedingt die gleiche Größe wie der erste Kern in der Stapelstation 10 haben, vorausgesetzt, dass die Stufenanzahl und die jeweiligen Stufenbreiten mit der entsprechenden Blechzahl mit dem Kern in Stapelstation 10 übereinstimmen, d. h. die Längen von Schenkel- und Jochblechen können verschieden sein.
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Somit ist es alternativ auch möglich, zwei verschiedene Kerne mit ein und demselben Programm herzustellen, man sollte jedoch für zwei verschiedene Kerne mindestens drei Vieleck-Rotationsstapler 16 einsetzen.
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Je kleiner die Transformatorenkerne, desto kleiner sind die Längen der einzelnen Bleche 1 bis 5 für den Transformatorkern, d. h. die Schnittleistung der Schneid- und Stanzanlage muss linear ansteigen.
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Die E-Stapelanlage kann durch eine beliebige Anzahl von Stapelstationen 10 und 10', durch Vergrößerung der ovalen Umlaufbahn 12 sowie Erhöhung der Anzahl der Vieleck-Rotationsstapler 16 erweitert werden. Je mehr Stapelstationen 10 und 10' es gibt, desto weniger Bandbreiten-Wechsel sind erforderlich.
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Wie bereits beschrieben können Transformatorenband-Schneidanlagen mit verschiedenen Auslauftransportbändern 11, je nach Stapelanlage, ausgeführt sein. Beim anhand 10 beschriebenen Auslauftransportband 11 mit aufliegenden Blechen oder gemäß 11 mit hängenden Blechen.
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Bei der Übergabe von hängenden Blechen vom Auslauftransportband 11 reduziert sich die Zeit der Übergabe auf den Vieleck-Rotationsstapler, denn man kann aus geringer Höhe (im mm-Bereich) die Bleche gezielt, d. h. positioniert auf die Aufnahmeplatten 21 des Vieleck-Rotationsstapler 16 fallen lassen und dort magnetisch fixieren, vor der anschließenden Rotation für das nächste zu übernehmende Blech.
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Der Vieleck-Rotationsstapler 16 kann also wahlweise sowohl bei Auslauftransportbändern mit aufliegenden Blechen als auch bei Auslauftransportbändern mit hängenden Blechen eingesetzt werden.
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Der wesentliche Vorteil dieser Kernstapelversion sind die zeitsparenden, d. h. kurzen Blechlegezeiten, da die Aufnahme von fünf Blechen entsprechend einer kompletten Lage des Kernes in einer Position vorgenommen wird und alle fünf Bleche nur 1-mal in x- und y-Achse transportiert werden müssen. Man spart also 5-mal die Transportwege zu den einzelnen Abwurfstellen der jeweiligen Bleche 1-5-4-2-3 sowie die 4fache Rückfahrten von den Stapelstellen 1 bis 5 zum Anfang der Aufnahmestelle 13.
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Diese Zeitersparnis entscheidet über die Wirtschaftlichkeit einer Kernstapelanlage, da normalerweise der Schneidteil um ein Vielfaches schneller als ein Stapelteil ist. Aus diesem Grunde ist es optimal, die Summe der Stapelleistung der Summe der Schnittleistung durch max. Stapelgeschwindigkeit gleichzusetzen.
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Hat man wie im oben genannten Konzept die Stapelleistung optimiert bzw. komprimiert, benötigt man andererseits weniger Stapelstationen, um ein optimales Preis-Leistungs-Verhältnis zu erreichen. Zudem ist das oben beschriebene Stapelkonzept preisgünstig, da nur wenige Achsen anzusteuern sind sowie ein geringer mechanischer Aufwand erforderlich ist, zumal aufwendige Drehtische nicht benötigt werden, sondern die E-Kerne mit ihrem separaten Joch auf relativ einfachen, in der Höhe verstellbaren stationären Stapeltischen gestapelt werden können.
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Die anhand der 16 bis 20 beschriebenen stationären Stapeltische stehen fixiert und arretiert in einer dem CNC-Programm entsprechender Position mit fixierten Abwurfpositionen.
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Die Stapeltische unterliegen lediglich einem gesteuerten kontinuierlichen Senkbetrieb entsprechend der Kernstapelhöhe 31. Die Stapeltische werden während des gesamten Stapelvorgangs weder einer Rotation noch einer Querverschiebung in x- bzw. y-Achse unterzogen.
