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Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Rotationsschneiden von Elektroblechen, vorzugsweise mit einer Blechstärke von 0,1 mm und kleiner, für Eisenkerne (Blechpakete) von elektrischen Maschinen und Transformatoren.
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Bei der Herstellung von elektrischen Maschinen, wie Elektromotoren oder Generatoren, sowie von Transformatoren, werden Blechpakete eingesetzt, welche aus übereinandergeschichteten und miteinander verbundenen Elektroblechen bestehen. Die einzelnen Blechzuschnitte der Blechpakete werden üblicherweise in Stanzpressen hergestellt und anschließend aufgestapelt. Die Verbindung der Bleche untereinander kann durch Kleben, Schweißen oder auch durch mechanische Verbindungselemente, wie beispielsweise durch Nieten erfolgen.
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Beim Rotationsstanzen bzw. -schneiden erfolgt die Materialtrennung durch Drehung der Werkzeuge und nicht durch eine gradlinige Bewegung der Werkzeuge. Der Aufbau einer Rotationsstanze besteht im Wesentlichen aus einem Gestell, einem Wellenpaar, Getriebe und den Werkzeugträgerringen. Die runden Werkzeugträgerringe sitzen auf den angetriebenen Werkzeugwellen. Die Werkzeugwellen sind durch ein Getriebe synchronisiert und dadurch in ihrer Winkelstellung zueinander fixiert. Sie rotieren gegenläufig. Durch die Fixierung der Werkzeugwellen, durch das Getriebe, sollte gewährleistet sein, daß jeder Stempel in die dafür vorgesehene Matrize läuft und darüber hinaus das Schnittspiel an den Schnittkanten quer und parallel zur Materialaufrichtung stets das erforderliche Maß hat. Das bandförmige Ausgangsmaterial wird zwischen Stempelring und Matrizenring geführt und so der rotativen Bearbeitung durch die eigentlichen Werkzeuge, Stempel und Matrize, ausgesetzt. Die Anzahl und Ausführung der verwendeten Werkzeuge ist dabei produktabhängig. Durch die entsprechende Auslegung der Werkzeuge stanzt der Stempel das Material im Zusammenspiel mit der dazugehörigen Matrize.
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Bei der Umformung von Bändern oder Blechen, beispielsweise zum Austanzen von Löchern, können Rotationsstanzwerkzeuge dienen, die im Gegensatz zu Pressen mit hin- und hergehenden angetriebenen Werkzeughälften ein kontinuierliches Arbeiten ermöglichen.
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Eine derartige Umformeinrichtung ist aus der
EP 0680793 A1 bekannt. Die Umformeinrichtung besteht aus zwei Walzen, von denen eine erste Walze an ihrem Umfang mit Vertiefungen versehen ist und die Matrize bildet. Die andere zweite Walze ist an ihrem Umfang mit Vorsprüngen versehen, die zu den Ausnehmungen der ersten Walze komplementär ausgebildet sind und somit eine Patrize bilden.
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Eine weitere Rotationsumformmaschine, insbesondere eine Stanze mit einem Rotationswerkzeug, ist aus der
DE 198 32 897 A1 bekannt. Die Rotationsumformungsmaschine weist ein Werkzeug auf, zu dem zwei Walzen mit entsprechenden Stempeln und Ausnehmungen – Patrizen und Matrizen – gehören. Wenigstens eine, vorzugsweise beide der Walzen sind von einer Antriebseinrichtung angetrieben, wobei der Antrieb der beiden Walzen vorzugsweise synchron erfolgt. Desweiteren weist die Rotationsumformmaschine eine Vorschubeinrichtung für das zu stanzende Material auf.
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Aus der
DE 10 2010 036 546 A1 ist eine weitere Rotationsstanze zum Bearbeiten von bahnförmigen Material, vorzugsweise zum Schneiden, Stanzen und/oder Perforieren von Verpackungsmaterial, bekannt, wobei die Rotationsstanze einen drehbar gelagerten Gegendruckzylinder und einen drehbar gelagerten Stanzzylinder aufweist und zwischen Gegendruck- und Stanzzylinder ein Mittel zur variablen Einstellung eines Spaltmaßes vorgesehen ist. Die vorbekannten Rotationsstanzen haben den Nachteil, daß die beiden Walzen und Matrize und Patrize absolut synchron laufen müssen, um Beschädigungen oder Zerstörungen an den Werkzeugen zu vermeiden bzw. den Verschleiß zu vermindern. Weiterhin ergeben sich hier relativ aufwendige Werkzeuge.
