DE102014014149A1

DE102014014149A1 - Spulenträger für eine Flecht-, Wickel- oder Spiralisiermaschine

Info

Publication number: DE102014014149A1
Application number: DE102014014149.7A
Authority: DE
Inventors: Dr. Reinisch Hubert; Bernd Müller; Bernhard Nägele
Original assignee: Maschinenfabrik Niehoff GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Niehoff GmbH and Co KG
Priority date: 2014-09-22
Filing date: 2014-09-22
Publication date: 2016-03-24
Also published as: BR112017003811A2; BR112017003811B1; WO2016045987A1; HUE048928T2; MX2017003514A; JP2017537039A; EP3198068A1; US20170298546A1; US10612171B2; CN106470926A; RU2664205C1; EP3198068B1; PL3198068T3; CN106470926B; ES2783982T3; JP6594965B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spulenträger 7 zur Aufnahme einer Spule 2, welche zur Abwicklung eines Strangguts 1 eingerichtet ist, wobei der Spulenträger 7 zum Einsatz in einer Flecht-, Wickel- oder Spiralisiermaschine vorgesehen und dazu eingerichtet ist, im Betrieb der Maschine relativ zu dieser zu rotieren. Der Spulenträger 7 weist eine Zugkraftmesseinrichtung 3 zur Messung der Zugkraft des von der Spule 2 abgewickelten Strangguts 1 und eine erste Datenübertragungseinrichtung 4 zur Übertragung von Daten auf. Erfindungsgemäß ist die erste Datenübertragungseinrichtung 4 zur Übertragung von gemessenen Zugkraftmesswerten an eine zweite, außerhalb des Spulenträgers angeordnete Datenübertragungseinrichtung 5 eingerichtet. Hierdurch können zu geringe oder zu hohe Zugkräfte des Strangguts 1 an den einzelnen Spulenträgern 7 frühzeitig erkannt werden. Durch die Übertragung von Soll-Zugkraftwerten von der zweiten Datenübertragungseinrichtung 5 zur ersten Datenübertragungseinrichtung 4 und durch eine geeignete Steuerungs- oder Regelungseinrichtung 8 an dem Spulenträger 7 kann die Zugkraft weitgehend konstant gehalten werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spulenträger zur Aufnahme einer Spule, welche zur Abwicklung eines Strangguts eingerichtet ist, wobei der Spulenträger zum Einsatz in einer Flecht-, Wickel- oder Spiralisiermaschine vorgesehen ist. Unter einem Stranggut wird dabei ein langgestrecktes, strangförmiges Material verstanden, insbesondere, aber nicht ausschließlich, Draht, der Eisen enthalten kann, bevorzugt aber aus Nicht-Eisen-Metallen besteht, oder Textilfasern, Kohlenstofffasern oder andere strangförmige Carbonmaterialien.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Zugkraftmesssystem zur Messung der Zugkraft des von der Spule abgewickelten Strangguts, eine Flecht-, Wickel- oder Spiralisiermaschine mit einem derartigen Zugkraftmesssystem, ein entsprechendes Verfahren zur Zugkraftmessung sowie ein Visualisierungssystem für eine Flecht-, Wickel- oder Spiralisiermaschine.
Flechtmaschinen, insbesondere Rotationsflechtmaschinen, werden verwendet zur Herstellung von hohlen Schlauchgeflechten aus dem zu verarbeitenden Stranggut, insbesondere aus Metalldrähten, Garnen oder Kunststofffasern, oder (durch nachfolgendes Walzen eines solchen Schlauchgeflechtes) von flachen Litzengeflechten, von Zopfgeflechten oder auch zum Umflechten beispielsweise eines Kabels mit einem Drahtgeflecht oder zur Herstellung von Körpern geringer Masse, insbesondere im Leichtbau, durch Flechten von Kohlenstofffasern oder anderen strangförmigen Carbonmaterialien. Einsatzgebiete für derartig hergestellte technische Geflechte sind beispielsweise Abschirmungen für elektrische Kabel gegen elektromagnetische Felder oder Schutzumhüllungen gegen mechanische Belastungen für Kabel oder Schläuche. Eine weitere Anwendung ist die Herstellung medizinischer Geflechte für Gefäßimplantate, beispielsweise Stents oder Gefäßprothesen.
Im Betrieb der Flechtmaschine werden mehrere Stränge des zu verflechtenden Strangguts in entgegengesetzten Richtungen in einem bestimmten Winkel um eine Flechtachse bzw. um das zu umflechtende Stranggut, beispielsweise ein Kabel, herumgewickelt und dabei nach einem bestimmten Muster miteinander überkreuzt, wodurch sich das gewünschte Geflecht ergibt.
Wickelmaschinen ähneln von ihrer Funktion her den Flechtmaschinen, mit dem Unterschied, dass die Stränge des zu verarbeitenden Strangguts nicht miteinander verwoben werden, sondern lose aufeinander bzw. auf dem zu umwickelnden Stranggut liegen. Wickelmaschinen können eine oder auch mehrere Wickellagen auf das zu umwickelnde Stranggut aufbringen. Wickelmaschinen werden beispielsweise eingesetzt, um Schnüre oder Seile, Abschirmungen für Schläuche oder Kabel oder Verstärkungen für Druckschläuche herzustellen.
