Maßgeschneiderte Bandzuführanlagen in der Rotor- und Statorfertigung

Die tonnenschweren Coils mit den bis zu 650 Millimeter breiten Bändern werden zunächst per Gabelstapler auf eine hydraulische Haspel aufgespannt. Durch das Aufwickeln der Bänder auf die Coils entstehen verschiedene Spannungen wie Krümmungen, Wölbungen und Torsionen im Material. Diese werden beim Richten beseitigt.

Holger Rentschler
Maschinenentwickler bei Kienle + Spiess

„Wir sind froh, so einen leistungsfähigen und zuverlässigen, langjährigen Maschinenlieferanten zu haben, mit dem wir für aktuelle und künftige Herausforderungen jederzeit gerüstet sind. “

Scheibenwischer, Sitzhöhenverstellung, Klimaanlage oder Fensterheber: So gut wie überall, wo sich in oder an modernen Kraftfahrzeugen etwas bewegt, sind Elektromotoren dafür verantwortlich. Bis zu 80 Stück verrichten pro Auto oder Lkw leise, emissionsfrei, wartungsarm und zuverlässig ihren Dienst – mit steigender Tendenz. Hinzu kommt der fortwährende Siegeszug der E-Mobilität: Weltweit waren im Jahr 2019 7,9 Millionen Elektroautos zugelassen, ein neuer Rekord. Dadurch sind die Antriebe in der Automotive- und Zulieferindustrie aktuell gefragter denn je.

Zuständig dafür, dass in den Motoren aus Elektrizität eine Bewegung entsteht, sind im Wesentlichen zwei Komponenten: Rotor und Stator. Beide besitzen in der Regel Induktionsspulen, welche magnetische Felder erzeugen, wenn sie unter Strom stehen. Durch die Anziehungs- und Abstoßungskräfte, die diese Felder aufeinander ausüben, wird der Rotor in eine Drehbewegung versetzt, während der Stator, der meist mit dem Gehäuse verbunden ist, feststeht. Dieser Impuls lässt sich nutzen, um rotierende oder linear bewegliche Teile anzutreiben – von winzig klein bis riesengroß.

Kienle + Spiess setzt seit mehr als 40 Jahren auf die Bandzuführanlagen von Kohler. (Bilder: Kohler)

Fritz Zibold
Produktionsleiter bei Kienle + Spiess

„Kohler hat uns maßgeblich dabei unterstützt, einen effizienten, hochpräzisen und weitgehend mannlosen Fertigungsprozess erfolgreich umzusetzen. “

Der Weg vom Coil zum Blechpaket

Die Herstellung von Rotoren und Statoren ist aufwändig und beinhaltet eine Vielzahl von Prozessschritten. Die Bauteile bestehen zumeist aus Elektroblech, welches unter anderem gestanzt und in mehreren Lagen paketiert wird – denn Blechpakete erzeugen ein gleichmäßigeres und damit besser nutzbares Magnetfeld als Vollmaterialien. Elektrobleche werden in sogenannten Coils, also langen, aufgerollten Bändern, an die Hersteller geliefert.

Mit der Produktion von Komponenten für Elektromotoren bestens vertraut ist die Kienle + Spiess GmbH im baden-württembergischen Sachsenheim bei Stuttgart. Das 1935 gegründete Unternehmen ist Spezialist für hocheffiziente Rotoren und Statoren, das Stanzen von Elektroblech ist dabei die Kernkompetenz. „Unsere Produkte kommen in zahlreichen Branchen zum Einsatz, etwa in der Medizintechnik, in Haushaltsgeräten, Industrieanlagen, der Intralogistik oder der Energiewirtschaft“, berichtet Produktionsleiter Fritz Zibold. „Den größten Anteil hat jedoch mit fast 50 Prozent die Automotive-Branche.“ Und das Geschäft boomt: Mittlerweile beschäftigt Kienle + Spiess an insgesamt drei Standorten rund 1.000 Mitarbeiter und erzielt einen Umsatz von 171 Millionen Euro im Jahr.

