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Die
Erfindung betrifft einen Drahtzugregler für Wickelmaschinen zur Verarbeitung
von fadenförmigen
Gut, wie Aluminium-, Kupfer-, Wolfram-, Gold- und Platin-Wickeldrähte, insbesondere
aber Kupferlackdraht, aber auch Kunststoff- und Glasfasern, zu Spulen,
bestehend aus einem Bremseinstellungssystem zur Beaufschlagung der
Spulenwicklung mit einer bestimmten Zugspannung, einem Regelkreis
zur Bestimmung für
den Soll- Ist Vergleich und der Regelung eines Stellgliedes.
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Beim
Wickeln von Spulen gilt es bekanntlich, die Windungen, aus denen
sie gebildet werden, beanspruchungsfest für den Endverwendungszweck und
packungsdicht zur bestmöglichen
Ausnutzung des verfügbaren
und vorausgesetzten Wickelraumes zu verlegen.
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Das
ist nur möglich,
wenn dem Draht zu seiner Konturanpassung durch Biegung am Trägerkörper – ein die
Spule tragender Spulenkörper
oder ein Wickelwerkzeug – durch
eine Zugspannung die Biegekraft-Komponente aufgeprägt wird.
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Dies
muss unter Ausschöpfung
seines Formänderungsvermögens, jedoch
in dessen Grenzen erfolgen, um die vorausgesetzten elektrischen
Leitereigenschaften nicht unzulässig
zu mindern und Gefüge-
und Querschnittsdeformationen auszuschließen.
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Die
effektive und momentane Zugspannung unterliegt zahlreichen Einflüssen.
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Ein
solcher Einfluss ist die Relativgeschwindigkeit zwischen Draht und
Trägerkörper.
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Gleichbleibend
ist diese Relation beim Wickeln einer Zylinderspule durch die Kreisform
des Trägerkörper-Querschnitts
und auch die mit konstantem Radius ausgebildete Wendel-Windung,
wenn man die Beschleunigungsphase bei Wickelbeginn und die Bremsverzögerung bei
Wickelende außer Betracht
lässt.
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Doch
schon diese Beschleunigungsphasen stören das Zugkraft-Gleichgewicht
des Wickelvorganges.
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Ein
weiterer Einfluss ergibt sich aus einer von der Kreisform abweichenden
Querschnittsgestalt des Trägerkörpers ,
im anschaulichsten Falle bei einer Rechteckspule. Hier kommt es
zu einem alternierenden Zyklus von formgebender Kantenbiegung mit Zugkraftmaximum
und einem faktisch lastlosem Verlegen auf den geraden Seiten, wobei
man hochfrequente Schläge
(etwa 1500 Hz bei 10 000 min–1) festgestellt hat.
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Besteht
die Spule aus mehr Windungen als auf der Fläche des Trägerkörpers unmittelbar Platz finden,
muss also eine mehrlagige Spule ausgeführt werden, ob nun exakt lagenrichtig
oder sich aus der Verteil- oder Vorschubbewegung ergebend, dann vergrößert sich
die Windungsform wie gezoomt. Und das ändert wiederum den Zugspannungszyklus.
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Diese
hier als quasi-zweidimensional bezeichneten Windungen sind dabei
noch weniger kritisch als dreidimensionale Windungen, wie sie zum Beispiel
bei Ablenkspulen von Bildschirmröhren
auszuführen
sind.
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Moderne
Hochleistungs-Spulenwickelmaschinen integrieren in den Wickelvorgang
außerdem noch
Operationen, bei denen der Wickeldraht an Stützpunkte wie Halte-, Hilfs-,
Abreiß-
oder Kontaktierstifte bzw. in Schlitze wie für Schneidkontakte, in Zungen
von Kontaktfahnen und dergleichen zu verbringen ist. Dies muss unter
Aufrechterhaltung des spulensichernden Zugkraftniveaus erfolgen.
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Schließlich wird
die Zugkraft durch alle Leitelemente des Drahtzuführsystems
beeinflusst, die auf dem Wege von der Drahtvorratsmenge zur Wickelstelle
passiert werden. Sie bewirken statische Reib- und/oder dynamische
Massenbeschleunigungskräfte,
die sich dem Draht mitteilen und der statischen Zugkraft zu- oder
abzurechnen sind.
