Micamation AG Hydraulische Stabpresse zur Verpressung von Kupferleiter-Stäben

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Die Micamation AG hat sich auf die Entwicklung von Anlagen spezialisiert, mit denen Kupferleiter-Stäbe und Spulen isoliert und in ihre Endform gepresst werden. Solche Stäbe und Spulen finden unter anderem in Grossgeneratoren und Motoren von Lokomotiven, Seilbahnen sowie Schiffsantrieben Anwendung. Um bis zu 10 Meter lange Kupferleiter-Stäbe präzise zu verpressen, hat Micamation eine ebenso lange Pressanlage entwickelt. Die komplette Hydrauliksteuerung – eine kombinierte Nieder- und Hochdruckeinheit – wurde vom Hydraulikspezialisten GRIBI Hydraulics AG bereitgestellt.

Micamation AG: Sondermaschinenbau für elektrische Energiesysteme

Die Micamation AG ist ein führender Hersteller von Spezialmaschinen für die Elektroindustrie und gehört zur japanischen Nippon Rika Group. Der Name «Micamation» setzt sich aus den Begriffen «Mica» (englisch für Glimmer) und «Automation» zusammen. Glimmer wird als Isolationsmaterial in den Isolierbändern für den elektrischen Schutz von Spulen und Stäben verwendet.

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Christian Schmidt (Head of Engineering, Micamation AG): «Unsere Kernkompetenz liegt in der Automatisierung wichtiger Prozessschritte beim Aufbringen der elektrischen Isolation sowie weiterer vor- und nachgelagerter Produktionsschritte, wie das Pressen von Kupferleiter-Stäben und -Spulen. Die Erstellung der Grundform von Spulen und Kupferleiter-Stäben, sowie deren spätere Umformung, werden durch Maschinen unserer französischen Schwesterfirma Vincent Industrie abgedeckt. Bei der Micamation AG konzentrieren wir uns auf technologische Lösungen für die Herstellung von Generatoren und grossen Elektromotoren im Leistungsbereich von einigen kW bis zu 1500 MW.»

Zu den Kunden der Micamation AG zählen internationale Energiekonzerne, Hersteller sowie Betreiber von Grossgeneratoren und Elektromotoren – etwa für Schienenfahrzeuge, Pumpen oder elektrische Schiffsmotoren.

Pressprozess: Von der Rohform zur finalen Konsolidierung

Christian Schmidt: «Nach der Erstellung des Rechteckstabes (Kupferleiter-Stab, Fachbegriff: Röbelstab), der aus vielen verdrehten und einzeln isolierten Kupferleitern besteht, erfolgt die Konsolidierung, also die Herstellung eines stabilen Kupferleiter-Stabprofils durch Pressen unter Wärmeeinwirkung. Anschliessend wird der Kupferleiter-Stab mit mehreren Lagen Isolierband umwickelt, bevor er in einer zweiten Pressung seine finale Form erhält. Nur so kann der Kupferleiter-Stab später passgenau in die Nuten des Stator Blechpakets eingebaut werden.»

Das aktuell realisierte Projekt betrifft die erste Pressung eines Kupferleiter-Stabs (die Konsolidierung). Der Pressbereich hat eine Gesamtlänge von 10 Metern und ist mit Heiz- und Kühlbalken ausgestattet. Es können mehrere Kupferleiter-Stäbe gleichzeitig in einem Pressvorgang hergestellt werden. Dabei werden die Kupferleiter-Stäbe durch Druck und Wärme in einem spezifischen Tooling-Set in die gewünschte Dimension gepresst und konsolidiert. Dieser Vorgang dauert oft mehrere Stunden und folgt einem genau definierten Ablauf. Die Parameter – Druck, Temperatur, Zeit, Kühlung und Zusatzfunktionen wie ein Walk-/Knetprozess – werden dabei individuell vom Kunden bestimmt und programmiert.

Technische Daten der Presse

Die Presse hat die Gesamtabmessungen von 10 x 4 x 3 Metern (L x B x H) und verfügt über insgesamt 20 Pressportale mit je zwei Hydraulikzylindern (vertikal und horizontal). Dank der modularen Konstruktion kann die Presse in zwei Hälften à 5 Meter unabhängig voneinander betrieben werden. Sie ist in der Lage, Kupferleiter-Stäbe mit einer Länge von bis zu 10 Metern und einem Querschnitt von H x B = 110 x 36 mm auf das gewünschte Sollmass zu verpressen.