Ein automatischer Vorschub zieht das Band in die Richtmaschine.

Infos zum Anwender

Die Kienle + Spiess GmbH im baden-württembergischen Sachsenheim ist Spezialist für hocheffiziente Rotoren und Statoren, die unter anderem in der E-Mobilität zum Einsatz kommen. (Bild: Kienle + Spiess)

Präzision ist oberstes Gebot

Neben einer zuverlässigen und schnellen Belieferung ist für die Kunden von Kienle + Spiess vor allem eines wichtig: absolute Präzision. „Wie exakt unsere Bauteile gefertigt sind, hat später großen Einfluss auf den fehlerfreien und energieeffizienten Betrieb der Motoren“, erklärt Zibold. Um in der Produktion reproduzierbar präzise Ergebnisse zu erzielen, setzt das Unternehmen auf hoch automatisierte Fertigungslinien. Diese erledigen sämtliche Prozessschritte, vom Abwickeln der Coils bis zur Ausgabe der fertig gestanzten Teile, weitgehend in Eigenregie.

Ein wichtiger Partner für Kienle + Spiess ist dabei seit vielen Jahren die Kohler Maschinenbau GmbH. Das Unternehmen entwickelt und produziert Bandzuführanlagen und Teilerichtmaschinen für die industrielle Blechbearbeitung. „Das Richten der Blechbänder ist bei uns ein wichtiger Arbeitsschritt, denn durch das Aufwickeln auf die Coils entstehen verschiedene Spannungen wie Krümmungen, Wölbungen und Torsionen im Material“, schildert Holger Rentschler, Maschinenentwickler bei Kienle + Spiess. „Das erschwert zum einen die weitere Verarbeitung und beeinträchtigt zum anderen die Qualität des Endprodukts.“ Diese Spannungen werden durch die Richtmaschine beseitigt.

Bis zu 21 Walzen formen das Material um, bis die jeweilige Streckgrenze erreicht ist.

Unterbrechungsfreier Betrieb für höchste Produktivität

Zu diesem Zweck werden die tonnenschweren Coils mit den bis zu 650 Millimeter breiten Bändern zunächst per Gabelstapler auf eine hydraulische Haspel aufgespannt. Die meisten Anlagen bei Kienle + Spiess sind mit Doppelhaspeln ausgestattet – dadurch können die Mitarbeiter die Coils wechseln, während gleichzeitig ein anderes abgewickelt wird – eine enorme Zeitersparnis. „Das ermöglicht einen unterbrechungsfreien Betrieb und macht uns somit produktiver“, erläutert Rentschler. Pro Jahr verarbeitet Kienle + Spiess etwa 87.000 Tonnen der Stahlbänder. Ein automatischer Bandabzug zieht das Band in die Richtmaschine, in der bis zu 21 Walzen das Material umformen – „jedoch immer nur so weit, bis die jeweilige Streckgrenze erreicht ist“, weiß Rentschler. „Denn sonst würde sich das Band zusätzlich verformen.“

Der Verlauf der Umformung ähnelt einer abklingenden Sinuskurve. Die genauen Parameter sind unter anderem von der Stärke und Streckgrenze des zu richtenden Bandes abhängig – diese geben die Mitarbeiter manuell über ein Bedienpult ein. Die Steuerung berechnet aus den Eingaben die exakte Einstellung des Walzenstuhls. „Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, Werte für häufig verarbeitete Materialien zu speichern“, ergänzt Rentschler.

