Qualitätsplan für Transformatorbleche: APQP/PPAP-Grundlagen

Wenn Ihr Trafolamellen Wenn Sie einen APQP-Qualitätsplan und ein echtes PPAP durchlaufen, hören Sie auf, über Verluste, Störungen und Wiederholbarkeit zu diskutieren. Sie liefern einfach, messen und verringern kontinuierlich die Streuung. Das ist der springende Punkt.

Beginnen Sie mit der Physik, nicht mit den Formen.

Transformatorbleche sind leise, wenn die physikalischen Faktoren unter Kontrolle sind: Material, Belastung, Geometrie, Isolierung, Magnetisierungspfad. Die Dokumentation dient dazu, diese Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge auch unter Druck sichtbar zu halten, und nicht dazu, eine Checkliste abzuarbeiten.

APQP bietet Ihnen bereits die Struktur, um dies über die Produkt- und Prozessentwicklung in einer Fertigungsumgebung hinweg zu erreichen. PPAP dient dann als formeller Nachweis dafür, dass diese Struktur tatsächlich Laminierungen hervorbringt, die den Zeichnungen, den Kernspezifikationen und den Energieeffizienzzielen jedes Mal entsprechen, nicht nur an guten Tagen.

Speziell für Transformatorbleche funktioniert der Qualitätsplan, wenn er diese abstrakten Werkzeuge in ganz alltägliche Dinge übersetzt: Welche Spule Sie gekauft haben, wie Sie sie gestanzt haben, wie Sie die Spannung abgebaut haben, wie Sie sie gestapelt haben und wie Sie das Ergebnis in Watt, Ampere und Mikrometern gemessen haben.

Übersetzung der APQP-Phasen in die Realität der Laminierung

Sie kennen bereits die fünf APQP-Phasen, daher müssen diese nicht erneut benannt und erklärt werden. Bei Laminierungen ist es hilfreich, jede Phase mit einer einzigen prägnanten Frage neu zu formulieren. Welchen Stahl dürfen wir verwenden? Welches Stanz- und Glühfenster verhindert tatsächlich Verluste im Band? Wie können wir feststellen, ob die Presse driftet? Welche Messungen können wir vor einem Kundenprüfer verteidigen?

Die folgende Tabelle fasst dies kompakt zusammen. Es handelt sich nicht um Theorie, sondern um das Grundgerüst des Qualitätsplans, den Sie tatsächlich pflegen.

Das offizielle APQP-Handbuch enthält keine Angaben zu Stufenwinkeln oder Beschichtungswiderstandsschwellen, aber Ihr Laminierungsplan muss dies tun. Hier unterscheiden Sie sich von einer allgemeinen „Kernwerkzeug”-Schulung.

Erstellen Sie den Kontrollplan für Sondermerkmale, nicht für Spalten.

Ein Kontrollplan für Transformatorbleche kann schnell zu einer Tabelle mit mehr Zeilen als gedacht werden. Das lässt sich vermeiden, indem man mit etwa sechs oder sieben Eigenschaften beginnt, die das Verhalten des Transformators tatsächlich beeinflussen: Kernverlust bei definierter Induktion und Frequenz, Magnetisierungsstrom, Grathöhe, kritische Abmessungen, Stapelhöhe oder -gewicht, Isolationswiderstand zwischen den Blechen und in einigen Segmenten Geräusche an einem definierten Testpunkt.

Alle anderen Merkmale unterstützen diese entweder oder dienen dazu, den Prozess statistisch stabil zu halten. Der Kontrollplan sollte sich daher fast wie eine Argumentation lesen. Für jedes Sondermerkmal gilt: Welcher Prozessschritt beeinflusst es am stärksten, wie wird dieser Schritt kontrolliert, was wird dort gemessen, was passiert, wenn es zu Abweichungen kommt? PFMEA und Kontrollplan bleiben synchron, da sie sich beide auf dieselben physikalischen Fehlermodi beziehen und nicht auf allgemeine Aussagen wie „Abmessung außerhalb der Spezifikation”.