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Aus diesem Grunde ist ein Verschieben bzw. Verrutschen der extrem dünnen Bleche auch gerade beim sogenannten Step-Lap-Verfahren ausgeschlossen. Zumal nach Beendigung des Stapelvorganges die fünf Kernpakete durch die Bohrungen der Spannlöcher mittels Schrauben zusammengepresst werden, um eine Verschiebung innerhalb des Kernes durch den nachträglichen Transport aus der Anlage zu vermeiden. Auch ist es möglich, große und größte Transformatorenkerne mit dieser Konzeption zu stapeln.
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Ein als Stapeltisch fungierender Stapelwagen 39 besteht aus einem kastenförmigen Grundrahmen 40 mit zwei Hubplatten 29 und 36. Die Hubplatte 36 ist beispielsweise von einem Scheren- oder Spindel-Hubtisch in vertikaler Richtung bewegbar, während die Hubplatte 29 mittels synchronisierter Hubelemente 43 hubgesteuert wird.
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Auf der zweiten Hubplatte 36 liegt die Lochplatte 33 zur Aufnahme der in der Lochplatte 33 fixierten Spannschrauben 26, wie dies die 15 zeigt. Die Raster der Löcher in der Lochplatte 33 entsprechen den jeweiligen Löchern in den Kern-Blechen 1 bis 5.
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Auf der Hubplatte 29 liegt das Stapelpaket. Dieses sinkt mit der Hubplatte 29 bei wachsender Kernstapelhöhe kontinuierlich, um immer eine geringe einstellbare, fixe Abwurfhöhe des Bleches zu gewährleisten.
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Die Bleche in der Reihenfolge 3-2-4-5-1 kommen bei der vorgenannten vollautomatischen Kernstapelanlage auf dem Auslauftransportband 11 der Schneid- und Stanzanlage positioniert zur Aufnahmestelle 13 des Vieleck-Rotationsstapler, für die anhand der 3 und 4 beschriebene Übernahme durch den Vieleck-Rotationsstapler 16.
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Der Vieleck-Rotationsstapler 16 besteht im Wesentlichen aus einer angetriebenen Vielecktrommel mit fünf Flächen zur Aufnahme von je einem Blech 1 bis 5 für den Trafokern. Die Aufnahme der einzelnen Bleche 1 bis 5 erfolgt durch Rotation des Vieleck-Rotationsstapler 16 über der Aufnahmestelle 13 sowie gleichzeitiges Senken und Heben des Vieleck-Rotationsstapler 16 im Takt der aufzunehmenden Bleche 1 bis 5, wie dies in den 8 und 9 veranschaulicht ist. Nach erfolgter Aufnahme der fünf Bleche 1 bis 5 fährt der Vieleck-Rotationsstapler 16 in Richtung x-Achse auf der Umlaufbahn 12 zur positionierten Ablage von Blech 1. Nach einer 90°-Rotation weiter in y-Achse zur Ablage der Bleche 5 und 4 sowie nach einer 90°-Drehung zurück zur x-Achse zur Ablage der Bleche 2 und 3 durch Verschiebung auf der Umlaufbahn 12.
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Die Ablage der Bleche 1 bis 5 erfolgt durch positionierte Rotation des Vieleck-Rotationsstapler 16 sowie durch ±90° Schwenkung des Vieleck-Rotationsstapler 16 von der x- in die y-Achse und zurück. Nach Ablage des Bleches 3 fährt der Vieleck-Rotationsstapler 16 positioniert in der ovalen Umlaufbahn 12 zur Aufnahmestelle 13 zurück zur erneuten Aufnahme einer Lage von fünf Blechen.
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In der Zwischenzeit, d. h. während der Zeit des beschriebenen Aufnahme- und Legezyklus, hat ein zweiter baugleicher Vieleck-Rotationsstapler 16' den zuvor beschriebenen Aufnahme/Legezyklus begonnen, und zwar direkt nach der erfolgten Aufnahme des letzten Bleches 1 der vorherigen Lage durch den ersten Vieleck-Rotationsstapler 16, beginnend mit Blech 3 der nächsten Lage, entsprechend dem laufenden Schnittprogramm, um eine zweite Lage zu stapeln.
