Verfahren und Vorrichtung zum Aufwickeln von Wickelgut, insbesondere eines Bandes oder Fadens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auf- wickeln von Wickelgut, insbesondere eines Bandes oder Fadens auf einen Wickelkern, wobei man eine Wickelwelle antreibt und das Drehmoment von der Wickelwelle auf den Wickelkern überträgt, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit mindestens einem drehbar gelagerten Wickelkern und einer Vorrichtung zur schlupffähigen Ubertragung eines Drehmoments von einer Wickelwelle auf den Wickelkern.
Obgleich die Erfindung im folgenden unter Bezug- nahme auf Bänder beschrieben wird, umfasst sie dar über hinaus auch das Aufwickeln von Fäden, Garnen und ähnlichen langgestreckten Gebilden in entsprechen- der Weise. Der im folgenden verwendete Ausdruck ¸Band¯ soll im brigen auch nicht bedeuten, dass das langgestreckte Wiokelgut von begrenzter Breite sein soll, sondern es kommt jede nur erdenkliche Band-oder Bahnbreite m Betracht.
Verfahren der oben genannten Art braucht man, um beim Aufwickeln eines Bandes Drehmomente an zuwenden,'die einen vorgegebenen, bestimmten Höchst- wert nicht berschreiten, oder um beim Aufwickeln eines Bandes fortwährend ein Drehmoment von vorgegebenem Höchstwert einwirken zu lassen, wobei im letzteren Fall die Wickelwelle gegenüber dem Wickelkern mit Voreilung betrieben wird. Das zuletzt genannte Wickelverfahren und die dazu verwendeten Vorrichtun- gen werden in der Hauptsache in den Fallen gebraucht, in denen man mehrere Bänder aus einer entsprechend breiteren Bahn durch Längsschneiden herausschneidet und anschliessend auf Wickelkerne aufwickelt, von denen zwei oder mehrere auf einer gemeinsamen Wickelwelle gelagert sind und von ihr angetrieben werden.
Man ordnet dabei die Wickelkerne. in der Regel auf zwei parallel zueinander gelagerten Wickelwellen in derart versetzter Weise an, da¯ von zwei Wickelkernen, auf welche aus der Reihe der geschnittenen Bänder unmittelbar benachbarte Bänder aufgewickelt werden, der eine Wickelkern auf der r einen Wickelwelle und der andere Wickelkern auf der anderen Wickelwelle ange- ordnet ist.
Zum derartigen Aufwickeln mehrerer Bänder, insbesondere von Bändern aus Kunststoffolien, von denen mindestens zwei auf jeweils einer Wickelwelle aufgenommen werden, sind verschiedene Vorrichtungen zur Friktdionierung zwischen Wickelwelle und Wickelkern bekanntgeworden.
Diese Vorrichtungen sind allgemein für den oftmals auftretenden Fall vorgesehen, dass die Wickelwelle von einer beliebigen Kraftquelle mit grösserer Winkelgeschwindigkeit als die zu bildenden Wicklungen, Rollen oder dergleichen angetrieben werden soll, wodurch eine Relativbewegung zwischen Wickelwelle und Wicklungen entsteht und dabei ein die Aufwickelspannung bestimmendes Drehmoment auf die ein zelne Spule oder den jeweiligen Wickelkern übertragen werden muss, so dass bei Stärkenschwankungen in der Blahn laus jedem aus ihr geschnittenen Band eine im Durchmesser mehr oder weniger, unterschiedliche Wicklung entstehen kann, ohne da¯ die sich hieraus ergeben- den, verschieden grossen Winkelgeschwindigkeiten die Bildung der einzelnen Rollen stören.
Neben der eben erläuterten Voreilung der Wickelwelle ist es erforderlich, dass das Drehmoment der Wickelwelle gober ist als die Summei der Drehmomente aller auf der Welle befindlichen Einzelfriktionierelemente.
