Stapelanlagen für Tafeln und Platinen aus Querteilanlagen

Inhaltsverzeichnis

Historie

Die ersten Walzwerke entstanden Ende des neunzehnten Jahrhunderts. Das waren Warmwalzwerke, in denen Brammen und Profile hergestellt wurden. Später kamen dann die Warmbandwalzwerke dazu. Die Warmbandwalzwerke benötigten aber keine Stapler- und Staplersysteme, wie sie in diesen Bericht behandelt werden. Die Stapelanlagen wurden erst mit dem Kaltwalzen und anschließendem Produzieren von Tafeln (Platinen) benötigt.

Entwicklung

Die ersten und einfachsten Formen von Stapelanlagen tauchen schon in den älteren Walzwerksbüchern russischer Herkunft auf. Es handelt sich in erster Linie um Gleitstapler. Dieser Staplertyp wird im Verlauf dieser Abhandlung noch beschrieben. Die Ansprüche an perfekte Oberflächen waren Anfang bis Mitte des 20-sten Jahrhunderts noch nicht sehr hoch.

Das änderte sich allerdings in den 1960-ger Jahren. Die ersten Klappenstapler entstanden und etwas später auch die Magnetstapler und Vakuumstapler. Weitere Staplerformen werden nach und nach entwickelt.

Von einer recht einfachen Maschine ausgehend ist durch immer höher werdende Anforderungen an Oberflächen und Verpackungen die Entwicklung der Stapler explodiert.

Die heutigen Stapelanlagen haben z.B. mehrere Stapelboxen, um ohne Unterbrechung von der Querteilschere ausgehend Platinen abzustapeln.

Die Anforderungen an die Stapelgenauigkeit steigen immer weiter. Wenige zehntel Millimeter sind heute die Norm.

Je nach Art und Automatisierungsgrad können heute die Preise für einen Stapler zwischen 200.000 und 3.500.000 €, einschließlich der Senkhubtische unter der Stapelanlage, schwanken.

Prozessvoraussetzungen

Bei allen Stapelsystemen ist Voraussetzung, dass nach der Querteilschere eine Beschleunigung der Platinen durch die der Schere nachgeschalteten Transportbänder stattfindet. Dadurch entstehen zwischen den Platinen Lücken, die mehr oder weniger groß sein müssen. Das hängt vom Staplersystem und seiner Steuerung ab. Schnelle Systeme bedeuten kleine Lücken und langsame Systeme entsprechend größere Abstände von Platine zu Platine.

Ein durchschnittlicher Abstand von Platine zu Platine am Staplereinlauf beträgt
300 … 400 mm.

Notwendiger Abstand gilt auch für Schindelstapler. Die Platinen müssen zuerst separiert werden, um dann an der Schindelklappe überlappend aufeinander gelegt zu werden.

Bei Schindelstaplern kann der Abstand von Platine zu Platine vor dem Schindelvorgang allerdings deutlich geringer sein als 300 mm. 50 mm Abstand reichen bei gut eingestelltem System aus.

Typologie der Stapler

Stapler können typologisiert werden als mechanische, ballistische, pneumatische oder magnetische Versionen. Des Weiteren ist eine Unterscheidung bei den Prozesslinien (Querteillinien) notwendig. Es gibt Conti- und Start/Stopp Anlagen. Nicht alle Staplervarianten eignen sich für jeden Prozess.

Gleitstapler

Wie der Name Gleitstapler sagt, gleiten die Bleche nacheinander in eine Stapelbox. Der Stapeltisch in der Box wird so lange abgesenkt, bis die gewünschte Stapelhöhe oder gewünschte Anzahl von Blechen erreicht ist. Danach muss der Stapelprozess gestoppt werden, bis die Box geleert ist.

Der Gleitstapler ist die einfachste, aber auch preiswerteste Form einer Stapeleinrichtung. Auch die Folgekosten durch Wartung sind gering.

Ein großer Nachteil der Gleitstapler ist, dass die Anforderungen an die Oberflächenqualität nicht allzu groß sein dürfen. Die Front der Platinen kann beim Einfahren in den Gleitstapler Kratzer auf dem im Stapler liegenden Blech hinterlassen.

Neben der Tatsache, dass nur eine Stapelbox zur Verfügung steht, neigen dünne Bleche am Anschlag der Stapelbox zu Wellenbildungen.