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Alternativ kann der Vieleck-Rotationsstapler 16 auch mit gesteuerten Aufnahmeplatten 21 gemäß 9 aus Gründen der kürzeren Aufnahme- und Abwurfzeiten der Bleche 1 bis 5 ausgerüstet werden. Da die geschalteten magnetischen Aufnahmeplatten 21 nur ein geringes Gewicht gegenüber der Masse des Vieleck-Rotationsstaplers 16 aufweisen, sind kürzere Aufnahme- und Abwurfzeiten erreichbar, zumal wenn die Aufnahmeplatten 21 in Aluminium-Konstruktion oder Leichtbauweise ausgeführt sind.
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Sowohl die Aufnahmeplatten 21 als auch die fünf Aufnahmeflächen des Vieleck-Rotationsstaplers 16 können mit Elektromagneten bestückt werden.
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Um die Abwurfgeschwindigkeit zu erhöhen, kommen zusätzliche Pressluftdüsen zum Einsatz.
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Bei dem in 8 dargestellten Vieleck-Rotationsstapler 16 muss er stets nach jeder Blechaufnahme um einen fixen Betrag, der Hubhöhe 20, angehoben werden, damit die jeweilige Ecke des Vielecks mit dem Radius 18 ohne Kollision über das Auslauftransportband 11 eine Rotation 17 durchführen kann.
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Bei dem in 8 dargestellten Vieleck-Rotationsstapler 16 kann er problemlos mit dem Radius 18 über dem Auslauftransportband 11 rotieren, da die Aufnahmeplatten 21 nach der Blechaufnahme unverzüglich in ihre Ausgangsstellung zurückschnellen und den Vieleck-Rotationsstapler 16 zur Rotation freigeben.
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Bei dem in 12 gezeigten Ausführungsbeispiel kann der Vieleck-Rotationsstapler 16 problemlos die hängenden Bleche 1 bis 5 vom Auslauftransportband 11 übernehmen, ohne wie bei aufliegenden Blechen 1 bis 5 um einen fixen Betrag bewegt werden zu müssen, da die Bleche 1 bis 5 vom Auslauftransportband 11 fallend von den Aufnahmeplatten übernommen werden.
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Durch diese erfindungsgemäße Kernstapelversionen ergeben sich zeitsparende, d. h. kurze Blechlegezeiten, da die Aufnahme von fünf Blechen 1 bis 5 entsprechend einer kompletten Lage des Kernes in einer Position vorgenommen wird und alle fünf Bleche 1 bis 5 nur 1-mal in x- und y-Achse transportiert werden müssen.
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Man spart also 5-mal die Transportwege zu den einzelnen Abwurfstellen der jeweiligen Bleche 1-5-4-2-3 sowie die 4-fache Rückfahrten von den Stapelstellen der Bleche 1 bis 5 zum Anfang des Aufnahmepunktes 13.
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Diese Zeitersparnis entscheidet über die Wirtschaftlichkeit einer Kernstapelanlage, da normalerweise der Schneidteil wesentlich schneller ist als ein Stapelteil. Aus diesem Grunde ist es optimal, die Summe der Stapelleistung der Summe der Schnittleistung durch maximale Stapelgeschwindigkeit gleichzusetzen.
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Hat man andererseits wie im oben genannten Konzept die Stapelleistung optimiert, benötigt man weniger Stapelstationen, um ein optimales Preis-Leistungs-Verhältnis zu erreichen. Zudem ist das oben beschriebene Stapelkonzept preisgünstig herzustellen, zumal aufwendiges mechanisches Handling nicht benötigt wird, sondern die E-Kerne mit ihrem separatem Joch auf relativ einfachen, in der Höhe verstellbaren stationären Stapeltischen gestapelt werden können.
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Die stationären Stapeltische stehen fixiert und arretiert in einer dem CNC-Programm entsprechender Position mit festen Abwurfpositionen. Die Stapeltische unterliegen lediglich einem gesteuerten kontinuierlichen Senkbetrieb entsprechend der Kernstapelhöhe. Dabei unterliegen die Stapeltische während des gesamten Stapelvorgangs weder einer Rotation noch einer Querverschiebung in x- bzw. y-Achse. Aus diesem Grunde ist ein Verschieben bzw. Verrutschen der extrem dünnen Bleche auch gerade beim sogenannten Step-Lap-Verfahren ausgeschlossen. Zumal nach Beendigung des Stapelvorganges die fünf Kernpakete durch die Bohrungen der Spannlöcher mittels Schrauben zusammengepresst werden, um eine Verschiebung innerhalb des Kernes durch den nachträglichen Transport aus der Anlage zu vermeiden. Auf diese Weise ist es auch möglich, große und größte Transformatorenkerne mit diesem Konzept zu stapeln.
