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Stand: 12.05.1999

Arbeitsweise der Dimpelstation

Maschinenzweck

Die Aufgabe der Dimpelstation besteht darin, das endlose Bandmaterial für die Kühler-Rohre mit einer Vielzahl kleiner Einprägungen mit Abmessungen im mm-Bereich ("Dimpeln") zu versehen. Die folgende Abbildung zeigt einen gedimpelten Materialstreifen.

In den Rohren wölben sich die Dimpel nach innen auf und bewirken im fertigen Kühler Turbulenzen des Kühlmediums, die den Wärmeübergang und damit die Leistung des Wärmetauschers verbessern.

Allerdings würden Dimpel an den Rohrenden die Dichtheit des Kühlers gefährden, da die Verbindung der Kühlerrohre mit den Bodenblechen an den Dimpel-Ausbuchtungen nicht absolut leckagefrei hergestellt werden kann. Insbesondere bei der Aluminium-Verarbeitung ist es erforderlich, den Dimpelvorgang an den Rohrenden kurz zu unterbrechen, um dort die glatte Rohr-Oberfläche für zuverlässige Lötverbindungen zu erhalten. Die Zonen-Dimpelstation ZD ermöglicht es, mit der Dimpelprägung an den Rohrenden jeweils kurz auszusetzen. Über die Computersteuerung der Maschine lassen sich Position und Länge der Freizonen beliebig vorgeben.

Funktionsprinzip


In der Maschine rotieren vier Werkzeuge, die jeweils von einem eigenen Servo-Motor angetrieben werden. Das endlose Bandmaterial umschlingt die Zentralwalze um 180° und wird von ihr mit annähernd konstanter Produktionsgeschwindigkeit (ca. 3 m/s) durch die Maschine gefördert. Der Anpreßdruck einer hier nicht sichtbaren Gummiwalze sorgt für einen schlupffreien Transport. Die Zentralwalze dient gleichzeitig als Matrize für die Dimpelprägung. Die zugehörigen Stempel sind auf den "Mondwalzen" angebracht, die diese Bezeichnung ihrer annähernden Halbkreisform verdanken. Drei Mondwalzen mit identischen Abmessungen sind um jeweils 90° versetzt rund um die Zentralwalze angeordnet und wälzen sich an ihr ab.

Jede Umdrehung der Mondwalzen besteht aus zwei Phasen:

  1. Während der Leerphase ist das Mond-Segment von der Zentralwalze abgewendet (vgl. Mondwalze 2 der Abbildung) und berührt weder das Bandmaterial noch die Zentralwalze. Daher werden auch keine Dimpel geprägt. Die Lage- und Geschwindigkeit des Mondes werden mit Hilfe des zugehörigen Servomotors gesteuert und von dem Drehgeber der Achse kontrolliert. Die Leerphase endet mit dem Eingriffspunkt, d.h. sobald das Mondwerkzeug Kontakt mit der Zentralwalze bekommt (vgl. Mondwalze 1 der Abbildung).
  2. Während der anschließenden Dimpelphase prägen die auf dem Mond angebrachten Stempel Dimpel in das Materialband (vgl. Mondwalze 3 der Abbildung). Die Zahnkränze am Rand der Walzen gewährleisten die Synchronität zwischen den Stempeln und der Matrize. Der Motor des Mondes bringt die Dimpelkraft auf, die für die Prägung erforderlich ist. Gleichzeitig übernimmt der Motor der Zentralwalze die Lage- und Geschwindigkeitsregelung.


Die folgende Abbildung veranschaulicht exemplarisch anhand von 160 [mm] langen Mond-Werkzeugen, wie sich Dimpel- und Freizonen unterschiedlicher Länge aus den Prägungen von mehreren Mond-Segmenten zusammensetzen lassen. Die waagerechten Linien symbolisieren jeweils die Prägung durch einen Mond, die senkrechten einen Wechsel zwischen Dimpel- und Freizone.

Da es nicht schadet, wenn ein nachfolgender Mond noch einmal ganz oder teilweise einen Bereich dimpelt, der bereits von einem anderen Mond bearbeitet wurde, lassen sich durch solche Überlappungen Dimpelzonen von beliebiger Länge erzeugen. Die einzigen Voraussetzungen sind, daß die Mond-Geometrie eine Mindestlänge der Dimpelzone erzwingt und daß jede Zone aus einer ganzzahligen Anzahl von Dimpel-Reihen bestehen muß. In der Produktionspraxis führt das zu keinen Einschränkungen. Auch das kontinuierliche Dimpeln ohne Freizonen ist problemlos realisierbar.

Die geforderten Längen und Positionen der Dimpelzonen entstehen damit allein aus einer intelligenten Steuerung der Dauer der Mond-Leerphasen. Bei langen Leerphasen wird der Mond zunächst abgebremst, um die niedrige Durchschnittsgeschwindigkeit zu erreichen. Er kann dabei bis zum Stillstand kommen oder sogar ein kleines Stück rückwärts drehen, während er bei kurzen Leerphasen deutlich über die Bahngeschwindigkeit hinaus beschleunigt wird. In der Mitte der Leerphase kehrt sich die Beschleunigung um (bremsen statt beschleunigen oder beschleunigen statt bremsen), da die Umfangsgeschwindigkeit des Mondes bis zum Eingriffsmoment wieder mit der der Zentralwalze identisch sein muß. Außerdem müssen für das kollisionsfreie Einspuren der Zahnkränze beide Walzen auch die richtige Eingriffs-Position besitzen.

Um die Motor-Beanspruchung, die Motor-Erwärmung und den Energieverbrauch möglichst gering zu halten, wird in den Leerphasen das energetisch optimale, parabelförmige Geschwindigkeitsprofil gefahren. Außerdem werden die Überlappungen der Mond-Segmente so berechnet, daß die Beschleunigungen in den Leerphasen so gering wie möglich ausfallen.

Die unterschiedlich langen Leerphasen und das exakte Einspuren der Zahnkränze stellen höchste Anforderungen an die Exaktheit der Motor-Regelung. Die Lage-Abweichung im Eingriffsmoment liegt regelmäßig unterhalb von 0,05°. Diese hohe Genauigkeit wird durch einen speziellen, selbstentwickelten Regelalgorithmus erreicht, der für diese Aufgabenstellung allen konventionellen Reglern (z.B. PID oder Fuzzy) deutlich überlegen ist.

Das Maschinen-Prinzip garantiert exakte Übergänge zwischen Dimpel- und Freizonen von einer zur nächsten Dimpel-Reihe. Es kommt ohne translatorische Bewegungen der Antriebsachsen aus. Die geringen Werkzeug-Beschleunigungen schonen die Lager und fördern die Lebensdauer.


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