Klappenstapler

Der Klappenstapler ist die preiswerteste Art der Stapeleinrichtung bei Betrieb mit mehreren Stapelboxen. Die geschnittenen Platinen laufen auf Rollen die in den Klappen verbaut sind in den Stapler ein. Ist die Platine über der vorgewählten Stapelbox angekommen, schwenken die Klappen einschließlich der Rollen zur Seite und die Platine fällt auf den Stapel.

Klappenstapler sind für alle Materialien geeignet, wenn die Ansprüche an die Oberflächenqualität nicht allzu hoch sind. Der Klappenstapler ist relativ wartungsarm.

Ein weiteres Problem bei Klappenstapler ist, dass dünne Bleche durch die Schwerkraft herunterfallen, bevor sie ihre Endposition erreicht haben. Um das Durchfallen dünner Bleche zu reduzieren, gibt es die Möglichkeit, weitere Rollenreihen oberhalb der Platine zu positionieren. Dadurch wird zwar die Stabilität der Platine erhöht, aber auch die Gefahr von Kratzern beim Abwerfen.

Klappenstapler gibt es auch mit horizontal wegschwenkenden oder sich zurückziehenden Klappen.

Klappenstapler sind weit verbreitet und werden in verschiedensten Ausführungen von vielen namhaften Anlagenherstellern gebaut. Der Einsatzbereich von Klappenstaplern liegt bei Blechdicken zwischen 1 und 13 mm.

Ablegestapler (Paternosterstapler)

Der Ablegestapler funktioniert nach dem Paternosterprinzip. Die Bleche laufen auf beweglichen Leisten in den Stapler ein, werden mit den Leisten abgesenkt und die Leisten (oder auch Klappen genannt) werden danach zur Seite gezogen. Dadurch fällt die Platine aus geringer Höhe auf den Stapel.

Diese Art des Staplers ist relativ teuer und den heutigen Anforderungen an die Geschwindigkeiten nicht gewachsen.

Der Vorteil liegt in der geringen Fallhöhe des Bleches und auch der Möglichkeit, Bleche von Fach zu Fach einzeln abzulegen.

Magnetbandstapler

Reihen und parallele Stränge von Elektromagneten werden in Gruppen (hinter- und nebeneinander) unterhalb eines Förderbandes zusammengeschaltet und können entsprechend der vorgesehenen Abwurfposition der Platine elektrisch ab- und wieder zugeschaltet werden. Im Moment der Abschaltung fällt die Platine, mit geringer Verzögerung für die Entmagnetisierung, auf den Stapel.

Der Abwurf der Platine kann ballistisch oder nach dem Stoppen erfolgen. Beim ballistischen Abwurf sind höhere Anlagenleistungen möglich als im Stoppbetrieb. Der Nachteil des ballistischen Abwurfs besteht darin, dass die Platine mit der Abwurfgeschwindigkeit gegen einen mechanischen Anschlag prallt. Die Anschläge sind in der Regel zwar elastisch ausgeführt, aber der Bremsweg ist sehr kurz.

Die Vorteile des Magnetbandstapler sind die hohen Anlagenleistungen und das kratzfreie Abstapeln ist im Start/Stopp Betrieb oder mittels ballistischem abwerfen möglich.

Der Nachteil ist, dass nur magnetisierbare Materialien stapelbar sind. Die Zeitkonstante zur Entmagnetisierung muss beim Abwurf berücksichtigt und in die Berechnung des Abwurfpunktes einbezogen werden.

Vakuumstapler

Bei Vakuumstaplern werden die Platinen nach oben, entgegen der Schwerkraft, angesaugt. Ähnlich wie bei den Magnetbandstaplern, werden Reihen und parallele Stränge von Vakuumbändern in Gruppen (hinter- und nebeneinander) unterhalb eines Förderbandes zusammengeschaltet und können entsprechend der vorgesehenen Abwurfposition der Platine pneumatisch ab- und wieder zugeschaltet werden.

Der Abwurf der Platine wird durch Wegnahme des Vakuums eingeleitet. Beim Abwurfpunkt muss auch hier die Verzögerung bei der Abschaltung des Vakuums berücksichtigt werden. Durch Umschalten von Unterdruck (Saugen) auf Überdruck kann der Abwurfprozess der Platine beschleunigt werden.

Die Vorteile der Vakuumstapler bestehen darin, dass alle Materialen gestapelt werden können. Das geht auch im Wechsel zwischen verschiedenen Stapelboxen. Hohe Anlagenleistungen, kratzfreies Abstapeln im Start/Stopp oder auch durch ballistisches Abwerfen sind möglich und dadurch weitere Vorteile.