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Der in den 16 und 17 dargestellte Stapeltisch bzw. Stapelwagen 39 besteht aus einem Grundrahmen 40 mit angetriebenem Fahrwerk 41, um aus der Anlage fahren zu können. Im Grundrahmen 40 ist ein Hydraulik- oder Spindelhubtisch 42 integriert, auf dem die zweite Hubplatte 36 liegt.
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Auf dieser zweiten Hubplatte 36 liegt die Lochplatte 33 zur Aufnahme der Spannschrauben 26 (z. B. M12). Die Spannschrauben 26 besitzen zum reibungslosen Abwurf der Bleche 1 bis 5 aufsteckbare Kunststoffkappen als Führungskappen 27 (siehe 15). Die Spannschrauben 26 sitzen in dem Aufnahmekonus 35 der Lochplatte 33. Der Aufnahmekonus 35 garantiert stets einen 90°-Winkel zur Lochplatte 33, um ein einwandfreies Stapeln zu gewährleisten bzw. die einzelnen Bleche 1 bis 5 entsprechend ihren Bohrungen im Kern genau zu fixieren. Die Spannschrauben 26 dienen gleichzeitig während des gesamten Stapelvorganges dem wachsenden Kern als Stabilisator, da immer das Blech mit der geringsten Breite im Kernlagenanfang und -ende liegt und somit bei wachsender Kernstapelhöhe eine stabile Lage aufweist bzw. eine labile Lage hierdurch vermieden wird.
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Des Weiteren ermöglicht der Aufnahmekonus 35 mit Selbsthemmung ein Vorspannen des Stapelpaketes, da man ansonsten keine Möglichkeit hat, die Torsion der Spannschraube 26 zu verhindern. Erst wenn die Mutter über der Unterlegscheibe auf dem Stapelpaket genügend Zugkraft entwickelt hat, wird die Spannschraube 26 aus ihrem Sitz im Konus 35 gezogen. Danach kann man die Spannschraube 26 bis unter den Führungsring 32 anheben und mit diesem zusammen das Stapelpaket zusammenpressen. Der PVC-Führungsring 32 wird dann gleichzeitig als Unterlegscheibe dienen. Alternativ kann man zur Sicherheit noch die Spannschraube 26 mit einem Sechskantschlüssel (SW6) vor ihrer Torsion bewahren, indem man die Spannschraube 26 mit ihrer Mutter komplett hochzieht.
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Die Lochplatte 33 muss nach jedem Wechsel eines Kerntypen gegen eine andere, dem nächsten Kerntyp entsprechende Lochplatte 33 ausgewechselt werden, da die Raster der Spannlöcher eines jeweiligen Kerntyps verschieden ausfallen. Die Lochplatten 33 können außerhalb der Anlage vorgerüstet werden.
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Die Lochplatte 33 wird mit der zugehörigen, zweiten Hubplatte 36 in der vertikalen z-Achse entsprechend der gewünschten Stapeldicke verstellt, d. h. gesenkt oder gehoben. Bei einer angenommenen Kernstapelhöhe von 240 mm müsste die Lochplatte 33 um das folgende Maß unter der der Abwurfposition positioniert werden: gewünschte Kernstapelhöhe (31 + 38) z. B. 240 mm + Hubplattenhöhe (37) z. B. 30 mm + Abwurfhöhe (30) z. B. 15 mm, somit D = 285 mm unter der fixen Abwurfhöhe stehen.
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Die Hubplatte 29 sinkt bei wachsender Kernstapelhöhe kontinuierlich oder in kleinen Schritten ab, um immer eine geringe Abwurfhöhe 30 von beispielsweise 15 mm des Bleches zu gewährleisten.
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Diese Hubplatte 29 besitzt vier Hubnasen oder Druckflächen 44 mit Anhängebolzen. Diese Druckflächen 44 sind in der Hubplatte 29 integriert und laufen jeweils nach außen ragend in den jeweiligen Kulissen-Öffnungen des Grundrahmens 40, wie dies insbesondere die 17 und 18 zeigen. Die aus dem Grundrahmen 40 herausragenden Druckflächen 44 werden jeweils von synchronisierten Hubelementen 43 programmgesteuert in der vertikalen z-Achse gesenkt und gehoben. Alternativ lassen sich auch Spindelhubelemente einsetzen.