So sind bei einer bekannten Vorrichtung auf zwei parallel zueinander laufenden Wickelwellen Wickelkerne, auf die die anfallenden Bänder aufgewickelt werden sollen, mit Abstand voneinander gelagert, und zwischen den Wickelkernen sind an beiden Stirnflächen der Kerne mit Reibbelägen versehene Mitnehmerscheiben angeordnet, die man auf'der Wickelwelle axial verschieben kann, gegen Verdrehen gegenüber der Welle jedoch gesichert sind. Durch je eines auf einer Welle angeordnete Feder, deren Vorspannung einstellbar ist, werden Kerne und Mitnehmerscheiben axial gegeneinander gedrückt, so dass alle Kerne umlaufen, wenn die beiden Wellen umlaufen.
Diese Gestaltung bedingt, da anfallende BÏnder-in Breitenrichtung gesehen-abwechselnd auf Kerne aufgewickelt werden, die auf verschiedenen Wellen sitzen, da¯ ausser den Reibscheiben auch noch Zwi schenringe, Beilegescheiben und dergleichen aufgereiht werden müss. en. Als erheblicher Nachteil ergibt sich dabei, dass nach jedem Wickelvorgang nicht nur die Kerne mit den aufgewickelten Bändern, sondern auch alle übrigen Teile von der Welle entfernt werden müssen, um alle aufgewickelten Kerne von der Welle nehmen zu können.
Bei erneutem Gebrauch der Vorrichtung müssen sämbliche Einzelteile und neue Kerne in der richtigen Reihenfolge auf die Welle aufgeschoben werden, und dann mu¯ die Friktioni : erung, und zwar nach Gefühl oder Erfahrung, eingestellt werden. Es ist einleuchtend, dass die Qualität der Wicklungen zum grossen n Teil von der Übung und Geschicklichkeit des Personals ab hängig ist. In der Praxis kommt es daher sehr häufig zu Fehleinstellungen der Friktionierung. Ferner entsteht Abrieb, beispielsweise von den Filzscheiben, der d, ann mit in die Wicklungen gelangen kann.
Es sind auch Einrichtungen bekannt, bei denen die nebeneinander aufgereihten Wickelkerne mit Reibschei- ben, die mit der Welle kraftschlüssig verbunden sind, mit Hilfe von 01-oder Luftzylindern, deren wirksamer Druck während der Bildung der Wicklung regelbar ist, zusammengedrückt werden. Diese Einrichtungen sind aus komplizierten Gestängen und Übertragungshülsen, Luft-oder Ílleitungszuf hrungen, Ventilsteuerungen zu sammengesetzt und ermöglichen trotzdem nur eine sehr grobe und nicht genau definierte Einstellung.
Das liegt im übrigen auch darin begr ndet, da¯ die Verwendung g von Friktionierungsscheiben an sich keine ausreichend regelbare Übertragung des Drehmomentes zulässt ; denn bei geringfügiger axialer Verstellung der Scheiben treten Reibwertänderungen unbekannter und völlig unter- schiedlicher Grösse ein. Bei eingelegten Zwischenringen, die zur Dämpfung benötigt werden und aus Filz, Kunststoff oder dergleichen bestehen, entsteht störender Abrieb. Durch mehr oder weniger axiales Zusammen- drücken beispielsweise der Filzscheiben verändert sich auch die Teilung der aufgereihten Kerne oder H lsen.
Die durch Reibung entstehende WÏrme und die damit hervorgerufene Ausdehnung in axialer Richtung führt zu weiteren erheblichen Schwierigkeiten bei der Einstellung des geeigneten Drehmomentes.
Der vorliegenden Erfindung liagt nun die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren zum Aufwickeln von BÏndern oder FÏden @ so zu verbessern, da¯ man mit grosser Sicherheit gleichmässig gewickelte Bän- der oder FÏden erhält und die gewünschte Wickelspannung einstellen kann. Dies wird erfindungsgemäss erreicht, indem man zur ¯bertragung des Drehmomentes ein mit der Wickelwelle umlaufendes radial gerichtetes Magnetfeld und durch das Umlaufen des Magnetfeldes ein auf den Wickelkern ber Abwälzkörper einwirkendes Drehmoment erzeugt.
Das mit der Wickelwelle umlaufende Magnetfeld erzeugt man beispielsweise durch Einlegen eines Per manentmagneten in eine entsprechend grosse Aushöh- lung, die sich in der Wickelwelle an der gewünschten
Stelle befindet, wobei der Magnet so eingelegt werden mu¯, dass seine Magnetpole ein in radialer Richtung nach aussen gerichtetetes Magnetfeld erzeugen. Der Wik kelkern kann innerhalb des Magnetfeldes auf der, Wickelwelle gelagert und entweder selber metallisch oder auf einem metallischen Wickelkernträger angebracht sein.