Der Unterschied zu vielen Online-Beispielen für APQP ist einfach: Diese konzentrieren sich auf die Form. Sie konzentrieren sich darauf, wie ein Streifen Elektrostahl auf wiederholbare Weise zu einem verlustarmen Kern wird.

Eingehende Elektrostahl- und Beschichtungsprodukte: Erstellen Sie hier den Vertrag.

Alles, was danach kommt, hängt von der Stahlqualität und der Beschichtungskonsistenz ab. Elektrostahlbleche beginnen als dünne kaltgewalzte Bänder, die gestanzt oder zugeschnitten und dann zu Kernen gestapelt werden. Der Qualitätsplan muss dies mit einem sehr expliziten Abschnitt zum Wareneingang widerspiegeln.

Sie legen fest, welche Normen Sie für kornorientierten oder nicht kornorientierten Stahl akzeptieren, welche Verlustklassen, welche Beschichtungsklassen und wie die Coil-zu-Coil-Abweichung aussehen darf, bevor Sie überhaupt über das Stanzen nachdenken. Typische Referenzen sind IEC- oder ASTM-Güten und IATF 16949-basierte Zuliefersysteme; viele Hersteller von Blechen und Elektrostahl arbeiten bereits nach diesen Systemen.

Die Kernelemente für diesen Teil des Plans sind einfach, aber unverhandelbar. Erstens: Wie jede Spule identifiziert und durch Schneiden und Stanzen zurückverfolgt wird. Zweitens: Was Sie bei Wareneingang über das Werkszertifikat hinaus überprüfen: Banddicke, Beschichtungszustand, Grundverlustprüfung, wenn Sie einen Einzelblatt- oder Epstein-Tester haben, manchmal sogar die Beschichtungsbeständigkeit. Drittens: Wie reagieren Sie, wenn diese Prüfungen fehlschlagen? Nicht in einer 8D-Vorlage, sondern in Bezug auf Sortierung, Trennung, Kommunikation und APQP-Aktualisierungen.

Wenn Sie eingehenden Stahl nicht als Teil Ihres eigenen APQP behandeln, verlassen Sie sich auf den Plan eines anderen, der das Verhalten von Transformatoren möglicherweise nicht so versteht, wie es Ihre Kunden erwarten.

Stanzen und Werkzeugbau: Hier beginnen die meisten Abweichungen

Hochgeschwindigkeitspressen erzeugen Laminierungen mit einer Geschwindigkeit, mit der der Rest der APQP-Dokumentation nicht mithalten kann. Der Werkzeugverschleiß verändert die Grathöhe, die Geometrie und die lokalen Spannungsmuster in einer Weise, die sich direkt in Kernverlusten und Geräuschen niederschlägt. Ihr Qualitätsplan sollte davon ausgehen, dass die Pressbedingungen die wichtigste tägliche Variable sind, mehr noch als das Rohmaterial, sobald die Stahlfamilie stabilisiert ist.

Anstatt lange Absätze über allgemeine Prozesssteuerung zu schreiben, beschreiben Sie lieber, wie Sie Abweichungen in der Presse erkennen. Dies kann ein definierter Plan zur Erfassung der Grathöhe sein, Maßprüfungen an Merkmalen, die empfindlich auf Werkzeugverschleiß reagieren, oder sogar akustische Signaturen des Presshubs, wenn Sie fortgeschrittenere Methoden bevorzugen. Fähigkeitsstudien in PPAP sollten diese als Schlüsselmerkmale behandeln und nicht als nachträgliche Ergänzungen zur Einreichung.

Das Prozessablaufdiagramm ist hier nur dann hilfreich, wenn es tatsächlich die realen Schleifen zeigt: Werkzeugwartung, Probeläufe, Erstmusterprüfung und Freigaben für den Start der Massenproduktion. Wenn diese Abläufe der Einfachheit halber weggelassen werden, beziehen sich die PFMEA und der Kontrollplan auf einen fiktiven Prozess.