Spiralisiermaschinen entsprechen von ihrer Funktion her weitgehend den Wickelmaschinen, wobei das zu verflechtende Stranggut vorzugsweise plastisch verformbar ist und daher bei der Wicklung um die Flechtachse bzw. um das zu umflechtende Stranggut eine selbsttragende Spirale bildet. Spiralisiermaschinen werden beispielsweise zur Ummantelung von Kabeln mit Kupferdrähten oder weichen Stahldrähten in Form einer Wendel eingesetzt.
Allen betrachteten Maschinen ist gemeinsam, dass sie eine Mehrzahl von Spulenträgern aufweisen, auf denen jeweils mindestens eine Spule angeordnet ist, auf der einen Strang des zu verarbeitenden Strangguts aufgewickelt ist und von der dieser Strang im Betrieb der Maschine abgewickelt und verarbeitet wird. Die Spulenträger sind dazu eingerichtet, im Betrieb der Maschine relativ zu dieser zu rotieren. Dabei wird das abgewickelte Stranggut um die Flechtachse bzw. um das zu umflechtende Stranggut, welches sich gleichzeitig in seiner Längsrichtung bewegt, herumgeführt.
Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel einer Flechtmaschine für Draht als dem zu verflechtenden Stranggut, d. h. zur Herstellung von Drahtgeflechten, beschrieben. Dies stellt jedoch keine Einschränkung dar; die Erfindung kann auch für andere Flecht-, Wickel- oder Spiralisiermaschinen zur Verarbeitung eines beliebigen Strangguts eingesetzt werden.
Beim Betrieb einer Flechtmaschine spielt die Zugkraft, d. h. die mechanische Spannung der von den Spulen abgewickelten Drähte eine wichtige Rolle: Bei einer zu geringen Zugkraft kann das Flechtbild des hergestellten Geflechtes ungleichmäßig sein, die Drähte können sich innerhalb der Maschine miteinander ”verheddern” oder sogar reißen. Bei einer zu hohen Zugkraft können die Drähte, insbesondere bei hohen Prozessgeschwindigkeiten, ebenfalls reißen. Beides führt zu erhöhtem Ausschuss und/oder zu längeren Maschinenstillstandszeiten und erhöht somit die Produktionskosten.
Zur Einstellung und Regelung der Drahtzugkraft werden im Stand der Technik im Allgemeinen mechanische Lösungen eingesetzt, insbesondere eine auf dem Spulenträger angebrachte mechanische Band- oder Backenbremse für die Spule in Verbindung mit einem mechanischen Steuer- oder Regelsystemen zur Beeinflussung des von der Bremse auf die Spule aufgebrachten Bremsmoments in Abhängigkeit des Spulenwickeldurchmessers und/oder der Drahtzugkraft.
Die US 7,270,043 B2 schlägt dagegen vor, die unteren, radial äußeren Spulen einer Rotationsflechtmaschine, deren ablaufender Draht mechanisch umgelenkt wird, um ihn über die oberen, radial inneren Spulen hinweg oder unter diesen hindurch zu leiten, elektrisch mit variabler Geschwindigkeit anzutreiben. Dabei wird die Soll-Drahtablaufgeschwindigkeit über einen Schleifring oder auch drahtlos auf den Spulenträger übertragen und die Drahtablaufgeschwindigkeit an den Spulen so geregelt, dass sie der Produktionsgeschwindigkeit des Geflechts entspricht. Hierdurch sollen impulsartige Ausschläge in der Drahtspannung, die durch den Drahtablenkungs- und Drahtvorschubvorgang verursacht werden, vermieden werden.
Technische Probleme mit derartigen Steuer- oder Regelungseinrichtungen, wie beispielsweise die Fehleinstellung eines Spulenträgers oder der Verschleiß einer Bremse, können vom Bediener der Maschine jedoch nur mittelbar erkannt werden, wenn eines der oben genannten Symptome für eine zu geringe oder zu hohe Zugkraft wie ein ungleichmäßiges Flechtbild oder ein Drahtriss auftritt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, die Steuerung und/oder Regelung der Zugkraft des von den Spulen einer Flecht-, Wickel- oder Spiralisiermaschine abgewickelten Strangguts zu verbessern und dabei insbesondere eine frühzeitige Erkennbarkeit einer zu geringen oder zu hohen Zugkraft zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Spulenträger nach Anspruch 1, ein Zugkraftmesssystem nach Anspruch 9, eine Flecht-, Wickel- oder Spiralisiermaschine nach Anspruch 11, ein Verfahren zur Zugkraftmessung nach Anspruch 12 sowie ein Visualisierungssystem nach Anspruch 13. Weitere, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Der Erfindung liegt ein Spulenträger zur Aufnahme einer Spule zu Grunde, welche zur Abwicklung eines Strangguts eingerichtet ist, wobei der Spulenträger zum Einsatz in einer Flecht-, Wickel- oder Spiralisiermaschine vorgesehen und dazu eingerichtet ist, im Betrieb der Maschine relativ zu dieser zu rotieren. Wie oben bereits erwähnt, wird die Erfindung nachfolgend am Beispiel einer Drahtflechtmaschine beschrieben.