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Unter
den Leitelementen des Drahtzuführsystems
nimmt der Drahtzugregler eine wichtige Funktion wahr. Seine Aufgabe
ist es, die durch Bremseinstellung am Draht festgelegte statische
Zugkraft , messbar mit Federwaage am freien Ende bzw. dem späteren Spulenanfang
des Drahtes, beim dynamischen Wickelvorgang in möglichst engen Grenzen durch
Ausregulierung der oben beschriebenen Einflüsse aufrecht zu erhalten.
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Seit
Jahrzehnten hatten und haben Spulenwickelmaschinen hierzu Drahtzugregler
eingesetzt, die durch Umschlingung einer einstellbar gebremsten
Spurscheibe gestellt werden und über
einen abgefederten sogenannten Ausgleichsarm mit Leitrolle verfügen, der – wie seine
Bezeichnung erkennen lässt – prozessbedingte
Zugspannungsschwankungen ausgleichen soll.
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Diese
von Fachleuten als mechanische Drahtzugregler bezeichneten Geräte, richtig
genommen sind es eigentlich nur Steller, stellen nur einen Kompromiss
dar, gemessen an den Erfordernissen eines optimalen Zugkraftregimes
beim Wickeln.
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Deshalb
fehlt es in der Patentliteratur und auf dem Markt nicht an Bemühungen,
diese mechanischen Drahtzugregler zu verbessern oder gänzlich zu
ersetzen.
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In
der
DE 3436187 C2 wird
das Element federbelasteter Ausgleichsarm, hier als Tänzerarm
bezeichnet mit einer Gegenspannfeder, dadurch verbessert, dass man
es dupliziert. Eine Hebel-Feder-Reihenschaltung wird durch ein mittels
Signal aktivierbares Stellglied entweder insgesamt zugkraftwirksam
oder selektiv nur eine der beiden Hebel-Feder-Komponenten. So erreicht
man, dass sich zwei diskrete und über Signal aufrufbare Zugspannungs-Niveaus einstellen
lassen, von denen das eine für
das eigentliche Wickeln und das niedrigere für das Anwickeln an Stifte odgl.
genutzt wird. Als signalbeaufschlagtes Stellglied wird ein Pneumatikzylinder vorgeschlagen.
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Die
DE 4035862 C2 nimmt
die Unzulänglichkeit
der vorgenannten Patentschrift sowie weitere Quellen zu gleichartigen
Lösungen
zum Anlass, einen als vollautomatisch behaupteten, weil mit Regelkreis
ausgestalteten Drahtzugregler zu schaffen. Dazu werden die Umlenkrollen
des Systems elektromotorisch betrieben und dies in Auswertung der
Signale einer Dehnmeßstreifen-
Kraftmeßstelle
und einer Tachoscheibe zur Erfassung der Ablaufgeschwindigkeit.
Eine Auswerteelektronik sorgt für
die erforderliche Rückkopplung
der Signale und den Vergleich zu einer Sollwert-Führungsgröße. Auf
einen federbelasteten Schwenkarm verzichtet man noch nicht, weist
ihm aber nur die mechanische Absorbierung von Stößen auf den Draht bei bestimmten
Phasen des Wickelvorgangs zu.
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Es
sind hier Kompensationselemente, wie Drahtausgleichshebel, Codescheibe
und eine Vorbremse mit Filzklemmen, mit jeweils zusätzlichen, nicht
programmierbaren Einstellelementen, die von Hand abgeglichen werden
müssen,
als nachteilig zu sehen. Die Ausregelung von Zugkraft-Abweichungen zwischen
einem Soll- und einem Ist-Wert ist nicht ausreichend feinfühlig möglich.
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EP 0 564 018 A2 hält die Lösung des
vorgenannten Patents insbesondere bei dünnen Drähten und hohen Abzugsgeschwindigkeiten
für ungeeignet, ebenso
wie für
den Einsatz an Mehrfachwickelmaschinen überhaupt, weil der Einstellaufwand
zur Anpassung an die jeweilige Wickelaufgabe erheblich ist und bei
dünnen
Drähten
schon die Reibungskräfte den
Hauptteil der Zugkraftbildung ausmachen.