Christian Schmidt: «Nachdem die Kupferleiter-Stäbe in die Werkzeugform eingelegt wurden, startet der Pressvorgang mit dem Schliessen der Presse bei 30 bis 40 bar Niederdruck. Anschliessend wird der Druck horizontal und vertikal schrittweise erhöht. Unsere Micamation-Software erlaubt es, individuelle Erwärmungs-, Abkühlungs- und Druckkurven zu fahren, die exakt auf das jeweilige Pressgut abgestimmt sind. In diesem Anwendungsfall arbeiten die horizontalen Zylinder mit einer Kraft von 300 kN, während die vertikalen Zylinder bis zu 200 kN aufbringen. Um das Isolationsmaterial zu formen und auszuhärten, sind Temperaturen von bis zu 200°C erforderlich. Die Erwärmung erfolgt elektrisch, die Abkühlung nach dem Aufheizen per Wasserkühlung.»

Spezifisch entwickelte Hydraulik-Steuerung

Die GRIBI Hydraulics AG hat für diese Presse eine massgeschneiderte hydraulische Steuerung entwickelt. Diese umfasst unter anderem individuell angefertigte Stromregelblöcke, mit denen die Verfahrgeschwindigkeiten sicherheitsrelevant definiert werden können.

Thomas Ritter (Head of Engineering, GRIBI Hydraulics AG): «Insgesamt verwenden wir sechs Hydraulikpumpen: Je eine Niederdruckpumpe (bis 40 bar) und zwei Hochdruckpumpen (bis 300 bar) pro Pressenhälfte. Die Niederdruckpumpe steuert sowohl die horizontalen als auch die vertikalen Zylinder an. Um hohe Volumenströme im Niederdruckbereich zu gewährleisten, setzen wir auf grosse Leitungsquerschnitte und grosse Ventile in den Steuerblöcken. Das steigert die Effizienz und minimiert Verluste.»

«Die gleichen Hydraulikleitungen – mit einem Innendurchmesser von 30 mm – werden sowohl für den Niederdruck- als auch für den Hochdruckbereich genutzt. Die Antriebsmotoren des Hydraulikaggregats werden über Frequenzumrichter gesteuert, um die Drehzahl und das Drehmoment bedarfsgerecht anzupassen. Gleichzeitig überwacht die Steuerung kontinuierlich den aufgebauten Druck, gleicht Abweichungen aus und gewährleistet damit einen stabilen Prozess.»

Christian Schmidt: «Durch die frequenzgeregelte Steuerung der Pumpen minimieren wir die Nachteile klassischer Hydrauliksysteme. Dadurch wird der Betrieb nicht nur leiser und effizienter, sondern auch präziser. Während des mehrstündigen Pressens wird der hohe Druck konstant gehalten, selbst wenn thermische Ausdehnungen des Pressguts auftreten. Entlastungszyklen und ein genau definierter Programmablauf gleichen diese Effekte aus.»

Effiziente Zusammenarbeit mit GRIBI Hydraulics AG

Die Zusammenarbeit zwischen Micamation und GRIBI Hydraulics hat sich über viele Jahre bewährt, wie Christian Schmidt betont: «Die Spezialisten der GRIBI Hydraulics AG kennen unsere Anforderungen genau.

Dieses Projekt ist die fünfte Anlage, die wir zuletzt gemeinsam umgesetzt haben. Aus den vorangegangenen Projekten konnten wir wertvolle Optimierungen ableiten, unter anderem:

• Vergrösserung der Durchflussvolumina in den Stromregelblöcken.

• Anpassung der Fördervolumina der Pumpen und der Verfahrgeschwindigkeiten der Zylinder.

• Installation zusätzlicher Messstellen und Montagepunkte am Hydraulikaggregat

GRIBI Hydraulics hat die gesamte Steuerungseinheit innerhalb von nur sieben Monaten geliefert – Entwicklung, Fertigung und Montage eingeschlossen. Das war vorbildlich.»

Thomas Ritter: «Unsere hohe Fertigungstiefe ermöglicht es uns, massgeschneiderte Ventilblöcke und Steuerungssysteme anzubieten. Standardlösungen wären in diesem Fall keine optimale Option gewesen. Unsere Ingenieure haben eine kompakte und leistungsfähige Lösung entwickelt, die perfekt auf die Anforderungen dieser Presse abgestimmt ist.»

Kundenabnahme: Präzision auf höchstem Niveau

Die Kundenabnahme erfolgte am Tag nach dem Besuch der SMM-Redaktion. Sämtliche Prozesse – von Druck- und Presszyklen bis zu den Heiz- und Kühlphasen – wurden erfolgreich getestet. Die Abnahme verlief «wie ein Schweizer Uhrwerk». Die langjährige Zusammenarbeit zwischen der Micamation AG und der GRIBI Hydraulics AG hat sich entsprechend erneut bewährt.

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