Der Spulenträger weist eine Zugkraftmesseinrichtung zur Messung der Zugkraft des von der Spule abgewickelten, d. h. des ablaufenden Drahtes auf. Die Zug kraftmesseinrichtung basiert vorzugsweise auf mechanischen, optischen, elektromagnetischen oder sonstigen physikalischen Prinzipien. Bei einer mechanischen Zugkraftmesseinrichtung wird vorzugsweise die Auslenkung eines gegen den ablaufenden Draht gedrückten Messbügels gemessen. Bei einer optischen Zugkraftmesseinrichtung wird vorzugsweise die von dem ablaufenden Draht beschriebene Linie durch optische Sensoren, insbesondere durch eine Kamera, detektiert und vorzugsweise deren Form oder deren Schwingungen ausgewertet. Derartige Zugkraftmesseinrichtungen sind im Stand der Technik bekannt und werden daher hier nicht ausführlicher beschrieben.
Weiterhin weist der Spulenträger eine erste Datenübertragungseinrichtung zur Übertragung, insbesondere zum Senden und/oder Empfangen, von Daten auf. Bei der ersten Datenübertragungseinrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine elektronische, weiter vorzugsweise um eine digitale Datenübertragungseinrichtung. Vorzugsweise unterstützt die erste Datenübertragungseinrichtung wenigstens einen der gängigen drahtgebundenen oder drahtlosen technischen Standards bzw. Standardprotokolle zur Datenübertragung, vorzugsweise Ethernet, IP, CAN-Bus, WLAN, Bluetooth, Zigbee oder ANT.
Erfindungsgemäß ist die erste Datenübertragungseinrichtung zur Übertragung von gemessenen Zugkraftmesswerten an eine zweite, außerhalb des Spulenträgers angeordnete Datenübertragungseinrichtung eingerichtet. Die zweite Datenübertragungseinrichtung ist vorzugsweise relativ zur Maschine fest angeordnet, kann jedoch auch relativ zur Maschine beweglich oder räumlich von der Maschine unabhängig angeordnet sein, vorzugsweise mobil beim Bediener der Maschine.
Vorzugsweise werden die Zugkraftmesswerte gemeinsam mit einer Identifikation des jeweiligen Spulenträgers, insbesondere einer Nummer oder eines Identifikationscodes, übertragen. Auf diese Weise können die an den einzelnen Spulenträgern gemessenen Zugkraftwerte, vorzugsweise in Echtzeit und/oder gemeinsam mit der Identifikation des jeweiligen Spulenträgers, von der zweiten Datenübertragungseinrichtung dem Bediener der Maschine über eine geeignete Anzeigevorrichtung bekannt gemacht, gespeichert und/oder auf geeignete Weise, vorzugsweise zur Prozessdokumentation, weiterverarbeitet werden.
Auch die Anzeigeeinheit ist vorzugsweise relativ zur Maschine fest angeordnet, kann jedoch auch relativ zur Maschine beweglich oder räumlich von der Maschine unabhängig angeordnet sein, vorzugsweise mobil beim Bediener der Maschine. Die zweite Datenübertragungseinrichtung und die Anzeigeeinheit sind vorzugsweise gemeinsam in einem Gerät integriert, vorzugsweise in der Maschinensteuerung oder in einem mobilen Gerät, vorzugsweise einem Tablet- oder Notebook-Computer. Jedoch kann das mobile Gerät auch nur die Anzeigeeinheit enthalten, auf welche die Daten von der zweiten Datenübertragungseinrichtung durch eine Datenweiterleitung übertragen werden.
Dadurch kann der Bediener zu niedrige oder zu hohe Zugkraftwerte frühzeitig erkennen und zur verbesserten Fehlersuche den einzelnen Spulenträgern direkt zuordnen. Die Fertigungsqualität wird somit unabhängiger vom ”Expertenwissen” des Bedieners. Weiterhin wird auch eine in Flechtmaschinen im Stand der Technik eingesetzte, separate Drahtrissüberwachungseinrichtung überflüssig, da bereits ein gemessener Zugkraftmesswert von Null auf einen Drahtriss hindeutet, woraufhin die Maschine vorzugsweise automatisch abgeschaltet wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemäßen Spulenträgers weist dieser eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung zur Steuerung bzw. Regelung der Zugkraft des von der Spule abgewickelten Strangguts auf. Dadurch kann die Zugkraft nicht nur überwacht, sondern auch gezielt angepasst und korrigiert werden.
In einer bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemäßen Spulenträgers ist die erste Datenübertragungseinrichtung weiterhin zum Empfang von Soll-Zugkraftwerten von der zweiten Datenübertragungseinrichtung eingerichtet. Auf diese Weise lässt sich das Steuer- und/oder Regelverhalten des Steuer- oder Regelsystems für die Spulenträgerbremse, welches im Stand der Technik durch eine starre, insbesondere mechanische Kopplung zwischen der Zugkraftmesseinrichtung und der Spulenträgerbremse gekennzeichnet ist, dynamisch, vorzugsweise in Echtzeit, den Produktionsanforderungen anpassen. Insbesondere lassen sich dadurch die bei hohen Prozessgeschwindigkeiten auftretenden Flechtfehler und Drahtrisse vermeiden.
Die Datenübertragung von der ersten zur zweiten Datenübertragungseinrichtung erfolgt vorzugsweise durch einen relativ zur Maschine fest angeordneten Schleifring, auf dem ein am Spulenträger angeordneter und mit diesem rotierender Schleifkontakt, welcher einen Teil der ersten Datenübertragungseinrichtung bildet, umläuft.