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Durch
Digitalisierung der Kompensationselemente, einen DMS-Kraftsensor
und durch Verwendung eines 4Q- Gleichstrommotors als Aktiv-Stellelement
der Bremse, dessen Drehmomentregelung durch die digitale Drahtregelung überlagert
wird, wird ein Regelkreis aufgebaut, der manuelle Korrektureingriffe
erübrigt.
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Ein
Bus-System kann mehrere Drahtzugsteller einer Wickelmaschine zusammenfassen.
Aus den Prozessdaten lassen sich auch Statistik- und Betriebsdaten
abheben und verfügbar
machen, so die Länge
des aufgewickelten Drahtes usw.
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Auch
in der
DE 690 22 160
T2 wird die Grundkonzeption des mechanischen Drahtzugreglers
nach übereinstimmender
Bewertung seiner Nachteile durch die Integration von Komponenten aufgerüstet. Drahtleitstellen
seines Systems werden durch Sensoren ergänzt, darunter wieder eine Dehnmeßstreifen-Kraftmeßstelle
als Ist-Wert-Geber sowie einen Abfühlkolben und einen Kodierer
am Kompensierarm.
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Damit
wird dessen bisheriger Nachteil, bei höheren Geschwindigkeiten des
Drahtes jenseits des Einstellbereiches zu geraten, beseitigt und
eine Reserve geschaffen, nicht zuletzt durch elektromotorische Verstellung
eines seiner angelenkten Glieder.
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Alle
bisherigen Elemente die eine gleitende Reibung erzeugten wurden
eliminiert.
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Stattdessen
nutzt man die Vorteile einer elektromagnetischen Hysteresebremse,
die sich durch ihre Führungsgröße Erregerstrom
dynamisch stellen lässt,
als programmierbaren Zugspannungs-Erzeuger. Der Kompensierarm kann
nun im Betrieb automatisch eingestellt werden, er wird aber auch
weiterhin benötigt,
um bei Stillstand der Wickelmaschine den zu haltenden Draht nicht
zugkraftlos entgleiten zu lassen. Man will damit ein sich selbst einstellendes
Gerät schaffen,
das eine kontinuierliche Echtzeit-Steuerung der Zugkraftwerte ermöglicht.
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Mit
den erfindungsgemäßen Maßnahmen kommt
man einer Regelcharakteristik näher
ohne bereits das Optimum zu erreichen. Man spricht in der Folge
von elektronischen Drahtzugreglern.
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DE 43 13 255 A1 ,
bedient sich auch der vorteilhaften Stellmöglichkeiten kleiner Gleichstrommotoren
sowohl für
die Hauptbremskraft wie auch die Rückstellkraft im System der
Zugkraftüberwachung. Das
Bremsen in der Hauptbremseinrichtung erfolgt durch Anwendung einer
Gegendrehkraft auf ein vom Draht in einer Richtung bewegten Rades.
So kann man auf die Federn verzichten, die mit ihren diskreten Eigenschwingungszuständen nur
bedingt beherrschbar waren.
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Schwenkarme,
deren Lageänderung
erfasst und ausgewertet wird, gehören zu den Merkmalen der Erfindung,
wenn auch anders integriert als bei den Drahtzugreglern der ersten
Generation.
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Eine
Hysteresebremse sieht auch der Drahtzugregler nach
DE 40 19 140 A1 vor, in
dem diese auf ein Bremsrad wirkt und ihre Bremswirkung über ihren Erregerstrom
stellt, der als Meßstrom
an einer DMS- Zugkraftmeßstelle
abgegriffen wird.
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Es
ist das vorrangige Anliegen dieser Erfindung, eine sog. Drahtlose,
einen zugkraftlosen Momentanzustand beispielsweise bei Wickelschluss,
sicher zu beherrschen.