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Nach Erreichen der verlangten Kernstapelhöhe 31 wird der Transformatorkern zusammen mit der Hubplatte 29 aus dem Grundrahmen 40 gehoben und einem sogenannten Kipptisch zur weiteren Lagerung des Transformatorkerns bzw. zur Montage der Spule um den aus den Blechen 3 gebildeten Mittelschenkel sowie dem manuellen Einschachteln der Jochbleche 5 in den Kern zugeführt.
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Die Spannschrauben 26 mit Führungskappe 27 sowie eine geringe Abwurfhöhe 30 des jeweiligen Bleches zum zu stapelnden Transformatorkern beeinflussen wesentlich die Stapelgeschwindigkeit sowie die genaue Abwurfposition bzw. Kernstapelung, wie sie zum Stapeln eines Step-Lap-Kernes unverzichtbar sind.
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Die Abwurfhöhe der Bleche über der Stapelstelle muss möglichst niedrig sein, um die Legegeschwindigkeit zu erhöhen und ein sogenanntes Schwimmen des abgeworfenen Bleches zu vermeiden. Bei diesem sogenannten Schwimmen erzeugt das abgeworfene Blech kurzzeitig ein Luftpolster zwischen Blech und Ablage, welches zum seitlichen Ausweichen des Bleches führen kann.
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Die Spannschrauben 26 mit Sitz im Konus 35 ermöglichen ein Spannen der Transformatorkerne vor dem Abtransport und verhindern somit jegliches Verschieben der Bleche im Schenkelpaket sowie der Schenkelpakete untereinander. Des Weiteren stabilisieren die Spannschrauben 26 während des gesamten Stapelvorganges den Transformatorkern bzw. das Paket bei dessen wachsender Kernstapelhöhe. Die Spannschrauben 26 garantieren während des gesamten Stapelvorganges eine 90°-Ablage der Bleche im Stapelpaket.
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Die erfindungsgemäße Transformatorenkern-Stapelanlage weist eine hohe Stapelleistung pro Stapelstelle durch kurze Blechaufnahmen sowie kurze Blechlegezeiten auf. Die Aufnahme von fünf Blechen entsprechend einer Lage des Kernes wird durch den Vieleck-Rotationsstapler 16 auf einmal an der Aufnahmestelle 13 vorgenommen. Somit werden fünf Bleche nur 1-mal in x- und y-Achse transportiert.
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Die speziellen Stapeltische ermöglichen durch das programmgesteuerte kontinuierliche Senken der Stapelpalette im Hubrahmen 40 wie beschrieben eine einstellbare gleichbleibende minimale Abwurfhöhe 30 (z. B. 15 mm) der einzelnen Bleche 1 bis 5.
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Weiterhin gilt für die erfindungsgemäße Transformatorenkern-Stapelanlage, dass je kleiner die Transformatorenkerne sind, desto kleiner die Längen der einzelnen Bleche sind, d. h. die Schnittleistung der Schneid- und Stanzanlage muss linear ansteigen.
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Die E-Stapelanlage gemäß 4 kann durch eine beliebige Anzahl von Stapelstationen 10 und 10', durch Vergrößerung der ovalen Umlaufbahn 12 sowie Erhöhung der Anzahl der Vieleck-Rotationsstapler 16 erweitert werden. Dabei gilt, dass je mehr Stapelstationen 10 und 10' vorgesehen, desto weniger Bandbreiten-Wechsel erforderlich sind.
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Diese größere Anzahl von Stapelstationen kommt insbesondere der Produktion von kleinen und mittleren Verteilertransformatoren entgegen, da aufgrund der kurzen Bleche die Schnittzeiten sehr kurz sind bzw. die Anzahl der geschnittenen und gestanzten Bleche 1 bis 5 sehr hoch ist und somit immer mehrere Stapelstationen eingesetzt werden können.
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Auch lässt sich die Stapelanlage aus konstruktiven Gründen preisgünstig herstellen, sowohl mechanisch, als auch im Ablauf der Mechanik und elektrischen Steuerung, da nur zwei Elemente, der Vieleck-Rotationsstapler 16 und der Stapelwagen 39 angesteuert werden müssen. Dafür sind vier CNC-Ansteuerungen gemäß 21 für den Vieleck-Rotationsstapler 16 und eine CNC-Ansteuerung gemäß 16 für den Hydraulik- oder Spindelhubtisch 42 des Stapelwagens 39 erforderlich.
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Die erste Ansteuerung bewirkt die programmierte Rotation des Vieleck-Rotationsstaplers 16.