In einer besonders bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemäßen Spulenträgers ist die erste Datenübertragungseinrichtung jedoch für eine drahtlose Datenübertragung, vorzugsweise über elektromagnetische Wellen, insbesondere über Funksignale oder Lichtsignale, oder über eine induktive Kopplung, zu und/oder von der zweiten Datenübertragungseinrichtung eingerichtet. Auf diese Weise wird eine drahtgebundene Verbindung zwischen den rotierenden Spulenträgern und der außerhalb der Spulenträger angeordneten zweiten Datenübertragungseinrichtung überflüssig. Im Falle einer induktiven Kopplung ist vorzugsweise ein erstes induktives Übertragungselement an der ersten Datenübertragungseinrichtung am Spulenträger und ein zweites induktives Übertragungselement feststehend an der Maschine oder mitdrehend an einem Flechtrotor angebracht.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemäßen Spulenträgers ist die erste Datenübertragungseinrichtung für eine Datenübertragung über das von der Spule abgewickelte Stranggut zu und/oder von der zweiten Datenübertragungseinrichtung eingerichtet. Dies setzt voraus, dass die Datenübertragung durch elektrische Signale erfolgt und dass das Stranggut elektrisch leitfähig ist. Vorzugsweise wird diese Art der Datenübertragung eingesetzt, wenn es sich bei dem Stranggut um einen metallischen Draht handelt. Die elektrischen Signale können dann von der zweiten Datenübertragungseinrichtung an dem geflochtenen bzw. umflochtenen Produkt abgenommen bzw. in dieses eingespeist werden, vorzugsweise an einer Abzugscheibe, welche das Produkt von einer Flechtbuchse abzieht, an welcher die Verflechtung erfolgt, oder an der Flechtbuchse selbst.
Bei dieser Ausführung eines erfindungsgemäßen Spulenträgers wird die ohnehin bestehende elektrische Verbindung zwischen den rotierenden Spulenträgern und dem feststehenden Teil der Maschine in Form des zu verarbeitenden Strangguts zur Datenübertragung ausgenutzt. Dadurch kann einerseits eine technisch einfachere drahtgebundene als eine technisch aufwändigere drahtlose Datenübertragung eingesetzt werden, andererseits werden zusätzliche elektrische Verbindungsleitungen zur Datenübertragung überflüssig.
In einer weiteren Ausführung eines erfindungsgemäßen Spulenträgers weist der Spulenträger eine Energieversorgungseinrichtung mit einem Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie, insbesondere mit einem Dynamo, einem Elektromotor oder einem Rotor eines Generators, auf, die zur Energieversorgung des Spulenträgers eingerichtet ist.
In dem Fall, dass die Energieversorgungseinrichtung einen Dynamo aufweist, wird dieser vorzugsweise durch die sich drehende Spule oder durch Drahtführungsrollen angetrieben. Weiter vorzugsweise wird der Dynamo über ein Antriebsrad, insbesondere ein Zahnrad oder ein Reibrad, durch einen sich, vorzugsweise in entgegengesetzter Richtung, drehenden Flechtrotor, auf dem weitere Spulenträger befestigt sind, oder durch feststehende Maschinenbauteile wie eine Grundplatte angetrieben.
In dem Fall, dass die Energieversorgungseinrichtung einen Elektromotor aufweist, ist dieser vorzugsweise im Spulenträger angeordnet und arbeitet im Bremsmodus, wobei der Elektromotor dann gleichzeitig als elektromagnetische Spulenbremse dienen kann. Daraus ergibt sich der weitere Vorteil, dass die im Stand der Technik übliche mechanische Spulenbremse entfällt.
In dem Fall, dass die Energieversorgungseinrichtung einen Rotor eines Generators aufweist, sind vorzugsweise in einem gegenüberliegenden und sich, vorzugsweise in entgegengesetzter Richtung, drehenden Flechtrotor Permanentmagnete angebracht, welche in dem Rotor, der vorzugsweise eine Drahtschleife aufweist, eine Spannung induzieren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemäßen Spulenträgers weist dieser eine Energieübertragungseinrichtung zum Empfang und/oder zur Umwandlung von elektrischer Energie, insbesondere eine elektrische Kontakteinrichtung oder einen induktiven Koppler, auf, die zur Energieversorgung des Spulenträgers eingerichtet ist.
Analog zu den oben genannten Ausführungen für die Datenübertragung ist im Falle einer elektrischen Kontakteinrichtung vorzugsweise an der Energieübertragungseinrichtung am Spulenträger ein rotierender Schleifkontakt und feststehend an der Maschine ein Schleifring angeordnet; im Falle eines induktiven Kopplers ist vorzugsweise an der Energieübertragungseinrichtung am Spulenträger ein erstes Induktives Übertragungselement und feststehend an der Maschine oder mitdrehend an einem Flechtrotor ein zweites induktives Übertragungselement angebracht.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemäßen Spulenträgers ist die Energieübertragungseinrichtung zum Empfang von elektrischer Energie über das von der Spule abgewickelte Stranggut eingerichtet.