Glühen und Spannungsabbau: Rezepte mit Verlusten verknüpfen

Durch Spannungsarmglühen werden die Werte des gestanzten Elektrostahls näher an die Werte des Datenblatts herangeführt. Die Gestaltung des Zyklus, die Beladungsmuster im Ofen und die Atmosphärenkontrolle entscheiden gemeinsam darüber, wie nah Sie diesen Werten kommen. Der APQP-Qualitätsplan sollte das Glühen als einen speziellen Prozess mit eigener Qualifizierungslogik behandeln und nicht nur als einen Schritt zwischen Stanzen und Stapeln.

Für viele Laminierungsanbieter ist es sinnvoll, sich an den Standards für die Ofenbewertung in der Wärmebehandlung von Automobilen zu orientieren und diese an transformatororientierte Messgrößen anzupassen. Sie definieren das Rezept, qualifizieren es mit Testcoupons oder Testkernen und legen die wichtigsten Parameter im Kontrollplan fest. Anschließend verbinden Sie dies mit den tatsächlichen Ergebnissen zu Kernverlusten und Magnetisierungsstrom in PPAP-Läufen, um zu zeigen, dass die Kombination aus Stanzen und Glühen stabil ist.

Wenn sich Spulen ändern, das Design der Matrizen geändert wird oder sich die Geometrie des Kerns erheblich ändert, ist dies einer der ersten Bereiche, die Sie im Qualitätsplan erneut überprüfen sollten. Diese Überprüfung muss automatisch erfolgen und darf nicht erst aufgrund einer Beschwerde durchgeführt werden.

Stapeln und Kernaufbau: Kontrollieren Sie die Montage, nicht nur das Blech.

Eine perfekte Laminierung kann dennoch zu einem lauten oder ineffizienten Transformator führen, wenn das Stapeln und Klemmen nicht einheitlich erfolgt. Überlappungsmuster, Überlappungslängen, Stapelfaktor und Klemmdruck beeinflussen die Flussverteilung und Geräuschentwicklung. Das ist zwar keine Überraschung, wird jedoch häufig eher in Arbeitsanweisungen als im formellen Qualitätsplan erwähnt.

Beziehen Sie dies in APQP ein. Behandeln Sie das Stapeln als einen Prozess mit besonderen Eigenschaften, nicht nur als Montage. Definieren Sie, was „korrektes Muster” in messbaren Begriffen bedeutet, wie die Bediener dies während der Fertigung überprüfen und wie die ankommenden Laminierungen bereitgestellt werden, um dies zu unterstützen. Entscheiden Sie dann, was Sie tatsächlich an den fertigen Kernen in der Produktion messen: Masse, Abmessungen, vielleicht einen schnellen Kernverlust-Screening-Test, bevor die Kerne die Laminierungsanlage verlassen.

Wenn Ihr Unternehmen komplette Transformatoren herstellt, sollte die Übergabe zwischen der Laminierschneideanlage und der Transformatorenmontage ebenfalls im APQP-Kontrollplan beschrieben werden. Es reicht nicht aus, zu sagen „Kerne bei der Endprüfung des Transformators getestet“, wenn dies das erste Mal ist, dass jemand überprüft, ob der Laminierungsprozess unter Kontrolle geblieben ist.

PPAP, das die Sprache der Transformatoren spricht

Die meisten PPAP-Pakete sehen aus der Ferne ähnlich aus: Konstruktionsunterlagen, Prozessablauf, PFMEA, Kontrollplan, MSA, Leistungsfähigkeit, Erstmuster und der Rest. Bei Transformatorblechen besteht der Unterschied darin, wie viel von diesem Inhalt sich ausdrücklich auf die elektromagnetische Leistung und nicht nur auf die Geometrie bezieht.

Konstruktionsunterlagen sollten direkt mit den Kernspezifikationen verknüpft sein: Fenster- und Flanschabmessungen, Stufenüberlappungsmuster, Stahlsorte und Beschichtungsklasse sollten so angegeben werden, dass sie auf das Datenblatt und die Normen des Stahlherstellers zurückgeführt werden können. Flussdiagramme und PFMEAs sollten Fehlermodi wie „Kernverlust über X W/kg bei Y T, Z Hz“, „Magnetisierungsstrom über dem Grenzwert bei Nennspannung“, „hörbares Geräusch über dem vereinbarten Pegel“, „Kurzschluss der Lamellen durch beschädigte Beschichtung“ als Hauptpunkte und nicht als Fußnoten aufführen.