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Besonders
gründlich
hat man sich in der
DE 4104087
A1 mit den Bedingungen und Erfordernissen beim Wickeln
von Rechteckspulen befasst, eine Vielzahl von Patentschriften hierzu
ausgewertet sowie das Schwingungsverhalten von Draht und Leitsystem
analysiert. Sensorglieder für
Kraft und Geschwindigkeit sowie Stellglieder in Form von Elektromotoren,
Stößeleinheiten
und Verschiebemechanismen sorgen für die Erfassung und Ausregelung
von Zugkraftschwankungen.
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Man
findet eine zwischen zwei Federn aufgehängte Leitrolle, noch keinen
Rückgriff
auf eine Hysteresebremse, jedoch werden piezokeramischer Antrieb
bzw. ein piezokeramisches Element als reaktionsschnelle Glieder
in Betracht gezogen.
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Elektronische
Drahtzugregler, die eine Zugkraftmessung mittels Dehnungsmeßstreifen
vornehmen, müssen
systembedingt eine Diskrepanz zwischen der Eigenfrequenz der DMS-Systeme
von ca. 300 Hz und der üblicherweise
weitaus höheren
Frequenz hochdynamischer Zugkraftspitzen beim Wickeln von Spulen
mit von der Kreisform abweichender Gestalt in Kauf nehmen.
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Letzteres
nimmt
DE 196 38 238
C1 zum Anlass, mit der Verwendung eines kapazitiven Sensors im
Drahtzug-Meßsystem
Abtastfrequenzen bis 14 kHz zu ermöglichen, weil die Eigenfrequenz
des Sensors bei ca. 80 kHz liegt und damit um Größenordnungen höher als
bei den DMS-Sensoren.
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Außerdem fand
man, dass der störende Masseeinfluss
bisheriger Systeme zu verringern ist, möglichst auf ein vernachlässigbares
Niveau. Es werden zu diesem Zweck keine Elemente vom Draht umschlungen,
die sich in Abhängigkeit
von der Drahtabzugsgeschwindigkeit bewegen oder rotieren. Vielmehr
bedient man sich einer Klemmeinrichtung, die aus der Paarung einer
Platte und einer gegengestellten Walze besteht und wo die Walze
langsam rotierend angetrieben wird.
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Die
Klemmeinrichtung kann dabei eine Betätigungseinrichtung mit mindestens
einem Elektromagneten oder mit mindestens einem Piezoaktuator aufweisen.
Der Piezoaktuator wird favorisiert, weil er im Vergleich zum Elektromagneten
eine sehr hohe Eigenfrequenz hat und in Verbindung mit der schnellen
Ist-Wert-Erfassung der Zugkraft durch den kapazitiven Sensor nicht
nur Zugkraftschwankungen infolge der Spulengeometrie problemlos
ausregeln kann sondern außerdem
auch die Massebeschleunigung und die damit verbundenen Zugkraftschwankungen des
Drahtes selbst.
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Eine
zugkraftabhängig
reagierende und sensorüberwachte
Drahtauslenkstelle zwischen zwei Leitrollen liefert die Regelgröße für das Stellglied Klemmeinrichtung
aus dem Vergleich der Soll-Ist-Werte des Regelkreises.
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Man
erreicht eine merkliche Amplitudenminderung des Zugkraftverlaufes
beim Wickeln von quadratischen Spulen.
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Nachteil
aller hier vorstehend beschriebenen Lösungen ist, dass diese Drahtzugregler
nicht oder nicht annähernd
die behauptete Zugkraft-Regelung im
dynamischen Wickelbetrieb entsprechende reaktionsschnelle Funktionsweise,
also eine sog. Echtzeit- Zugkraftregelung erreichen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es ein geregeltes Drahtzugsystem zu schaffen bei
dem unter Einsatz von mikrogenauen und hochdynamischen Stellgliedern
die Zugkraft nahezu trägheitslos
den jeweiligen Erfordernissen angepasst werden kann, wobei seine Regelgeschwindigkeit
es ermöglichen
muss, Spulen auch bei schnell wechselnden Drahtgeschwindigkeiten
mit in engen Toleranzgrenzen geführter
Soll-Zugkraft zu wickeln.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch
die Merkmale des Kennzeichenteils des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte
Aus- bzw. Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Erfindungsgemäß besteht
das Stellglied des Drahtzugreglers aus dem Bremseinstellungssystem, welches
als wesentliche Bestandteile einen Schwingspulenbetätiger ein
Folgenden Voice Coil Actuator gennant und ein Backensystem aufweist.