Beim Drehen der Wickelwelle wird der Magnet mitgedreht und erzeugt dadurch in den metallischen Gegen- ständen, die in seinem Magnetfeld liegen, ein Drehmoment in der Drehungsrichtung des Magneten. Das Drehmoment, welches auf den Wickelkern einwirkt, ist dadurch bei gegebener Umdrehungszahl der Wickelwelle stets von gleicher Grösse, solange die StÏrke des Magnetfeldes und seine Lage in bezug auf den Wickelkern unverändert bleiben. Will man das erzeugte Dreh- moment ändern, so kann man den in der Wickelwelle befindlichen Dauermagneten radial verschieben oder zwischen den Magneten und den Wickelkern metallische Abschirmungen einlegen.
Wesentlich einfacher ist jedoch die Stärke des Ma- gnetfeldes regelbar, wenn es durch einen elektrischen Strom erzeugt wird. Diese Verfahrensweise verdient daher im Rahmen der Erfindung den Vorzug. Dieses Verfahren wird weiter unten in der Ausführungsform, bei welcher das Magnetfeld durch elektrischen Strom erzeugt wird, näher beschrieben.
Die Erfindung umfasst auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Sie weist mindestens einen drehbar gelagerten Wickelkern und eine Vorrichbung zur schlupffähigen Übertragung eines Drehmomen- tes von einer Wickelwelle auf den Wickelkern auf, wobei gemäss der Erfindung in der Wickelwelle ein, z. B. mit ihr fest verbundenes, Magnetsystem mit radial nach aussen gerichtetem Magnetfeld untergebracht ist und ferromagnetische Wälzkörper laufweist, die sich in dem Magnetfeld befinden und. mit dem Wickelkern in An triebsverbindung stehen. Dabei ist eine Ausführungsform besonders zweckmässig, be i welcher der Wickelkern fest mit einem.
Käfig verbunden ist, welcher die Wälzkörper mit geringem Spiel zwischen den Wälzkörpem und ihrer Laufbahn auf der Wickelwelle einschliesst, die Wälzkörper um die Wickelwelle im Wirkungsbereich des Magnetfeldes angeordnet sind und der Wickelkern auf der Wickelwelle mittels einer von den Wälzkörpern unabhängigen Lagerung g@lagert ist.
Die Funktion des Wickelverfahrens wird dadurch eingeleleitct, dass die einzelnen Walzen bei der Relativ- bowegung am Umfang der Welle entlanggeführt werden und so in mehr oder weniger starke Abschnitte des Magnetfeldes gelangen. Durch das hierbei in ständiger Folge auftretende Schneiden der magnetischen Feldlinien tritt ein Abrollwiderstand der sich am Umfang abwälzenden Walzenkörper auf. Da sich die Welle mit einer etwas grösseren Winkelgeschwindigkeit. als der mit dem Kern verbundene Au¯enring dreht, wird über die vom Aussenring zurückgehaltenen Walzen ein stetiges Drehmoment auf den Kern übertragen.
Da alle Friktionierelemente wegen ihrer regelmässigen Breite einen gleich gro¯en Abschnitt des Magnetfeldes in Anspruch nehmen, ist auch f r alle geschnittenen Streifen eine völlig gleichmässige Bahnspannung gewährleistet, auch dann, wenn sic'dite einzelnen : Wicklungen wegen StÏrke schwankungen in der aufzuteilenden Bahn mit verschie- dem grossem Durchmesser bilden.
Es besteht nunmehr keine grosse Schwierigkeit, mit bekannten elektrischen oder elektronischen Mitteln das Drehmoment und damit die Magnetfeldstärke konstant zu halten, was für die Wicklung eine abfallende Wickelkennlinie bedeutet, oder den durch die Magnetspule geschickten Strom so zu regeln, dass beispielsweise die Bandspannung während der gesamten Wicklung kon stant gehalten wird.
