Montage-, Transfer- und Prüfsystem für bürstenlose Reluktanzmotoren des Thermomix:

Das Hausfrauenwunder aus Wuppertal: Zuträger für einen Küchenprofi

Vorwerk in Wuppertal hat in einem modern designten Küchenhelfer Funktionen von mehr als zwölf Geräten vereint: Der Thermomix kocht, dampfgart und rührt nicht nur, sondern wiegt, mixt, zerkleinert, mahlt, knetet, vermischt, schlägt, erhitzt kontrolliert und emulgiert - zudem spült er sich auch noch fast von selbst. Eigentlich macht er quasi alles leichter, was in der Küche beim Zubereiten und Kochen von Speisen so anfällt.

Der Motor ist das Herz

Lifestylegerät und Küchenwunder: Der Thermomix von Vorwerk ist irgenwie ein Tausendsassa: Er kocht, dampfgart und rührt nicht nur, sondern wiegt, mixt, zerkleinert, mahlt, knetet, vermischt, schlägt, erhitzt kontrolliert und emulgiert. (Foto: Vorwerk, alle anderen IEF Werner)

Herzstück des Thermomix ist ein bürstenloser Reluktanzmotor. "Dieser Motortyp eignet sich für mittelgroße Antriebe mit geringen Einschaltzeiten", erklärt Andreas Löder, Projekteinkäufer bei Vorwerk: "Er ist einfach und robust aufgebaut und unempfindlich in rauen Umgebungen." Für die aktuelle Version des Thermomix ist der Motorentyp SR30D im Einsatz. Um diesen rasch der Montage der innovativen Küchenmaschine zuführen zu können, benötigte die international tätige Unternehmensgruppe ein System, welches die einzelnen Motorkomponenten präzise und schnell montiert und anschließend zuverlässig auf deren Funktion prüft. Gefordert war zudem ein Transfersystem, welches die einzelnen Prozessschritte verbindet.

Ein weiterer Auftrag

"Vorwerk hat schon seit längerem erfolgreich eine vergleichbare Anlage im Einsatz und ist damit sehr zufrieden", erklärt Stefan Deck, Produktbereichsleiter für Transfer- und Palettiersysteme bei IEF Werner: "So zufrieden, dass wir den Auftrag für eine weitere Komplettanlage erhielten." Denn Vorwerk war es wichtig, alles aus einer Hand zu erhalten - inklusive Software und Steuerungstechnik. Innerhalb von nur 24 Wochen war die Anlage, die aus Transportsystem, Puffersystem, Füge- und Prüfzelle besteht, einsatzbereit.

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Zuverlässiges Transportsystem

Andreas Löder schaut auf den Wendeltopfförderer, welcher Muttern vereinzelt und positioniert bereitstellt. Leise, mit einer knappen Bewegung greift ein NC-Vier-Achs-Handlingsystem eine der Muttern und platziert diese lagerichtig in eine Aufnahme, welche auf einem Werkstückträger (WT) montiert ist. Sind vier Muttern in die dafür vorgesehene Position gebracht, fährt der WT auf der Transferstrecke weiter zur nächsten Station. Ein neuer, noch unbestückter Träger steht wenige Augenblicke später bereit. "Unser Transfersystem posyArt ist ein zuverlässiges, flexibles und präzises Baukastensystem", beschreibt Stefan Deck. "Mit den zahlreichen Standardkomponenten lassen sich so gut wie alle Aufgaben im Transfer-, Montage- und Logistikbereich lösen." Die Hauptkomponenten wie Riemen, Antriebe, Weichen oder Stoppelemente sind sehr langlebig. Die Schwalbenschwanz-Geometrie an den Längsseiten der Profile erlaubt ein feinfühliges, stufenloses Positionieren aller angefügten Baugruppen.

Abhängig von der Anwendung

"Das System haben wir mit Werkstückträgern und den entsprechenden Aufnahmen ausgestattet", erläutert Deck. Je nach Anwendung werden die Werkstückträger mittels Seitenpositionierung, Zentrierstation, Hub- oder Dreheinheit in die richtige Position gebracht. In der Zentriereinheit werden die Werkstückträger beispielsweise mittig platziert und anschließend dreidimensional mit einer Genauigkeit von +/- 0,05 Millimetern fixiert. Pick-&-Place-Systeme können dann mit hoher Reproduzierbarkeit die Teile vom Werkstückträger aufnehmen und ablegen. Bei laufendem Band hält ein Stopper mit integrierter Dämpfung den bestückten WT an. "Die Stopper sind mittig angeordnet. Das verhindert ein Verkanten der Werkstückträger in den Führungsleisten", erklärt Deck. Ein Mitarbeiter bestückt diesen WT manuell mit einem Kugellager, einem Rotor und einer Brücke, die später mit dem Stator gefügt werden. Er legt eine weitere Brücke in den Pressstempel, der mit einem Magnethalter ausgerüstet ist. Bereitgestellt werden die einzelnen Komponenten, die in Behältern gelagert sind, über Schwerkraft-Rollenbahnen. Der Werkstückträger fährt unter die Presse, und mit einer langsamen, gleichmäßigen Bewegung und mit einer Kraft von sechs Kilonewton werden Rotor, Kugellager und Brücke auf ein definiertes Maß eingepresst. "Dieser Vorgang erfolgt Kraft-Weg-gesteuert", verdeutlicht Deck. "Der Kraftverlauf wird überwacht und protokolliert." Er zeigt dabei auf das Diagramm, welches auf dem Monitor an der Anlage angezeigt wird.