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Der
Voice Coil Actuator besteht aus zwei Komponenten, einer auf ein
nichtmagnetisches Stützelement
gewickelten Spule und einem Magnetkreis aus Dauermagneten. Im Falle
einer zylindrischen Bauform ist die Spule im ringförmigen Luftspalt
des Magnetsystems axial beweglich positioniert.
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Der
Voice Coil Actuator kann eine Bewegung ausführen, die sich durch eine hohe
Linearität
, Weglängen
je nach Auslegung im μm-
oder mm-Bereich, eine hohe Wiederhol- und Positioniergenauigkeit (μm-genau,
nur sensorabhängig),
auszeichnet. Dabei übt
dieser eine kraftvolle Wirkung aus, bei sehr hohen Beschleunigungswerten
von bis zu 300 g im Kurzhub, Arbeitsfrequenzen bis ca. 120 Hz, hysterese-
und rippelfreies (non-cogging) Arbeiten, bidirektional aktivierbar
mit Richtungswechsel der Bewegung durch Polaritätswechsel, insgesamt hat er
eine hohe Dynamik durch ein minimales Trägheitsmoment.
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Der
erfindungsgemäß verwendete
Voice Coil Actuator ist ein handelsüblich in ganzen Baureihen angebotenes
Gerät.
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Die
niedrige elektrische und mechanische Zeitkonstante und die hohe
Ausgangsleistung im Verhältnis
zu seiner Masse und seinem Volumen machen den Voice Coil Actuator
zu einem idealen Servoantriebselement.
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Mit
einem solchen Voice Coil Actuator wird erfindungsgemäß das Backensystem
des Drahtbremsrades des Drahtzugreglers beaufschlagt.
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Die
Bremsbacken werden einem stellbaren Druck ausgesetzt. Dazu wird
in vorteilhafter Weise die dem Actuator zugewandte innere Bremsscheibe durch
den Stelldruck beaufschlagt.
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Die
erfindungsgemäße Lösung weist
eine Reihe von Vorteilen auf.
- • Anwendbarkeit
in einem weiten Drahtdurchmesserbereich und für die diesem zugehörigen Zugkraftsollwerte
beim Wickeln.
- • Anwendbarkeit
in einem weiten Drahtgeschwindigkeitsbereich mit den dabei zu beherrschenden Beschleunigungs-
und Abbremsphasen.
- • Sicheres
Verhindern einer sog. Drahtlose, einem zugkraftlosen Drahtzustand.
- • Dynamisches
und prellfreies Ausregeln von Zugkraftschwankungen, die sich aus
der von einem Kreis abweichenden Spulenkontur ergeben und dies auf
niedrigstem Amplitudenniveau.
- • Schonender
Bremsangriff am Draht, verschleißarme Leitstellen.
- • Vermeiden
von Zugfedern als Rücksteller
ausgelenkter Drahtführungselemente.
- • Dynamische
Istwert-Erfassung der Zugkraft mit einem Aufnehmer (Sensor), der
eine hohe Eigenfrequenz besitzt und Ableitung einer digitalen Regelgröße.
- • Elektronische
Auswerteeinheit zum reaktionsschnellen Stellen der zugkraftbestimmenden Bremse.
- • Aktives
Stellen der Bremse durch Einsatz von elektronisch kommutierten Gleichstrommotoren mit
Lagegebern und 4Q-Betrieb und/oder geeigneten Aktoren.
- • Programmierbarkeit
der Elektronik bezüglich
der zugkraftbeeinflussenden Hauptparameter des Wickelvorgangs, so
Drahtdurchmesser, Wickeldrehzahl, Wickelgeometrie, Zugkraftniveaus
für alle Phasen
der Wickelroutine.
- • Ausgabemöglichkeit
für Statistikdaten
wie Stückzahl,
gewickelte Drahtlänge
u.dgl.
- • Bus-Fähigkeit
der Elektronik zu Einbindung in ein System mehrerer parallel arbeitender
Drahtzugregler.