Analog zur oben beschriebenen Datenübertragung über das von der Spule abgewickelte Stranggut setzt dies voraus, dass das Stranggut elektrisch leitfähig ist. Die elektrische Energie kann dann an dem geflochtenen bzw. umflochtenen Produkt eingespeist werden, vorzugsweise an der Abzugscheibe oder an der Flechtbuchse. Auch die Vorteile dieser Ausführung ergeben sich weitgehend analog zu der oben beschriebenen Ausführung mit einer Datenübertragung über das von der Spule abgewickelte Stranggut.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Zugkraftmesssystem. Ein erfindungsgemäßes Zugkraftmesssystem weist eine Mehrzahl von Spulenträgern nach wenigstens einer der oben beschriebenen Ausführungen und eine zweite, außerhalb der Spulenträger angeordnete Datenübertragungseinrichtung auf. Das Zugkraftmesssystem ist zur uni- oder bidirektionalen Übertragung von Daten zwischen den ersten Datenübertragungseinrichtungen der Spulenträger und der zweiten Datenübertragungseinrichtung eingerichtet. Je nach Ausführung der Spulenträger kann das Zugkraftmesssystem auch zur Bereitstellung von weiteren der oben im Zusammenhang mit den Spulenträgern beschriebenen Funktionalitäten eingerichtet sein. Ein erfindungsgemäßes Zugkraftmesssystem kann auch an einer bestehenden Flechtmaschine nachgerüstet werden, wofür im Wesentlichen die Spulenträger ausgetauscht und die zweite Datenübertragungseinrichtung zusätzlich vorgesehen werden müssen.
In einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Zugkraftmesssystems weist dieses weiterhin eine Datenverarbeitungseinrichtung auf, die mit der zweiten Datenübertragungseinrichtung verbunden und dazu eingerichtet ist, Daten, die von den ersten Datenübertragungseinrichtungen an die zweite Datenübertragungseinrichtung übertragen wurden, zu speichern, auszuwerten und/oder anzuzeigen. Hierdurch wird, wie oben bereits erwähnt, unter anderem eine frühzeitige Erkennbarkeit von zu niedrigen oder zu hohen Zugkräften sowie eine Prozessdokumentation ermöglicht.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Flecht-, Wickel- oder Spiralisiermaschine, die mit einem erfindungsgemäßen Zugkraftmesssystem ausgestattet ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Zugkraftmessung zur Ausführung auf einem erfindungsgemäßen Zugkraftmesssystem. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren messen die Zugkraftmesseinrichtungen der Spulenträger Zugkraftmesswerte, und die ersten Datenübertragungseinrichtungen übertragen die Zugkraftmesswerte an die zweite Datenübertragungseinrichtung. Je nach Ausführung der Spulenträger in dem Zugkraftmesssystem kann das erfindungsgemäße Verfahren noch weitere der oben im Zusammenhang mit den Spulenträgern beschriebenen Funktionalitäten ausführen.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Visualisierungssystem für eine Flecht-, Wickel- oder Spiralisiermaschine. Unter einem Visualisierungssystem wird dabei ein System verstanden, mit dem wenigstens eine Komponente des Systems in einer bestimmten, vorzugsweise zeitabhängigen, Art und Weise optisch sichtbar gemacht werden kann.
Das erfindungsgemäße Visualisierungssystem weist eine Flecht-, Wickel- oder Spiralisiermaschine mit einer Mehrzahl von Spulenträgern zur Aufnahme jeweils einer Spule zur Abwicklung eines Strangguts auf, wobei die Spulenträger dazu eingerichtet sind, im Betrieb der Maschine relativ zu dieser gemeinsam zu rotieren. Weiterhin weist das Visualisierungssystem eine Visualisierungseinrichtung zur periodischen Sichtbarmachung wenigstens eines Spulenträgers auf, die dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Spulenträger innerhalb jeder Periodendauer für weniger als ein Hundertstel, vorzugsweise weniger als ein Tausendstel, weiter vorzugsweise weniger als ein Zehntausendstel, noch weiter vorzugsweise weniger als ein Hunderttausendstel der Zeitdauer einer Umdrehung der Spulenträger sichtbar zu machen, wobei die Periodendauer im Wesentlichen gleich der Zeitdauer einer Umdrehung der Spulenträger oder einem ganzzahligen Vielfachen davon ist.
Durch diese Zeitsynchronisation der Sichtbarmachung des wenigstens einen Spulenträgers mit der Umdrehung der Spulenträger kann der Bediener der Maschine den wenigstens einen Spulenträger bei jeder Sichtbarmachung im Wesentlichen an derselben Stelle sehen. Auf diese Weise kann der Bediener auch den Verlauf des Strangguts, welches von diesem Spulenträger abgewickelt und verflochten wird, während des Flechtprozesses im Wesentlichen an derselben Stelle betrachten und auswerten. Insbesondere kann eine starke Ausbauchung oder eine Schwingung eines Drahtes auf eine zu geringe Zugkraft und damit auf eine zu schwach eingestellte Bremse an dem betrachteten Spulenträger hindeuten. Durch Markierungen der Spulenträger, vorzugsweise eine Beschriftung mit Nummern oder dergleichen, kann der betrachtete Spulenträger eindeutig identifiziert und nach dem Abschalten der Maschine wieder aufgefunden werden, insbesondere zum Zwecke einer Wartung des Spulenträgers.
In einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Visualisierungssystems ist die Visualisierungseinrichtung ein Stroboskop, eine Shutterbrille oder eine Kombination aus einer Lichtquelle und einem Chopper. Hierbei wird unter einem Stroboskop in üblicher Weise eine Lichtquelle verstanden, welche periodisch kurze Lichtblitze aussendet. Unter einer Shutterbrille wird eine Brille verstanden, die die Lichtdurchlässigkeit der Brillengläser, für beide Augen getrennt oder gemeinsam, periodisch ein- und ausschalten kann, vorzugsweise durch eine geeignete Anordnung von Polarisationsfiltern in den Brillengläsern. Unter einem Chopper wird eine, vorzugsweise rotierende, Blende verstanden, welche vor einer Lichtquelle angeordnet werden kann, um deren Licht periodisch durchzulassen und nicht durchzulassen.
Die genannten Visualisierungseinrichtungen sind Standardprodukte, wodurch das Visualisierungssystem preisgünstig realisiert werden kann.
Die Synchronisation der Visualisierungseinrichtung mit der Umlauffrequenz der Spulenträger erfolgt vorzugsweise durch manuelles Einstellen der Frequenz der Sichtbarmachung an der Visualisierungseinrichtung oder, falls die Visualisierungseinrichtung eine solche Funktion bereitstellt, durch eine automatische Synchronisation, vorzugsweise mit einem von der Maschine erzeugten Referenzsignal, welches vorzugsweise aus einem periodischen Lichtsignal besteht, das dieselbe Frequenz wie die Umlauffrequenz der Spulenträger aufweist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den beiliegenden Zeichnungen im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung enthalten. Dabei zeigen:
1: eine schematisierte Darstellung eines erfindungsgemäßen Zugkraftmesssystems für eine Drahtflechtmaschine;
2: die schematisierte Darstellung aus 1 mit einem zusätzlichen Steuer- oder Regelsystem.
Die den Ausführungsbeispielen zu Grunde liegende, mit einem erfindungsgemäßen, mechatronischen Zugkraftmesssystem ausgestattete Flechtmaschine hat eine größere Anzahl von Spulenträgern, vorzugsweise zwischen 8 und 36.
Das Zugkraftmesssystem gemäß 1 weist einen Spulenträger 7 mit einer Drahtzugkraftmesseinrichtung 3 auf, welche die Drahtzugkraft F_Draht des von einer Spule 2 ablaufenden Drahtes 1 unmittelbar oder mittelbar misst. Eine unmittelbare Messung erfolgt vorzugsweise über einen integrierten Kraftmesssensor. Eine mittelbare Messung erfolgt vorzugsweise über den Verfahrweg des Tänzers. Zwischen dem Verfahrweg des Tänzerarms oder -schlittens und der Drahtzugkraft F_Draht besteht hierbei ein direkter Zusammenhang, welcher zur Berechnung der Drahtzugkraft F_Draht dient.
Der Messwert für die Drahtzugkraft F_Draht wird an eine programmierbare Steuereinheit, im Ausführungsbeispiel an einen Mikrocontroller 4, übertragen und dort verarbeitet und aufbereitet. An dem Mikrocontroller 4 angeordnet oder mit diesem integriert ist eine erste Datenübertragungseinrichtung 4, welche die aufbereiteten Messwerte an eine zweite Datenübertragungseinrichtung 5 übertragen, welche an einer Anzeigeeinheit 5 angeordnet oder mit dieser integriert ist. In dem Zugkraftmesssystem gemäß 1 erfolgt die Datenübertragung drahtlos per Funk, vorzugsweise auf einer Frequenz von 2,4 GHz. Weiter vorzugsweise kann auch der zu verarbeitende Flechtdraht 1 selbst als Medium zur Datenübertragung genutzt werden, oder es kann ein induktiver Koppler eingesetzt werden.
Die Anzeigeeinheit/zweite Datenübertragungseinrichtung 5 kann auch beweglich angeordnet sein, vorzugsweise auf einem drehenden Rundtisch und relativ zu diesem fest. In diesem Fall kann zusätzlich eine Datenweiterleitung auf außerhalb des Rundtisches, insbesondere relativ zur Maschine fest angeordnete Komponenten erfolgen, vorzugsweise über einen Schleifring.
Auf diese Weise werden die Prozessdaten zwischen dem Spulenträger 7 und einer in der Prozesshierarchie übergeordneten Instanz, nämlich der Anzeigeeinheit 5, übertragen, vorzugsweise zur Dokumentation und/oder Visualisierung der Prozessdaten. Als Visualisierungs-, Informations- und Eingabeeinheit für den Bediener dient vorzugsweise eine (nicht dargestellte) Maschinensteuerung oder auch ein externes Bediengerät, vorzugsweise ein Laptop- oder Tablet-Computer.
Die Datenübertragung der Prozessdaten erfolgt hierbei unidirektional, vorzugsweise jedoch bidirektional.
Bei einer unidirektionalen Datenübertragung werden vorzugsweise Ist-Daten, insbesondere die Drahtzugkraft F_Draht, an die übergeordnete Maschinensteuerung übertragen und dort weiterverarbeitet und/oder gespeichert. Weitere Ist-Daten sind neben der Drahtzugkraft F_Draht vorzugsweise Warnmeldungen, wenn bestimmte Schwellwerte und Einstellgrenzen, vorzugsweise Verschleißgrenzen für die Bremseinheit 6, welche weiter unten noch näher beschrieben wird, überschritten werden.