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Die
JP 2007-104 889 A beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Elektroblechen für Eisenkerne von elektrischen Maschinen mit Hilfe des Rotationsstanzens aus einem Endlosband. Das Verfahren umfaßt die Schritte: Abwickeln eines magnetischen Stahlbandes von einer Spule und zuführen des Stahlbandes zu einer Einrichtung mittels deren Hilfe die Elektrobleche für Eisenkerne ausgeschnitten werden. Die Einrichtung besteht aus einer zylindrischen Messerwalze und einer dazu gegenläufig rotierenden zylindrischen Walze, wobei die Messerwalze auf der äußeren Umfangsfläche eine konvexe Schneidkante, die der Form des Elektrobleches entspricht, aufweist. Die zylindrische Walze weist eine glatte äußere Umfangsfläche auf. Das magnetische Stahlband wird zwischen den beiden Walzen geführt und gehalten, während sie synchron in entgegengesetzter Richtung zu einander drehen. Durch die konvexe Schneidkante wird die Form des Elektrobleches aus dem magnetischen Stahlband ausgeschnitten.
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Die zylindrische Messerwalze mit seiner konvexen Schneidkante muss ein bestimmtes Spaltmaß zur Walze (Gegenwalze), wobei das Spaltmaß der Dicke des Stahlbandes entspricht, aufweisen, um ein vollständiges Ausstanzen bzw. -schneiden der Form des Elektrobleches zu gewährleisten. Bei einem zu großen Spaltmaß kann es zu einem unvollständigen Schnitt kommen, bei einem zu geringen Spaltmaß kommt es zwar zu einem vollständigen Durchtrennen des Stahlbandes, aber auch zu einem erhöhten Verschleiß an den Schneidkanten bzw. zur Zerstörung der Oberfläche der Gegenwalze.
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Elektrobleche sind Bleche aus einer Fe-Si-Legierung. Sie werden meist in Form von Blechbändern geliefert und müssen je nach Verwendungszweck – Elektromotoren, Generatoren oder Transformatoren – entsprechend der geforderten Geometrie ausgestanzt bzw. ausgeschnitten und danach zu Ständer- oder Läuferblechpaketen bzw. zu Kernen geschichtet werden. Die Elektrobleche dienen zur Führung und Verstärkung des magnetischen Flusses in den genannten elektrischen Maschinen bzw. Geräten.
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Die Güte der Elektrobleche ist um so besser, je niedriger die magnetischen Verlustwerte, die sich aus Hystereseverlusten und Wirbelstromverlusten zusammensetzen, sind. Die Reduktion der Wirbelstromverluste kann durch den Einsatz dünnerer Elektrobleche für Stator bzw. Rotor erreicht werden. Bei derzeit gängigen elektrischen Maschinen beträgt die Stärke der Elektrobleche zwischen 0,3 und 0,5 mm. Diese Blechstärken sind ausreichend für Elektromotoren bis zu einem Drehzahlbereich von maximal 15000 U/min. Für Drehzahlbereiche oberhalb von 15000 U/min muss die Blechstärke reduziert werden, und zwar in einen Bereich von 0,1 mm und geringer, um die für die Regelung dieser Motoren erforderlichen hohen Energiefrequenzen darstellen zu können.
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Mit den im Stand der Technik beschriebenen Anlagen ist eine Verarbeitung von dünneren Elektroblechen (0,1 mm und geringer) nur bedingt bzw. nicht möglich, da die ausgeschnittenen Elektrobleche (Gutteil) in der Matrize verklemmen kann.
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Aus dem
DE 82 24 732 U1 ist ein Werkzeug für Rotationsbandstahlschnitte mit einer an einer rotierenden Walze befestigten Montageplatte, an der das ein oder mehrere Stanzschneiden aufweisende Linienmaterial angebracht ist, bekannt. Am Werkzeug ist mindestens eine Auswerfervorrichtung für den ausgeschnittenen Stanzabfall vorgesehen. Die Auswerfervorrichtung weist ein Auswerferelement auf, welches zwischen den Bereichen einer oder zweier Stanzschneiden, die in sich oder mittels einer Außenkante eines Stanzgutes eine geschlossene Kontur bilden, angeordnet und über die Außenkontur der Stanzschneiden bzw. des Stanzgutes hinaus anhebbar ist. Das Auswerfelement ist an einen Bereich mit einer Kipphebelanordnung verbunden und weist einen um eine Schwenkachse schwenkbaren zweiarmigen Hebel auf. Dadurch kann mit dem Werkzeug für die Rotationsbandstahlschnitte selbst und unmittelbar nach dem Stanzen der Stanzabfall aus der Kartonage bzw. dem Stanzgut herausgedrückt und aktiv ausgeworfen werden.
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Durch die Auswerfvorrichtung kann es beim Stanzen von sehr dünnen Blechen zu Verformungen kommen, die ein genaues Stapeln der ausgeschnittenen Bleche unmöglich machen.