- • Kompaktbauweise,
d.h. Integration aller zugehörigen
Komponenten in ein gemeinsames Gehäuse.
- • Einfacher
Anbau an Wickelmaschine beliebiger Bauart.
- • Problemloses
Einfädeln
des Drahtes bei Vorratsrollenwechsel oder Drahtriss
- • Anzeigeelemente
zur Signalisierung des Betriebszustandes.
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Die
erfindungsgemäße Gesamtlösung eines solchen
Drahtzugreglers wird nachfolgend an Hand eines Beispieles und der
Zeichnungen näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Skizze des Außen-
und Innenaufbaus eines solchen Gerätes
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2 eine
Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Bremskraft-Regelachse
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3 das
Blockschaltbild der Steuerungs-Elektronik
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In 1 erkennt
man zunächst
den Drahtlauf durch das Rollensystem des Drahtzugreglers.
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Der
von der nicht dargestellten Vorratsspule abgezogene Draht 1 wird
mit einer Vorbrems-Rädergruppe 2 und 3 definiert
beruhigt, d.h. die aus dem schwingungsfähigen Zulaufabschnitt resultierenden Zustände absorbiert,
insbesondere auch sog. Drahtlose, also zugkraftlose Intervalle.
Zugleich erhält
der Draht eine erste Zugkraftaufprägung zur Straffung, gewissermaßen eine Art
Brems-Grundlast. Außerdem
bewirkt die Filzauflage-Paarung der Räder das Abstreifen etwaiger
Schmutzpartikel auf dem Draht.
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Zum
leichteren Einfädeln
des Drahtes lässt sich
das kleine Rad 2 durch eine Schwenkung lüften.
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Das
Vorbrems-Filzrad 3 wird durch eine Zahnriemen-Untersetzung 4 von
einem kleinen Gleichstrommotor 5 mit geringer Drehzahl
angetrieben. Zum einen wird durch die große wechselnde Berührungsfläche ein
vorzeitiges Abarbeiten des Filzes vermieden, also seine Lebensdauer
erhöht,
zum anderen wird so garantiert, dass die Seilreibung auf dem Bremsrad
immer erhalten bleibt.
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Wesentlich
ist auch, dass durch die langsame gegenläufige Drehung ein Drahtausgleichsarm für kleine
wickeltechnisch bedingte negative Drahtbewegungen überflüssig wird.
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Nach
Passieren des Vorbrems-Filzrades 3 wird der Draht durch
eine Leitöse 6 zum
Bremsrad 7 geführt
und dieses mehrmals (2- bis 3mal) umschlungen.
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Die
Führungsrille
des Bremsrades 7 ist erfindungsgemäß nicht in sonst anzutreffender
Trapez- oder Kreisradius-Kontur ausgeführt, sondern sie folgt der
Form einer Parabel. Dadurch ergibt sich zwischen benachbarten Drahtwindungen
ein ordnender Querschiebeeffekt und ein Überseilen des mehrfach umgelegten
Drahtes wird wirksam unterbunden. Für diese vorteilhafte Rillengestalt
wird der Begriff „geschüsselt" eingeführt.
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Das
Bremsrad 7 ist ein Doppelscheiben-Bremsrad mit außen liegenden
einfachen Bremsscheiben. Das ist ein erfindungsgemäßer Vorteil,
weil nicht mehr wie bisher üblich
das Bremsrad selbst das Verschleißteil ist sondern die außen liegenden
einfachen Bremsscheiben.
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Es
wird hier auf 2 verwiesen, die den Aufbau
der gesamten Bremsrad-Achse
im Detail zeigt.
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In 2 sind
Positionen aus 1 mit gleicher Positions-Nummer
bezeichnet, alle neuen Positionen fortlaufend zu 1.
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Das
Bremsrad 7 ist auf einer Welle 21 und im Gehäuse 22 zweifach
kugelgelagert.
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Das
Rad besteht aus Vulkolan und hat die bereits erwähnte Schüsselung.
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Das
Bremsrad 7 lässt
im Schnitt diese geschüsselte,
parabelförmig
nach rechts steigende Nut- bzw. Rillenkontur erkennen.