Stator und Rotor vereint

Um den Stator der Montage zuzuführen, kommt ein Drei-Achs-Portal-Handlingsystem zum Einsatz. Dazu legt ein Mitarbeiter gegenüber dem Motorband einen Stator auf die Transferstrecke. Am Entnahmeplatz angekommen nimmt das Handlingsystem den Stator, während der WT mit der Aufnahme, auf welcher Rotor und Brücke platziert sind, über eine Hub- und Dreheinheit angehoben, um 90 Grad gedreht und so in Position gebracht wird. Mit einer schnellen Bewegung platziert das Portalhandling den Stator auf der Brücke. Der WT dreht sich in seine Ausgangslage zurück und senkt sich wieder auf die Transferstrecke ab. "Zwischen Stator- und Motorband haben wir ein Puffersystem installiert", sagt Deck und zeigt auf 30 gewickelte Statoren, die sauber angeordnet auf den nächsten Bearbeitungsschritt warten. Dafür ist das posyArt-Band mit Aufnahmen für Statorrohlinge und fertige Statoren ausgestattet.

Klebstoff in genauen Dosen

Mit Rotor und Stator macht sich der WT auf den Weg zur Fügezelle. An einer Rotorsprayanlage wird in streng dosierten Mengen Klebstoff auf die zylindrischen Innenflächen der Brücke aufgetragen. Anschließend nimmt ein Greifer den Rotor und fügt ihn mit einer langsamen und präzisen Bewegung in das ausgerichtete Statorpaket. Eine Fügeeinheit zentriert dabei die beiden Komponenten, sodass eine Schraubeinheit von oben kommend die beiden Teile präzise verschrauben kann. "Hier hatten wir besonders hohe Anforderungen", beschreibt IEF-Spezialist Deck. "Die Taktzeit durfte nur wenige Sekunden betragen. Dabei mussten wir die Schreib- und Lesezeiten sowie die WT-Wechselzeiten berücksichtigen." An der letzten Station nimmt ein Greifer den kompletten Motor und dreht ihn um 180 Grad. Ein UV-Belichtungssystem sorgt im letzten Montageschritt dafür, dass der Kleber rasch aushärtet.

Auf Funktion geprüft

Um die Betriebsisolation und die Belastung des Motors zu testen, kommt dieser nach der Montage auf einen vollautomatischen Prüfstand. "Die Station ist in die Funktionseinheiten Hochspannungsprüfung, Leistungsprüfung sowie Gutteil-Kennzeichnung eingeteilt", erklärt Deck. In der Hochspannungsprüfung wird der Reluktanzmotor aus dem WT ausgehoben und der Leistungsanschluss kontaktiert. Für die Dauer von etwa einer Sekunde wird eine Hochspannung zwischen Gehäuse und den Wicklungsanschlüssen angelegt. Anschließend erfolgt eine Durchgangsprüfung, die sicherstellt, dass die Kontakte richtig gesetzt sind. "Mit dieser Prüfung werden auch die Wicklungswiderstände geprüft. Ist der Motor in Ordnung, wird er zum Leistungstest geleitet", erläutert Deck.

… und wieder ausgebaut

Die Leistungsprüfung erfolgt über eine Drehmomentmessung bei 3.500 U/min. Hierzu wird der Motor wieder aus dem WT gehoben, an Leistungsanschluss und Steuerung kontaktiert und die Abtriebswelle mechanisch zum Messsystem gekoppelt. Dieses besteht aus einem Servoantrieb als Belastungsmotor und einem Messaufnehmer. Beide werden auf einen Vorgabewert beschleunigt. Der Servomotor läuft im Drehzahlregelbetrieb und hält die angegebene Drehzahl. Der Reluktanzmotor wird weiter auf eine Drehzahl > 3.500 U/min beschleunigt und erzeugt dabei über die Messwelle ein Gegenmoment. Dieses ist erforderlich, um die Einhaltung der Sollwerte für Drehzahl und Stromaufnahme zu überprüfen. "Zum Schluss erhalten die Motoren noch eine Kennzeichnung. Dazu haben wir einen Beschriftungsdrucker im Einsatz", so Deck: "Für jeden Motor fallen mehrere Mess- und Kennwerte an, die für eine spätere Auswertung in einem excelfähigen Format aufgezeichnet werden müssen. Anzugeben sind beispielsweise die eingestellten Grenzwerte wie Motornummer, Nummer des Werkstückträgers oder auch das Ergebnis der Hochspannungsprüfung." Andreas Löder hält am Ende der Fertigungslinie einen fertig montierten Motor in der Hand. "Nicht umsonst ist Thermomix einer unserer erfolgreichsten und dynamischsten Geschäftsbereiche bei Vorwerk", sagt er zufrieden. bw

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