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Bekannt ist aus der
US 5,561,998 A eine Rotationsvorrichtung zum Formen eines Werkstückes enthaltend obere und untere Rotationsteile, die sich auf entgegengesetzten Seiten eines Werkstücks im Gleichgang drehen können. Auf dem oberen Rotationsteil sind bewegliche Gesenkträger und auf dem unteren Rotationsteil ist die gleiche Anzahl von beweglichen Gesenkträgern vorgesehen. Die beweglichen Gesenkträger weisen einen im Wesentlichen halbzylindrischen Querschnitt auf und können sich halbrotatorisch relativ zu den jeweiligen Rotationstellen bewegen. Um die jeweilige Position der oberen Gesenkträger zu verändern und zu steuern, ist jeder der Gesenkträger mit einem ersten und einem zweiten Paar Führungszapfen versehen.
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Die
DE 10 2012 005 005 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Anordnung zur Herstellung von Elektroblechen. Die Anordnung zur Herstellung von Elektroblechen weist ein erstes Walzenpaar zum Zusammenführen eines endlosen Elektroblechbandes und einen Trägerbandes zur Erzeugung eines Verbundes und ein zweites Walzenpaar, bestehend aus Stanzwalze mit mehreren über den Umfang verteilten Stanzwerkzeugen und einer Gegendruckwalze auf, sowie eine Trenneinrichtung zum Trennen des Stanzgitters vom Trägerband.
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Das Gebrauchsmuster
G 90 17 365 U1 beschreibt eine Vorrichtung zum Lochen von Bändern aus Folien oder Blechen. Durch ein liegendes Walzenpaar wird das Metallband transportiert, wobei die obere Walze mit Lochstempeln und die untere Walze mit einem elastischen Belag versehen ist, in dem die Lochstempel der oberen Walze unter Verformung des Belages eintauchen.
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Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, eine Anlage zum Rotationsschneiden von Elektroblechen für Eisenkerne (Blechpakete) von elektrischen Maschinen und Transformatoren so weiterzubilden, dass Verformungen der sehr dünnen Elektrobleche – mit einer Dicke von 0,1 mm und kleiner – sowie das Verklemmen der ausgestanzten Elektrobleche in Patrize und/oder Matrize sicher vermieden werden.
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Die Aufgabe wird mit einer Anlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Anlage besteht zum Rotationsschneiden von Elektroblechen, vorzugsweise mit einer Blechstärke von 0,1 mm und kleiner, für Eisenkerne (Blechpakete) von elektrischen Maschinen und Transformatoren aus einem Werkzeug, zu dem zwei Walzen mit Patrizen und Matrizen gehören und die mittels einer Antriebseinheit verbunden sind und die Walzen vorzugsweise synchron antreiben. Die in einem Gestell der Anlage angeordneten Walzen sind als Patrizen- und Matrizenwalze ausgebildet, wobei diese aus einem Walzenkern bestehen und auf diesem jeweils die Patrizen bzw. die Matrizenabschnitte befestigt sind. Die Abstände zwischen den Schneidkanten der Matrize und der Patrize liegen während des Schneidvorganges im Bereich von 0,1 bis 0,5 μm.
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Auf jedem der Patrizen- und Matrizenabschnitte sind mindestens eine Patrize bzw. eine Matrize angeordnet, wobei der Walzenkern als prismatischer Körper mit mindestens drei Flächenbereichen ausgebildet ist.
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Um ein Verklemmen der auszustanzenden Elektrobleche bzw. eine Verformung weitestgehend auszuschließen ist die Matrize vollflächig und die Patrize innerhalb ihrer Schneidenkontur mit einem Elastomer ausgefüllt. Das Elastomer ist dabei bündig mit der Oberfläche des Matrizenabschnitts bzw. bündig mit der Schneidkante der Patrize eingebracht.
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Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:
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1 – Prinzipdarstellung Rotationsschneidwerkzeug
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2 – Schnittdarstellung der Anlage
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Die 1 zeigt eine Prinzipdarstellung des Rotationsschneidewerkzeuges. Dieses besteht aus einer Patrizenwalze 1 und einer Matrizenwalze 2. Als Grundkörper für die Patrizenwalze 1 bzw. die Matrizenwalze 2 wird ein Walzenkern 7 mit einem prismatischen Körper mit vier Flächen verwendet. Auf den jeweiligen Flächen der Walzenkerne 7 werden die Patrizenabschnitte 5 bzw. die Matrizenabschnitte 6 befestigt.
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Die Matrizenabschnitte 6 weisen jeweils mindestens eine Matrize 4 auf, die mittels eines Elastomers bündig mit der Oberfläche des Matrizenabschnittes 6 ausgefüllt sind. Die Patrizenabschnitte 5 weisen jeweils mindestens eine Patrize 3 auf, die innerhalb ihrer Schneidenkontur ebenfalls bündig mit einem Elastomer ausgefüllt ist.