Dabei wird proportional zum wach sendenWickeldurchmessernaturgemäss die an den in der Wickelwelle eingebetteten Langspulmagneten ange legte Spannung stetig erhöht. Es ist aber fauch ohne weiteres möglich, eine andere f r das jeweilige Material geeignete Wi@kelkennlinie - durch entsprechende, an sich bekannte und in grosser Auswahl zur Verfügung stehende Stouerungs-und Ragelorgane des Stromkrei- ses - automatisch einzuregeln.
Zur weiteren Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung wird auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen. Es zeigen :
Fig. 1 einen Radialschnitt durch eine Wickelvor- richtung,
Fig. 2 eine Aufsicht auf einen Teil der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung, teilweise im Schnitt, und
Fig. 3 einen Teil der in Fiig. 1 dargestellten Vorrichtung in perspektivischer Ansicht.
Bei der in den Figuren dargestellten Vorrichtung ist die Wickelwelle 1 mit längsseitigen Ausnehmungen 2 und 2a versehen, die die Spulenwicklung 3, 3a, aufnehmen, so dass beim Anlegen einer elektrischen Span nung ein magnetisches Feld gebildet wird. In einem KÏfig 6 eines auf der Welle 1 aufgereihten Friktionierelementes 11 sind in einer oder in mehreren, vorzugsweise zwei, Reihen Walzen 5 und 5' ; angeordnet, wobei durch in die Walzenbahn hineinragende Höcker 14 des Käfigs 6 ein Abwälzen der Walzen 5 und 5'nur dann erfolgt, wenn auch der Käfig 6 relativ zur Welle 1 in Bewegung ist.
Die magnetischen Feldlinien 13, 13', 13" usw. durchdringen einen Teil der Walzen 5 und 5', so dass der Abrollwiderstand der Walzen, hervorgerufen durch das fortwährende Schneiden der magnetischen Feldlinien 13, 13', 13"usw. baim D. urchlaufen durch die verschieden starken Bereiche des Magnetfeldes auf den n KÏfig 6 übertnagen wird, wobei dieser Abroll- widerstand bei gegenüber dem Käfig 6 mit Voreilung umlaufender Wickelwelle als Drehmoment auf den mit dem Käfig 6 ber den Aussenring 7 verbundenen Wickelkern 10 der Welle 1 wirkt. Die Friktionierele- mente 11 sind im übrigen in besonderen Lagern auf der Wickelwelle gelagert. Statt der als magnetische Widerstandsk¯rper wirksamen Walzen 5 und 5'können auch in einer anderen geometrischen Form ausgeführte Wälzkörper, z. B.
Kugeln, Kegel, Ringe usw., oder auch verzahnte Räder Verwendung finden.
Nach Fig. 1 stellt sich die Wickelwelle im Qu. erschnitt als doppel-T-förmiges Profil dar. Die eihgefrästen Rillen 2 und 2a sind mit der Wicklung 3 und entsprechend 3a ausgefüllt. Ein auf der Welle befestigter ringf¯rmiger Mantelk¯rper 4 dient als Laufbahn für die Walzenkörper 5 und 5'. Der einen Teil der Walzen umschliessende Käfig 6 ist mit den Teilen des Au¯enringes 7 und der aussen liegenden Spannvorrichtung 8 kraftschlüssig verbunden.
Die Mulden 9 des Käfigs 6 sind so mit Luftspalt ausgeführt, dass sich die Walzen 5 und 5'ohne Behindepung abwälzen können. Beim Stromdurchlauf durch die Wicklung 3, die durch Vergiessen mit einem Kunstharz gefestigt und gesch tzt ist, kann beispielsweise der obere Balken des T-Profils der Welle 1 als Nordpol und dementsprechend der untere Balken als Südpol des magnetischen Feldes angesehen werden. Die magnetischen Feldlinien 13, 13', 13"usw.