Die Nachteile der Vakuumstapler liegen im Preis, in der Geräuschentwicklung und im hohen Energieverbrauch.

Saugbandstapler

Im weitesten Sinne ist der Saugbandstapler auch ein Vakuumstapler. Der Saugbandstapler zeichnet sich aber durch ein breites, perforiertes Band aus. Das Band ist so breit, wie die breiteste zu stapelnde Platine. Unter dem perforierten Saugband gibt es eine Vakuumkammer. Im inneren ist die Vakuumkammer segmentiert, um durch Abschalten des Vakuums in den Vakuumkammern ein Blech gezielt in eine Stapelbox abwerfen zu können.

Saugbandstapler sind weit verbreitet in ihrer Anwendung. Die Nachteile liegen aber wie beim Vakuumstapler im Bereich Preis und nochmals höherem Energieverbrauch.

Segmentbandstapler

Der Segmentbandstapler zeichnet sich dadurch aus, dass er nicht aus einem breiten, perforierten Band besteht, sondern aus in der Breite verstellbaren Modulen.

Je nach Breite einer Stapelbox sind zwischen 3 und 6 Modulen pro Stapelbox üblich. Im Inneren eines jeden Moduls wird ein Vakuum erzeugt.

Der Innenbereich eines jeden Moduls ist wiederum segmentiert, um durch Abschalten des Vakuums ein Blech abwerfen zu können.

Besonderheit des Segmentbandstaplers ist die Möglichkeit, Module aktiv und passiv zu schalten, um z.B. geöltes und nicht geöltes Material im Wechsel zu fahren. Denkbar wäre auch die Ausführung eines Segmentbandstaplers mit Vakuum- und Magnetmodulen.

Hybridstapler

Der Hydridstapler ist eine Sonderform des Segmentbandstaplers. Er verbindet das Magnetband mit dem Vakuumband in einem Segment.

Saugnapfstapler

Der Saugnapfstapler (Übersetzer) ist ein Stapelprinzip für geringe Leistungen. Die Stapelung muss nicht längs zur Anlage erfolgen, sondern kann auch quer oder in einem beliebigen Winkel stattfinden.

Saugnapfstapler sind in ihrer Anwendung weit verbreitet. Vor allen Dingen werden sie auch häufig als Handlingsgeräte gebaut und eingesetzt.

Bürstenstapler

Beim Bürstenstapler ist auf jeder Seite des Staplerrahmens eine Reihe von Bürsten parallel angeordnet. Die Bürsten sind als Rollen ausgebildet, transportieren das Blech bis zu Stapelstelle, werden seitlich unter dem Blech weggezogen und lassen dadurch das Blech auf den Stapel fallen.

Vorteil dieses Stapelkonzeptes ist ein kratzfreies und leises Stapeln.

Der Nachteil liegt bei den relativ geringen Stapelleistungen. Die bezieht sich auf die Geschwindigkeit und die niedrigen zulässigen Platinengewichte.

Luftkissenstapler

Bei einem Luftkissenstapler handelt es sich um eine Weiterentwicklung des Gleitstaplers durch zwei Maßnahmen. Zum einen wird ein Luftkissen zwischen den zu stapelnden Blechen über eine Düsenbatterie eingebracht. Zum anderen werden die Blechtafeln am Ende mittels eines Bremstreibers vor dem Anschlagen erfasst, gebremst und dadurch stabilisiert.

Diese beiden Maßnahmen eliminieren die Nachteile des Gleitstaplers. Weitere Vorteile liegen in der hohen Anlagenleistungen und dem nahezu kratzfreien Abstapeln beim ballistischen Abwurf.

Die Nachteile sind der hohe Luftverbrauch, die Geräusche und die spürbare Windentwicklung. Ein weiterer Nachteil ist, dass nur Lösungen mit einer Stapelbox existieren.

Entgegen dem Gleitstapler ist der Luftkissenstapler seitlich geschlossen, damit das Luftkissen nicht zu schnell entweichen kann.

Zur weiteren Unterstützung des Systems kann auch noch Luft von der Seite hereingeblasen werden.

Aerostatischer Stapler

Das aerostatische Prinzip ist dadurch gekennzeichnet, dass Luft, welche in einen Spalt strömt, einen Unterdruck erzeugt. Angewendet auf einen Stapler bedeutet dies, dass eine Platine unter einem Tisch hängen bleibt, wenn der Tisch mit Düsen ausgerüstet ist und aus diesen Düsen Luft zwischen Platine und Tisch strömt.