Der mit dem PPAP eingereichte Kontrollplan sollte fast wie ein Testplan für diese Fehlermodi aussehen. Er gibt an, welche Prozessschritte diese kontrollieren, welche Messungen in welcher Häufigkeit durchgeführt werden, wie die Reaktionspläne aussehen und wie die Rückverfolgbarkeit von der Spule über das Lamellenbündel bis zum Transformatorkern gewährleistet wird. Fähigkeitsstudien sollten, soweit praktikabel, statistische Nachweise über Kernverluste und kritische Abmessungen enthalten und nicht nur eine lange Liste von geringfügigen Abmessungen, die leicht einzuhalten sind.

Wenn Ihr PPAP diese Geschichte klar und deutlich erzählt, können die SQEs Ihrer Kunden ihn lesen und erkennen, wie der Produktionsprozess ihre Designabsicht schützt, ohne zu erraten, wie die Laminierungsphysik damit zusammenhängt.

Messstrategie: Widerstehen Sie der Versuchung, das zu messen, was einfach ist.

Viele Qualitätspläne für die Laminierung tendieren zu umfangreichen Maßprüfungen und sehr oberflächlichen Funktionsprüfungen. Das ist verständlich, da Koordinatenmessgeräte praktisch sind und Kernverlustprüfgeräte langsamer, lauter und manchmal unordentlich sind. Transformatoren ist es jedoch egal, ob ein kleiner, nicht kritischer Schlitz perfekt zentriert ist. Für sie sind Verluste, Erregungsstrom, Geräusche und Passform entscheidend.

Eine praktische Messstrategie in Ihren APQP-Ergebnissen umfasst in der Regel zwei Ebenen. Eine Ebene sind die Funktionstests, die nachweisen, dass der Prozess weiterhin gute Kerne produziert: Kernverlusttests bei definierten Abtastfrequenzen und Induktionen, Magnetisierungsstromprüfungen, grundlegende Rauschprüfungen, wenn Rauschen kritisch ist. Die andere Ebene sind die Prozessindikatoren, die bei hoher Frequenz leichter zu messen sind und gut mit diesen Funktionsergebnissen korrelieren: Grathöhe, Banddicke, Schlüsselabmessungen, einfacher elektrischer Widerstand zwischen den Lamellen, Pressenüberwachungsmetriken.

Die MSA-Arbeit sollte sich zunächst auf die funktionale Ebene konzentrieren, da dort schlechte Messsysteme den größten Schaden anrichten. Ein Kernverlusttest mit schlechter Wiederholbarkeit oder Bedienereinfluss verwirrt jede darauf basierende Leistungsberechnung, und Ihr PPAP sieht auf dem Papier besser aus als in der Realität.

Den Plan in der Fertigung am Leben erhalten

Ein Qualitätsplan, der nur als eine Reihe von APQP- und PPAP-Dokumenten existiert, ist anfällig. Menschen erinnern sich an Abkürzungen, nicht an ganze Absätze. Die Laminierumgebung ist laut, schnell, manchmal heiß und unterliegt einem Produktionsdruck, der keine Überprüfung durch den SQE zulässt.

Der Plan muss also in den täglichen Abläufen präsent sein. Erstteilfreigaben an der Presse, die die Kontrollen des Kontrollplans widerspiegeln. Klare Grenzwerte und Reaktionen bei der Stahl-Eingangskontrolle. Regelmäßige mehrstufige Audits, bei denen einfache Fragen gestellt werden, wie „Zeigen Sie mir, woher Sie wissen, dass diese Grat-Höhe akzeptabel ist” oder „Aus welcher Spule stammt dieser Stapel?”. Schnelle Rückmeldungszyklen, wenn eine weit entfernte Transformator-Prüfstation eine Abweichung beim Kernverlust oder Rauschen feststellt.

Nichts davon ist neu, aber wenn man es in den APQP-Kontrollplan aufnimmt und dann auf dem neuesten Stand hält, sorgt das für Einheitlichkeit. Außerdem werden Kundenaudits dadurch wesentlich vereinfacht, da jede Frage beantwortet werden kann, indem man aufzeigt, wie die Abläufe im Werk mit dem dokumentierten Plan in Verbindung stehen.