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Von
den beiden außenliegenden
Bremsscheiben 18 und 19 ist die linke äußere Bremsscheibe 18 fest
mit der Welle 21 verbunden, die innere Bremsscheibe 19 ist
dagegen schwimmend auf der Welle 21 angeordnet. Beide Bremsscheiben
tragen die dargestellten Bremsbeläge, die nicht separat beziffert
sind.
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Die
Welle 21 wird über
ein formschlüssig
aufgesetztes Riemenrad angetrieben.
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Mit
Pos. Nr. 20 ist die vom Voice Coil Actuator 8 beaufschlagte
Druckstange zur Bremskrafterzeugung bezeichnet.
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Der
Voice Coil Actuator kann in beide Richtungen 23 aktiviert
werden, wobei bewusst und erfindungsgemäß die Druckfunktion als bremskrafterzeugende
Wirkrichtung gewählt
und so konstruktiv das Bremsrad mit seinen Bremsscheiben ausgestaltet wurde.
Untersuchungen ergaben, daß Druck
gegenüber
Zug für
die Bremswirkung vorteilhafter ist.
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Fortsetzend
nun wieder mit der Beschreibung der 1 ist hier
ein Riementrieb 4 gezeigt, über den der Gleichstromgetriebemotor 5 außer das Filzrad 3 auch
die Bremsscheiben 18 und 19 (aus 2)
gegenläufig
dreht.
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Vom
Bremsrad 7 kommend wird der Draht anschließend über das
Messrad 9 geleitet, durch das er zugleich in Querrichtung
zur Bremsrollenebene ausgelenkt wird.
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Das
Messrad 9 ist an einem Lastgeberarm befestigt, dessen zugkraftbedingte
Auslenkungen Eingangsgröße für einen
kapazitiven Kraftsensor 10 sind. Es handelt sich um einen
schnell reagierenden Sensor mit integriertem Faradaykäfig zum
Schutz gegen äußere elektrische
und magnetische Störfelder.
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Die
Vorteile dieses Sensors im Vergleich zu DMS- Kraftmessbrücken nach
Stand der Technik waren überzeugend
und entscheidend für
seine erfindungsgemäße Verwendung.
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In
Richtung 11 wird der zugkraftregulierte Draht zur Wickelstelle
an der Spule abgeführt.
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Alle
Drahtleitelemente sind wie in 1 dargestellt
und so beschrieben an der Gehäuse-Frontseite
bzw. an der rechten Flanke des erfindungsgemäßen Drahtzugreglers angeordnet.
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Bei
Drahtwechsel ist so ein leichtes Verlegen des Drahtes möglich. Aus
gleichem Grunde finden sich an der Frontseite des Gehäuses 12 auch
alle erforderlichen Anzeige- und Bedienelemente.
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Dies
sind ein zweizeiliges LCD-Display 14 und die Gruppe von
vier Drucktasten 15.
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Das
2-zeilige LCD-Display 14 zeigt in Klartextanzeige die einzelnen
Parameter in bis zu 16 Sprachen.
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Die
Drucktasten 15 ermöglichen
das Anwählen,
die Einstellung und die Speicherung der Systemgrößen.
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Dazu
werden im Zusammenhang mit 3 weitere
Details erläutert.
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Die
Abmessungen des Gehäuses 12 sind
so gewählt,
dass es alle erforderlichen Funktionsgruppen einschließlich der
elektronischen Steuerung aufnimmt und so autark arbeitsfähig ist.
Für die
Steuerung ist der mit Pos. 13 bezeichnete Raum hinter dem
Display 14 vorgesehen. Die Steuerungsplatine nimmt das
Leistungsteil und den Regler auf.
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Die
Frontbreite des Gehäuses 12 ist
so bemessen, dass mehrere Drahtzugregler auf einer gemeinsamen Profilschiene 17 (handelsübliches
Aluminium- Strangpressprofil) aufreihbar sind, angepasst an die
so bestückte
Wickelmaschine und ihr Wickelspindel-Rastermaß.
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An
der Rückseite
des Gehäuses 12 sind
alle erforderlichen Einspeise- und Schnittstellen für die Kommunikation
mit der übergeordneten
Wickelmaschinen-Steuerung und mit weiteren in Reihe gruppierten
Drahtzugreglern in einem Steckerfeld 16 vorhanden.