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Die zweite Ansteuerung ermöglicht eine programmierte Steuerung des hängenden Schlittens bzw. Wagens 46 mit dem integrierten Drehkranz 47 und dem Vieleck-Rotationsstapler 16 auf der ovalen Umlaufbahn 12.
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Die dritte Ansteuerung verschiebt mittels der Antriebsvorrichtung 53 den am Drehkranz 48 hängenden Schlitten mit dem Vieleck-Rotationsstapler 16, zur Ablage der Bleche 4 und 5. Dabei wird der separate Fahrweg der y-Achse des Vieleck-Rotationsstaplers 16 für die Ablage der Bleche 4 und 5 benötigt.
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Die vierte Ansteuerung wirkt auf einen Antrieb des Drehkranzes 48 um die Schwenkung ±90° von der x-Achse zur y-Achse und zurück auszuführen. Dieser Antrieb kann auch hydraulisch ausgeführt werden.
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Die fünfte Ansteuerung ermöglicht den Hub- und Senkbetrieb des Stapeltisches.
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Der erfindungsgemäße Stapeltisch bzw. Stapelwagen 39 ermöglicht eine einstellbare, stets konstant bleibende, niedrige Abwurfhöhe 30 der Bleche 1 bis 5.
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Weiterhin begünstigt der Stapelwagen 39 ein Verspannen der fertig gestapelten Transformatorkerne vor dem Transport bzw. noch in der Anlage mittels spezieller Spannschrauben 26 bzw. ihrer speziellen Anwendungsmöglichkeit.
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Auch verhindert der erfindungsgemäße Stapelwagen 39 durch den gespannten, d. h. zusammengepressten Transformatorkern jegliches Verschieben der Bleche 1 bis 5 im Kern sowie der Schenkel- und Jochpakete untereinander.
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Ein Verschieben von nur einem Blech im jeweiligen Paket würde ein komplettes manuelles Entstapeln des Paketes zur Folge haben, bis man das verschobene Blech in seiner Lage erreicht hat.
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Die Handhabung der Anlage und somit auch der Stapelanlage ist übersichtlich.
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Der gestapelte Kern auf der Stapelpalette oder auf der Hubplatte 29 liegend kann mit derselben von einem Stapler oder einer Rollenbahn auf der Rückseite der Stapelstelle entfernt werden. Auf dem gleichen Wege kann die Station wieder mit einer neuen Palette bzw. mit der Hubplatte 29 bestückt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bleche für ersten Schenkel
- 2
- Bleche für Mittelschenkel
- 3
- Bleche für zweiten Schenkel
- 4
- Bleche für erstes Joch
- 5
- Bleche für zweites Joch
- 6
- E-Kern
- 7
- Stufen
- 8
- Mittellage
- 9
- Kreis
- 10
- Stapelstation
- 11
- Auslauftransportband
- 12
- ovale Umlaufbahn
- 13
- Aufnahmestelle
- 14
- Legeposition
- 15
- Drehpunkt
- 16
- Vieleck-Rotationsstapler
- 17
- Rotationspfeil
- 18
- Radius
- 19
- Höhe
- 20
- Hubhöhe
- 21
- Aufnahmeplatten
- 22
- Stößel
- 23
- Referenz-Durchmesser
- 24
- Durchmesser
- 25
- Aufnahmedorn
- 26
- Spannschraube
- 27
- Führungskappe
- 28
- Blechstapel
- 29
- Hubplatte
- 30
- fixe Abwurfhöhe
- 31
- Kernstapelhöhe
- 32
- Führungsring
- 33
- Lochplatte
- 34
- Buchse
- 35
- Aufnahmekonus
- 36
- zweite Hubplatte
- 37
- Dicke der Hubplatte
- 38
- Hubhöhe
- 39
- Stapelwagen
- 40
- Grundrahmen
- 41
- Fahrwerk
- 42
- Hydraulik- oder Spindelhubtisch
- 43
- Synchronisierte Hubelemente
- 44
- Hubnasen
- 45
- Führungsleisten
- 46
- hängender Wagen
- 47
- Drehantrieb
- 48
- Drehkranz
- 49
- Hub- und Absenkvorrichtung
- 50
- Hydraulikzylinder
- 51
- Antriebsmotor
- 52
- Verstellweg
- 53
- Antriebsvorrichtung
- 54
- Schrott Abfall
- x
- x-Achse
- y
- y-Achse
- z
- z-Achse