Wie bei allen Kohler-Bandzuführanlagen kommen auch hier großzügig dimensionierte Stützrollen zum Einsatz. Im Gegensatz zu den am Markt üblicherweise verbauten schmalen Stützrollen haben sie laut Hersteller eine längere Lebensdauer, müssen seltener ausgetauscht werden und erhöhen zusätzlich die Richtqualität. Da sich je nach verarbeitetem Material von Zeit zu Zeit Schmutzpartikel an Richtwalzen und Stützrollen ablagern können, sollten diese in regelmäßigen Abständen inspiziert, gewartet und gereinigt werden. Dank des erweiterten Reinigungssystems von Kohler ist dies ohne großen Aufwand auch zwischen zwei Arbeitsprozessen möglich. Dazu fährt der Werker per Knopfdruck nacheinander die obere und untere Schieberplatte mit den Walzen und Stützrollen aus. Diese sind nun leicht zugänglich und können bequem von nur einer Person gereinigt werden.

Mannloser Prozess bis zum fertigen Stanzteil

Das Ergebnis des Richtvorgangs ist ein ebenes und nahezu spannungsfreies Band. Dieses gelangt anschließend in eine Bandschlaufe – eine Art Puffer, um die unterschiedlichen Vorschübe der Stanz- und Richtmaschinen auszugleichen. Eine Schweißanlage verbindet das Ende des Bandes mit dem Anfang des nächsten – „damit entsteht quasi ein unendliches Band, was uns wiederum ermöglicht, pausenlos zu arbeiten“, beschreibt Rentschler den Vorteil. Weitere Anlagenkomponenten messen unter anderem die Dicke des Bandes und beseitigen Verunreinigungen, bevor die Rotor- und Statorbauteile letztlich in der Stanzmaschine ihre Form erhalten. Mitarbeiter entnehmen die Teile und führen sie den weiteren Bearbeitungsschritten zu, eine unterirdische Fördertechnik-Anlage beseitigt automatisch den Schrott.

„Kohler hat uns hier maßgeblich dabei unterstützt, einen effizienten, hochpräzisen und weitgehend mannlosen Fertigungsprozess erfolgreich umzusetzen“, lobt Produktionsleiter Zibold. Etwa 40 Bandanlagen des Spezialisten sind an allen Standorten von Kienle + Spiess mittlerweile im Einsatz. „Sie sind äußerst zuverlässig und wartungsarm und dank der umfangreichen Sicherheitstechnik sind unsere Mitarbeiter sehr gut vor Unfällen geschützt.“ Seit mehr als 40 Jahren arbeiten beide Unternehmen zusammen und sind in dieser Zeit gemeinsam gewachsen. „Auch bei besonderen Anforderungen stand Kohler uns immer tatkräftig zur Seite“, erinnert sich Zibold. „Wenn es etwa darum ging, größere Banddurchmesser zu verarbeiten oder höhere Vorschubgeschwindigkeiten umzusetzen, hatten die Experten immer schnell eine passende Lösung parat.“ Die gute Beratung und der kompetente Service seien neben der Qualität und Leistung der Maschinen weitere Stärken von Kohler.

Megatrend sorgt für positive Zukunftsaussichten

Der Blick in die Zukunft ist bei Kienle + Spiess – allen aktuellen Unsicherheiten in der Weltwirtschaft zum Trotz – von Optimismus geprägt. Schließlich befindet sich der Megatrend E-Mobilität gerade erst am Anfang, die Anzahl elektrisch angetriebener Fahrzeuge dürfte in den nächsten Jahren rapide steigen. Darüber hinaus sind moderne Pkw mit immer mehr Komfort- und Sicherheitsfunktionen ausgestattet, die ebenfalls an vielen Stellen Elektromotoren benötigen. „Wir sind jedenfalls auf weiteres Wachstum eingestellt und planen daher auch gemeinsam mit Kohler die Installation zusätzlicher Fertigungsanlagen“, verrät Holger Rentschler. „Wir sind froh, so einen leistungsfähigen und zuverlässigen langjährigen Maschinenlieferanten zu haben, mit dem wir für aktuelle und künftige Herausforderungen jederzeit gerüstet sind.“