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Die Herstellung der Patrizenabschnitte 5 erfolgt in mehreren Schritten. Zuerst werden die Rohlinge mit einer Grobkontur und einem Übermaß gefertigt und anschließend vollständig gehärtet. Um die Paßgenauigkeit mit der Patrizenwalze 1 zu gewährleisten, wird der Innenradius der Patrizen auf einer 5-Achs-Fräsmaschine mikrohart bearbeitet. Durch die Möglichkeit der Mikrohartbearbeitung entfällt der Arbeitsschritt des Polierens, da die Oberflächenqualität nach der Fräsbearbeitung bereits den geforderten Anforderungen entspricht.
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Anschließend werden die vorbereiteten Patrizenabschnitte 5 auf der Patrizenwalze 1 montiert und die Schneidkanten, Schnittkonturen und die Oberfläche der Patrizen 3 ebenfalls mikrohart bearbeitet und die Patrizen 3 mit einem Hartstoffschichtsystem beschichtet, um die Verschleißfestigkeit weiter zu erhöhen. Die Herstellung der Matrizenabschnitte 6 erfolgt analog.
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Nachdem Patrizenwalze 1 und Matrizenwalze 2 einsatzfertig erstellt wurden, werden die auf der Patrizenwalze 1 angeordneten Patrizen 3 bündig mit der Oberkante der Schneidenkontur und die auf der Matrizenwalze 2 angeordneten Matrizen 4 bündig mit der Oberfläche der Matrizenabschnitte 6 mit einem Elastomer ausgefüllt.
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Der Aufbau der Matrizenwalze 6 und der Patrizenwalze 5 haben den Vorteil, dass zum einen beim Bruch einer Patrize 3 nicht die gesamte Patrizenwalze 5 ausgetauscht werden muss, sondern nur der entsprechende Patrizenabschnitt 5. Dies setzt allerdings voraus, dass der neue Patrizenabschnitt 5 den Toleranzen der Patrizenwalze 5 entspricht. Ebenso können die Matrizenabschnitte 6 auf der Matrizenwalze 2 ausgetauscht werden.
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Dies ermöglicht einen schnellen Austausch, ohne die Walzen ausbauen zu müssen, und minimiert die Lagerhaltung von fertig bestückten Patrizenwalzen 1 und Matrizenwalzen 2.
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Die 2 zeigt eine Schnittdarstellung der Anlage zum Rotationsschneiden von Elektroblechen mit sehr geringer Blechstärke. Die Anlage besteht aus einem Gestell 10, in dem die Patrizenwalze 1 und die Matrizenwalze 2 drehbar angeordnet sind. Der Antrieb der beiden Walzen 1 und 2 erfolgt über die Antriebseinheit 9. Der Antrieb der Patrizenwalze 1 und der Matrizenwalze 2 erfolgt gegenläufig. Die Spaltmaßeinstellung der Patrizenwalze 1 zur Matrizenwalze 2 erfolgt mittels der Spaltmaßeinstellvorrichtung 11.
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Nach dem Einziehen des Elektroblechbandes 8 zwischen Patrizenwalze 1 und Matrizenwalze 2 werden die Walzen in Rotation versetzt. Dadurch wird zum einen das Elektroblechband 8 von der Rolle abgezogen und zum anderen die Elektrobleche entsprechend der durch die Schneidenkontur der Patrize 3 vorgegebenen Kontur ausgeschnitten.
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Während des Schnittvorganges werden die auszuschneidenden Elektrobleche in Richtung der Matrize 4 gedrückt und somit auch das sich in der Matrize 4 befindliche Elastomer zusammengedrückt. Da die Matrizenwalze 2 rotiert und damit der Spalt zwischen Patrizenwalze 1 und Matrizenwalze 2 erweitert wird, kann sich das Elastomer rückverformen und das fertige Elektroblechteil von der Matrizenwalze 2 abheben und einer Lagereinrichtung zugeführt werden.
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Das dabei entstehende Stanzgitter kann dann entweder zum Aufrollen oder zur Zerkleinerung einer entsprechenden Einrichtung zugeführt werden.
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Der Vorteil des Einsatzes eines Elastomers in Patrize 3 bzw. Matrize 4 liegt darin, dass sich die ausgeschnittenen Elektrobleche nicht in diesen verklemmen können, sondern sicher im Fertigungsprozeß abgeführt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Patrizenwalze
- 2
- Matrizenwalze
- 3
- Patrize
- 4
- Matrize
- 5
- Patrizenabschnitt
- 6
- Matrizenabschnitt
- 7
- Walzenkern
- 8
- Elektroblechband
- 9
- Antriebseinheit
- 10
- Gestell
- 11
- Spaltmaßeinstellvorrichtung
