Hirn-Kasten

Dreißig Jahre halten die Gehäuse von JST isolierendes Gas in Mittelspannungsschaltanlagen gefangen. Dafür haben sich die Konstrukteure einiges einfallen lassen.

Sie verteilen den Strom - Mittelspannungsanlagen sind die Knotenpunkte der Energieversorgung. So groß wie ein Kühlschrank, nehmen sie leider auch viel Platz für sich in Anspruch. Ihre Größe hat einen triftigen Grund: Damit es nicht zu Spannungsentladungen kommt, muss zwischen den Komponenten im Inneren der Boxen genügend Platz bleiben. Ein noch sehr neuer Weg, um kleinere Schaltanlagen zu bauen, ist, sie mit Gas zu füllen. Dieses Gas isoliert besser als Luft und die Komponenten im Inneren können enger zusammenrücken. Wer jedoch, wie die chinesische Hainan Jinpan Electric Co., Ltd (JST), in die Fertigung gasbefüllter Schaltanlegen einsteigt, sieht sich einer besonderen Herausforderung gegenüber: Damit kein Gas entweicht, müssen die Nähte sehr dicht sein - für lange Zeit.

Höchste Präzision

JST China-Geschäftsführer Michael Yan schafft mit gasisolierten Mittelspannungsanlagen ein weiteres Standbein für das Unternehmen

„Wir sprechen hier von einer Lebensdauer von 30 Jahren", betont JST-Geschäftsführer Michael Yan. Er setzt auf den Laser, um absolut dichte Nähte zu schweißen. Der Laser stellt jedoch sehr hohe Anforderungen an die Präzision der Blechteile, denn er arbeitet mit engen Toleranzen. Nur so lassen sich die Boxen auch für lange Zeit dicht verschweißen. Die Komponenten müssen dafür mit dem Laser geschnitten werden. „Die Kanten von Stanzteilen sind zu ungenau, sie können nicht präzise auf den Vorrichtungen platziert und mit Nulltoleranz gefügt werden", erläutert Michael Yan. Das Laserschweißen übernimmt diese Aufgabe und führt sie exakt und in konstanter Qualität aus.

Der Fokusfleck beim Gasdichtschweißen muss ganz genau der Mitte des Fügespalts folgen, nur so verschließt er ihn wirklich sicher. Eine Messsonde im Schweißkopf überprüft, ob das auch exakt geschieht. Sie fährt das Werkstück ab und ermittelt die genaue Positionierung der Fügenaht für den Schweißprozess. Nachdem der Laser die Naht dichtgeschweißt hat, prüft die Sonde die Position für die nächste Naht.

Neu gedacht

Schweißnähte, die das Gas über 30 Jahre einsperren, gelingen nur mit Laserverfahren. Das führte zu einer kompletten Neukonstruktion der Gehäuse

Bereits bei der Konstruktion der Boxen setzt der Laser als Werkzeug ein Umdenken voraus. Üblicherweise bestehen sie aus zwei um 90 Grad ineinander verdrehten U-Profilen, die miteinander verschweißt sind. Die Flügel des einen Profils bilden später die Seitenwände der Box, die Flügel des anderen bilden Boden und Decke. Ein einfaches Verfahren, allerdings mit konstruktiven Nachteilen: Die Biegeradien in den Kanten führen zu vergleichsweise großen Fügespalten. Der Laser arbeitet beim Dichtschweißen jedoch ohne Schweißdraht. Darum wird die Box aus flachen Blechen einzeln zusammengeschweißt. Mit dem Laser geht das schnell, die Naht hält dicht und die Bleche lassen sich präzise positionieren.

Eine weitere Änderung ist bei überstehenden Blechen an den Kanten der Box erforderlich. Innenliegende Stellen sind für den Laser nicht zugänglich, schmale Absätze führen außerdem zu Toleranzproblemen. In Zusammenarbeit mit TRUMPF hat JST das Design der Boxen entsprechend angepasst. Die Kanten sind nun gut zugänglich und so kombiniert, dass weniger Schweißnähte anfallen. Ein positiver Nebeneffekt: Es wird weniger Material benötigt.