; durchziehen auf ihrer Bahn vom Nord-zum Südpol die Walzen 5 und 5', die durch die Relativbew. egung zwi schen Welle 1 und Käfig 6 (mit Aussenring 7) nacheinander in die verschieden grossen magnetischen Feldstärken-Bereiche gelangen und wobei die magnetischen Feldlinien bei der Abroll. ung der Walzen am Umfang der Welle 1 in stetiger Folge geschnitten werden. Dadurch wird ein Abrollwiderstand hervorgerufen, der vom Käfig 6 auf den Aussenring 7 und damit auf den Kern 10 übertragen wird. Dabei wird ex tuber den Stromkreis regelbares Drehmoment von der Welle 1 auf ide. n Aussenring 7 übertragen.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten Friktionierelement 11 befindet sich in dem in Ansicht gezeichneten Teil, und daher in Fig. 2 nicht sichtbar, in bekannter Weise eine Lagerung. Sie erm¯glicht in ihrer F. unktion unabhängig von dem Käfig 6 und natürlich auch den Walzen 5 und 5' die Relativbewegung zwischen Welle 1 und dem Aussending 7, so dass sich jedes einzelne Friktionier- element unabhängig von den benachbarten Elementen auf der Welle drehen kann. Der Aussenring 7 ist mit der Spannvondchtung 8 verbunden und trägt den Wik- kelkern 10 oder ein die Drehbewegung weiterleitendes Maschinenelement und die Wicklung 15.
Die Walzen 5 und'5'laufen bei ihrer Abwicklung, angezogen von dem Magnetjfeld, über den ringförmigen Mantel 4, der die Welle 1 als, Laufbahn umschliesst. Durch die Abdeku kung 12 des Käfigs 6 werden die Walzen 5 und 5'am Herausfallen gehindert.
Fig. 3 zeigt einen Abschnitt einer Wickelwelle 1 mit den darauf aufgereihten, geschlossenen Friktionierele- menten 11. Der Abstand der Friktionierelemente 11 zueinander wird durch nicht eingezeichnete Distanz bülsen gesichert'. Der Wirkungsverlust der Wicklung 3 und 3 a entlang der Welle ist an dem Schnitt der Welle 1 erkennbar.
Die anhand der Fig. 1 bis 3 beschriebene Anordnung eines Friktionierelomentes 11 soll nur als Beispiel für die vielseitigen Anwendungsm¯glichkeiten des Verfahrens angesehen werden. So können beispielsweise in dem Käfig, in welchem die das Drehmoment über- tragenden Wälzkörper eingesperrt sind, zur Verminerung der Reibungsverluste die Sperrelemente, welche die Bewegungsfreiheit der Wälzkörper einengen, in Wälzlagern drehb, ar gelagert sein. Als ein anderes Beispiel kann ein Wickelkern auf zwei oder mehr Friktionierelementen aufgebracht sein und von ihnen angetrieben werden ; diese Art der Anordnung hat sich in solchen Fällen als zweckmässig erwiesen, in denen die Vorrichtung zum Aufwickeln von breiten Bändern verwendet wurde.
Bei einer Abänderung des oben beschriebenen Verfahrens und der Vorrichtung gemäss der Erfindung wird der Wickelkern von einer Kernwelle getragen, die mit der Wickelwelle nicht identisch ist. Der das Drehmoment übertragende Magnetkörper oder Verbund von Magnetkörpern ist dabei statt mit dem Wickelkern mit einem Element zur ¯bertragung des Drehmomentes verbunden, beispielsweilse einem Zahnkranz, einem Riemenscheiben- kranz oder einem Reibradkranz.
F r die Lagerung des bei der Relativbewegung um die Welle kreisenden Aussenringes 7 mit dem Käfig 6 können die bekannten technischen Mittel, z. B. Kugel- lager, Walzenlager oder Ïhnliches, verwendet werden.
Die wesentlichen Vorteile der Erfindung gegenüber den bekannten Verfahren und Vorrichtungen sind ! offen- sichtlich. Mit Hilfe des erfindungsgemϯen Verfahrens und der dazugehörigen Vorrichtung können nach einmaliger Ermittlung der anzuwendenden IStromstärke sehr gleichmässige Wicklungen hergestellt werden. Dabei kann auch wenig geübtes Personal eingesetzt werden. Auch bei sehr dünnen, z. B. bei nur wenige Tausendstelmillimeter starken Bändern, lassen sich die erforderlichen Bandspannungswerte auf das Genaueste einstellen. Ferner brauchen die Friktionierelemente beim Wechsel der Wickelkerne nicht von der Wiokelwelle entfernt zu werden. Sie benötigen über die Wickelbreite hinaus keinen oder nur geringen Raum.