Bei einer bidirektionalen Datenübertragung werden vorzugsweise zusätzlich Soll-Daten, vorzugsweise die Soll-Drahtzugkraft, von der Maschinensteuerung an den Spulenträger 7 übertragen (siehe die nähere Erläuterung im Zusammenhang mit 2 unten).
Alle Ist- und Soll-Daten werden vorzugsweise gemeinsam mit einer eindeutigen Spulenträgerkennung übertragen, welche eine eindeutige Zuordnung der Daten zu einem Spulenträger 7 ermöglicht.
Der Spulenträger 7 weist weiterhin eine Bremseinheit 6 für die Spule 2 zur Erzeugung der erforderlichen Drahtzugkraft F_Draht auf. Als Draht- bzw. Spulenbremse wird vorzugsweise eine mechanische Band-, Backen- oder Scheibenbremse verwendet. Weiter vorzugsweise kann auch ein elektrischer Bremsmotor oder eine magnetisch arbeitende Bremse, insbesondere eine Magnetbremse, eine Wirbelstrombremse, eine Hysteresebremse oder eine rheologische Flüssigkeitsbremse zum Einsatz kommen.
Weiterhin weist der Spulenträger 7 eine (nicht dargestellte) Energieversorgungseinrichtung für die elektrischen Komponenten des Spulenträgers 7 auf. Die Energieversorgung kann dabei direkt über den Flechtdraht 1 von einer relativ zur Maschine fest angeordneten Spannungs- und Stromquelle aus erfolgen. Hierbei werden vorzugsweise kleine Energiemengen, insbesondere zur Versorgung einer (Energie sparenden) Steuereinheit, der Drahtzugkraftmesseinrichtung 3 und einer vorzugsweise geringen Anzahl von Aktuatoren effizient übertragen. Die Flechtbuchse bildet dabei vorzugsweise den Pluspol. Die Drahtführungsteile am Spulenträger 7 sind vorzugsweise auf einem Isolator befestigt. Der Rahmen des Spulenträgers 7 ist vorzugsweise über eine Gleitbahn, auf der die Spulenträger rotieren, geerdet.
Vorzugsweise ist auch eine Energieübertragungseinrichtung über einen induktiven Koppler, einen mitlaufenden, vorzugsweise kleinen, Stromgenerator oder über Schleifkontakte einsetzbar. Bei einem induktiven Koppler wird über zwei Drahtspulen elektrische Energie übertragen, wobei vorzugsweise die feststehende Spule als Energiesender und die bewegte Spule als Energieempfänger fungiert. Ein Stromgenerator oder Dynamo wird vorzugsweise in den Spulenträger 7 integriert und unmittelbar oder mittelbar von der rotierenden Spule 2 oder von dem ablaufenden Draht 1 angetrieben. Vorzugsweise können auch Magnete in einem Flechtrotor, welcher gleichzeitig als rotierender Träger einer Gleitbahn fungiert, integriert werden. Sobald der Spulenträger 7, welcher ggf. auf einem Trägerschlitten montiert ist, mit der darauf angeordneten Spule 2 an einem solchen Magneten vorbeifährt, wird in einer auf dem Spulenträger 7 angeordneten Drahtwicklung eine Spannung induziert.
Weiter vorzugsweise kann der Spulenträger 7 auch einen, vorzugsweise kleinen, Akku oder Pufferkondensator aufweisen, der bei einem Maschinenstopp oder einem Wechsel der Spule 2 die erforderliche elektrische Energie liefert und als Energiepuffer fungiert.
Das in 2 gezeigte Zugkraftmesssystem erweitert das in 1 gezeigte um ein elektronisches Steuer- und Regelsystem 8 für die Drahtzugkraft F_Draht, in welchem ein Programm zur Beeinflussung der zeitlichen und intensitätsmäßigen Reaktion der Bremseinheit 6 zur Steuerung und Regelung der Drahtzugkraft F_Draht hinterlegt ist. Das Programm kann vorzugsweise durch einen Eingriff direkt in das Steuer- und Regelsystem 8 bei still stehender Maschine, weiter vorzugsweise aber auch bei laufender Maschine über die erste und die zweite Datenübertragungseinrichtung 4, 5 geändert werden. Hierfür ist ein kompakter, frei programmierbarer Mikrocontroller 4 vorgesehen, um den Steuer- und Regelalgorithmus flexibel den Produkt- und Prozessanforderungen anpassen zu können. Der Mikrocontroller 4 wird über die oben beschriebene Energieversorgungseinrichtung mit elektrischer Energie versorgt.
Vorzugsweise wird – zusätzlich zu den oben beschriebenen Drahtzugkraftmesswerten – durch eine bidirektionale Datenübertragung eine Soll-Drahtzugkraft von der Maschinensteuerung und die zweite Datenübertragungseinrichtung 5 an die erste Datenübertragungseinrichtung 4 und den Mikrocontroller 4 übertragen, welche dann als Zielwert für das Steuer- und Regelsystem 8 verwendet wird. Die Soll-Drahtzugkraft kann dabei vorzugsweise vom Bediener der Maschine vorgegeben werden.