Der Bernoulli-Unterdruck saugt die angeströmte Platine an.

Die Vorteile sind hohe Anlagenleistungen, kratzfreies Abstapeln beim ballistischen Abwerfen und kein Platinenkontakt zum Tisch (Luftkissen).

Die Nachteile sind wie bei allen pneumatischen Staplern der sehr hohe Luftverbrauch, die Geräusch- und Windentwicklung. Auch die Führung der Platinen und die Positionierung über der Stapelbox ist kritisch und technisch aufwendig.

Schindelstapler

Beim Schindelstapler werden die Bleche vor Einlauf in die Stapelanlage auf Distanz gezogen. Im Stapler werden an den Schindelklappen die Bleche überlappend aufeinander geworfen. Durch einen mehrstufigen Aufbau der Schindelungen kann der Stapelvorgang noch optimiert werden.

Dieser Stapler funktioniert sehr gut bis zu einer Blechdicke von 0,6 mm.

Die Vorteile liegen in der sehr hohe Anlagenleistungen und in dem oberflächenschonenden Abstapelvorgang.

Ein Nachteil des Schindelstaplers besteht darin, dass er mechanisch sehr aufwendig ist.

Wirbelstromstapler

Durch die Induzierung von Strom in einen elektrisch leitenden Körper werden Kräfte erzeugt, die z.B. auch eine Platine befördern können.

Dieses Verfahren ist für Abstapelungen nur theoretisch bekannt.

Bekannt ist eine Patentschrift zum Entstapeln von Platinen. Dort werden mit Hilfe eines Wirbelstromfeldes die Platinen aufgefächert und somit vereinzelt. Die vereinzelten Platinen können dann z.B. mit einer Vakuumsaugbrücke abgenommen werden.

Formteilstapler

Formteilstapler dienen dazu, am Ende einer Pressenlinie die Platinen, die jede erdenkbare Form haben können, kantengenau abzustapeln.

Die bekanntesten Anwendungen sind die Karosserieteile der Automobilindustrie, die klassisch als Stapel abgelegt werden. Da diese Teile nicht zwangsläufig rechteckig sind, sondern verschiedenste Formen annehmen können, kann platzsparend auf einer Palette eine Schachtelung der Stapel vorgenommen werden.

Die Stapelbereiche können durch fixe vertikale Stangen auf der Palette definiert werden oder auch bereits im Stapler durch einstellbare Front-, End- und Seitenanschläge vorgenommen werden.

Leistung und technische Daten

Die technischen Daten eines Staplers hinter einer Querteilanlage werden bestimmt durch die Abmessungen der zu stapelnden Platinen (Länge, Breite Blechdicke).

Gängig sind bei einfachen Anlagen Stapler mit nur einer Stapelbox oder zwei Stapelboxen. Jede Stapelbox hat z.B. eine Länge von 4.000 mm und eine Breite von 2000 mm Diese beiden Boxen können dann zusammengeschaltet werden, um Blechtafeln bis zu einer Länge von 8.000 mm zu stapeln.

Gängige Stapelhöhen sind 500 … 600 mm ohne Palette. Übliche Stapelgewichte betragen 5.000 … 6.000 kg pro Stapelbox.

Die Anlagengeschwindigkeiten variieren und hängen von der Art der Querteilschere in der Anlage ab. Im dickeren Bereich werden häufig fliegende Scheren eingesetzt, die mit einer max. Anlagengeschwindigkeit von 60 m/min. arbeiten. Der Stapler muss dann mit ca. 75 m/min. laufen. Ist in der Querteilanlage eine rotierende Schere im Einsatz, so beträgt die Anlagengeschwindigkeit 90 m/min., dabei muss dann die Geschwindigkeit am Einlaufband des Staplers 120 m/min. betragen.

Deutlich schneller wird es, wenn im Dünnbandbereich bis ca. 0,6 mm Trommelscheren in der Querteilanlage zum Einsatz kommen. Die Anlagengeschwindigkeiten von 500 m/min. können nur noch mit Schindelstaplern abgedeckt werden.

Ein weiterer wichtiger Parameter bei Staplerdaten ist die Stapelgenauigkeit. Gute Stapler mit genauen Anschlägen, die auch mit pulsierenden Anschlägen ausgestattet sein können, erreichen Genauigkeiten von +/- 0,5 mm in Längs- und Querrichtung für den gesamten Stapel. Die Stapelgenauigkeit von Platine zu Platine beträgt weniger als +/- 0,2 mm.

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