Typische Fehlermuster und wie APQP diese erkennen sollte

Betrachten Sie Ihre letzten schwerwiegenden Probleme im Zusammenhang mit Lamellen und Kernen. Sie werden Muster erkennen. Verluste, die bei bestimmten Spannungspunkten leicht über dem Zielwert liegen, höhere Geräuschentwicklung bei bestimmten Transformatornennungen, lokale Hotspots im Infrarotbereich, mechanische Passungsprobleme in beengten Tanks, Beschädigungen der Beschichtung nach aggressiven Trocknungszyklen, manchmal sogar Verwechslungen beim Versand ähnlicher Lamellensätze.

Jedes dieser Probleme lässt sich in der Regel auf eine kleine Lücke im APQP- oder PPAP-Prozess zurückführen. Ein fehlendes Sondermerkmal, eine schwache Definition der Eingangsspezifikation für Stahl, eine Änderung des Glühverfahrens, die nicht als wesentliche Prozessänderung behandelt wurde, eine Stapelabweichung, die in den Arbeitsanweisungen nicht berücksichtigt wurde, eine MSA-Studie, die für ein kritisches Messgerät übersprungen wurde.

Ihr Qualitätsplan verbessert sich, wenn Sie diese Probleme regelmäßig aufgreifen und eine einfache Frage stellen: Wo in den APQP- und PPAP-Artefakten hätte dies sichtbar sein müssen? Diese Antwort schreiben Sie dann in zukünftige Projekte ein. Mit der Zeit sammelt sich das laminierungsspezifische Wissen im Plan und nicht in den Köpfen einzelner Ingenieure.

Eine kurze Vorlage, die Sie tatsächlich wiederverwenden können

Wenn Sie eine einfache Möglichkeit suchen, dies bei Ihrem nächsten Laminierungsprojekt anzuwenden, ohne Ihr gesamtes System neu zu schreiben, können Sie sich vier Durchläufe desselben Plans vorstellen.

Vor der Angebotsanfrage dokumentieren Sie, was Sie von Stahlzulieferern benötigen, welche Prüfverfahren Sie und der Kunde für Verluste und Magnetisierungsstrom akzeptieren und wie Sie besondere Merkmale in Zeichnungen definieren. Bei der Konstruktionsfreigabe legen Sie die Geometrie und das Step-Lap-Muster so detailliert fest, dass die Prozessingenieure das Stanzen und Stapeln ohne Annahmen entwerfen können. Vor der PPAP-Einreichung überprüfen Sie, ob PFMEA, Kontrollplan und Testpläne Kernverluste, Geräusche und Beschichtungsverhalten als erstklassige Punkte behandeln. Nach der SOP behandeln Sie jedes schwerwiegende Problem als Experiment zur Verbesserung des Plans für die nächste Markteinführung und nicht nur als Eindämmungsproblem.

In den offiziellen Handbüchern wird dies als kontinuierliche Verbesserung bezeichnet. In einer Laminieranlage ist es einfach die Gewohnheit, hart erarbeitete Erfahrungen nicht zu verschwenden.

Schlussbemerkungen

Bei einem Qualitätsplan für Transformatorbleche geht es weniger darum, neue Werkzeuge zu erfinden, sondern vielmehr darum, APQP und PPAP so einzusetzen, dass sowohl die Physik des Transformators als auch die Produktionsrealität berücksichtigt werden. Je mehr Ihre Dokumente über Watt, Ampere, Grate und Spulen sprechen und je weniger sie sich in allgemeinen Phrasen äußern, desto näher sind Sie Ihrem Ziel.

Wenn Ihr nächstes Projekt mit einem PPAP endet, dessen Einreichung sich wie eine kompakte, ehrliche Beschreibung darüber liest, wie Stahl in Ihrem Werk zu stabilen Kernen wird, dann erfüllt der Plan seinen Zweck. Der Rest besteht darin, ihn jeden Tag umzusetzen und den Variationszyklus von Zyklus zu Zyklus still und leise zu straffen.