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3 zeigt
ein Blockschaltbild der elektronischen Steuerung.
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Die
Datenverwaltung der Steuerung übernimmt
eine CPU mit 16 bit/16 MHz, 104 byte RAM und 236 Ub Flash. Als Speicher
wird ein EEPROM 256 × 16
bit verwendet.
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Diese
Grundausstattung sichert steuerungsseitig die Erfüllung der
erfindungsgemäßen Zielstellung
eines dynamisch reagierenden Drahtzugsystems.
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Im
Blockschaltbild sind von den Peripherie-Baugruppen diejenigen durch
Pos.-Nr. hervorgehoben,
die im Zusammenhang mit der Beschreibung der 1 und 2 schon
vorgestellt worden sind. Die dortigen Pos.- Nummern wurden übernommen.
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Es
sind dies der Gleichstromgetriebemotor 5 , der Voice Coil
Actuator 8, der kapazitive Kraftsensor 10 und
das Tastenfeld 15 des LCD-Displays.
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Eine
mögliche
Programmeingabe bietet das Tastenfeld 15 eines jeden Einzelgerätes.
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Für den Eingabemodus
stehen 10 Produktparameter zur Verfügung, deren erster darüber entscheidet,
ob das Gerät
als Master oder Slave in einem Geräteverbund (Aufreihung) arbeitet
oder nach manueller Vorgabe.
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So
kann jedem Gerät
die Funktion des Masters einer wählbar
zugeordneten Gerätegruppe
gegeben werden. In diesem Falle erhält das Mastergerät über die
RS 232-Schnittstelle oder über
einen Analog-Eingang den Soll-Drahtzug für den verarbeiteten Wickeldraht.
Wahlweise kann der Soll-Wert auch über Parametrierung am Gerät eingegeben werden.
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Der
Master gibt alle notwendigen Informationen an die Slave's der entsprechenden
Gruppe weiter (Soll-Vorgabe, Min- Max- Grenzen, Regler Ein-Aus usw.
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Die
Regelcharakteristik entspricht der eines PID- Reglers. Die Spezifizierung
der Regelcharakteristik kann durch Auswahl aufrufbarer Varianten
aus den Produktparametern erfolgen.
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Dem
Zugkraft-Sollwert wird ein oberer (Maximal-) Grenzwert und ein unterer
(Minimal-) Grenzwert in Prozent zugeordnet und dieser Toleranzbereich
durch Soft- und Hardware des erfindungsgemäßen Drahtzugreglers in allen
Phasen des Wickelvorgangs eingehalten, dies natürlich in den Grenzen der verfügbaren Regelgeschwindigkeit.
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Die
erfindungsgemäße Lösung eines
Drahtzugreglers mit einem Voice Coil Actuator, wie sie am Beispiel
der 1 bis 3 erläutert wurde, wird zum Gegenstand
der nachfolgenden Patentansprüche
gemacht. Dabei werden dem Fachmann mögliche Ausgestaltungen der
Erfindungsmerkmale in den beanspruchten Schutzumfang eingebunden.
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- 1
- Wickeldraht – Zuführung
- 2
- Gegenrolle
- 3
- Vorbrems – Filzrad
- 4
- Riementrieb
- 5
- Gleichstromgetriebemotor
- 6
- Leitöse
- 7
- Bremsrad
- 8
- Voice
Coil Actuator
- 9
- Messrad
- 10
- Kapazitiver
Kraftsensor
- 11
- Wickeldraht-
Abführung
- 12
- Gehäuse
- 13
- Platz
für Elektronikplatine
- 14
- LCD-
Anzeigemodul
- 15
- Programmiertasten
- 16
- Steckerfeld
- 17
- Montageprofil
- 18
- Äußere Bremsscheibe,
fest auf der Welle
- 19
- Innere
Bremsscheibe mit Bremsbelag schwimmend auf der Lagerwelle
- 20
- Druckstange
zur Bremskrafterzeugung
- 21
- angetriebene
Lagerwelle
- 22
- Gehäuse
- 23
- Aktionsrichtungen
Voice Coil Actuator