Die Steuerung und/oder Regelung erfolgt vorzugsweise über einen Aktuator 9 am Tänzer und/oder über einen Aktuator 9 an der Bremseinheit 6. Weiterhin weist das Zugkraftmesssystem gemäß 2 noch Aktuatoren 9 zur Einstellung der Tänzerkraft und/oder zur Einstellung des von der Bremseinheit 6 auf die Spule 2 aufgebrachten Bremsmomentes auf.
Ein Aktuator zur Einstellung der Tänzerkraft ist vorzugsweise dann vorgesehen, wenn Soll-Daten für die Drahtzugkraft von der übergeordneten Instanz, vorzugsweise der Maschinensteuerung, an die Spulenträger 7 übertragen werden. Die Tänzerkraft im Arbeitspunkt, d. h. in der Mittelstellung, wird vorzugsweise über die Vorspannung der Tänzerfeder verändert.
Das Bremsmoment der Bremseinheit 6 wird vorzugsweise ebenfalls durch einen Aktuator 9 aufgrund der Soll-Daten für die Drahtzugkraft F_Draht verändert und den Prozesserfordernissen angepasst. Auf diese Weise kann eine weitgehend konstante Drahtzugkraft F_Draht erreicht werden.
Durch das erfindungsgemäße Zugkraftmesssystem ergibt sich eine Qualitätsverbesserung des Flechtbildes infolge einer gleichmäßigeren Spulenträgereinstellung. Weiterhin können Hinweise zur präventiven Spulenträgerwartung an den Bediener der Maschine ausgegeben werden, wenn bestimmte, vordefinierte Schwellenwerte für die Drahtzugkraft F_Draht an den einzelnen Spulenträgern 2 überschritten werden. Hierdurch werden Störungen frühzeitig erkannt und somit Stillstandszeiten der Maschine reduziert.
Das erfindungsgemäße Zugkraftmesssystem ermöglicht weiterhin eine fortlaufende Prozessdatenerfassung und eine Datenspeicherung zum Zwecke eines Qualitätsnachweises, vorzugsweise eines Prozessfähigkeitsnachweises, und/oder einer Dokumentation. Weiterhin wird die Bedienung der Maschine erleichtert, indem die Soll-Drahtzugkraft an einzelnen oder an allen Spulenträgern 2 über die Anzeigeeinheit 5 in der Maschinensteuerung automatisch eingestellt werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Draht
2: Spule
3: Drahtzugkraftmesseinrichtung
4: Mikrocontroller/erste Datenübertragungseinrichtung
5: Anzeigeeinheit/zweite Datenübertragungseinrichtung
6: Bremseinheit
7: Spulenträger
8: Steuer- und Regelsystem
9: Aktuator für die Einstellung der Drahtzugkraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7270043 B2 [0011]

Claims

Spulenträger (7) zur Aufnahme einer Spule (2), welche zur Abwicklung eines Strangguts (1) eingerichtet ist, wobei der Spulenträger (7) zum Einsatz in einer Flecht-, Wickel- oder Spiralisiermaschine vorgesehen und dazu eingerichtet ist, im Betrieb der Maschine relativ zu dieser zu rotieren, mit einer Zugkraftmesseinrichtung (3) zur Messung der Zugkraft des von der Spule (2) abgewickelten Strangguts (1) und einer ersten Datenübertragungseinrichtung (4) zur Übertragung von Daten, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Datenübertragungseinrichtung (4) zur Übertragung von gemessenen Zugkraftmesswerten an eine zweite, außerhalb des Spulenträgers (7) angeordnete Datenübertragungseinrichtung (5) eingerichtet ist.
Spulenträger (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenträger (7) eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (8) zur Steuerung bzw. Regelung der Zugkraft des von der Spule (2) abgewickelten Strangguts (1) aufweist.
Spulenträger (7) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Datenübertragungseinrichtung (4) weiterhin zum Empfang von Soll-Zugkraftwerten von der zweiten Datenübertragungseinrichtung (5) eingerichtet ist.
Spulenträger (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Datenübertragungseinrichtung (4) für eine drahtlose Datenübertragung, insbesondere über Funksignale, Lichtsignale oder eine induktive Kopplung, zu und/oder von der zweiten Datenübertragungseinrichtung (5) eingerichtet ist.
Spulenträger (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Datenübertragungseinrichtung (4) für eine Datenübertragung über das von der Spule (2) abgewickelte Stranggut (1) zu und/oder von der zweiten Datenübertragungseinrichtung (5) eingerichtet ist.
Spulenträger (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenträger (7) eine Energieversorgungseinrichtung mit einem Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie, insbesondere einem Dynamo, einem Elektromotor oder einem Rotor eines Generators, aufweist, die zur Energieversorgung des Spulenträgers (7) eingerichtet ist.
Spulenträger (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenträger (7) eine Energieübertragungseinrichtung zum Empfang und/oder zur Umwandlung von elektrischer Energie, insbesondere eine elektrische Kontakteinrichtung oder einen induktiven Koppler, aufweist, die zur Energieversorgung des Spulenträgers (7) eingerichtet ist.
Spulenträger (7) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragungseinrichtung zum Empfang von elektrischer Energie über das von der Spule (2) abgewickelte Stranggut (1) eingerichtet ist.
Zugkraftmesssystem mit einer Mehrzahl von Spulenträgern (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einer zweiten, außerhalb der Spulenträger angeordneten Datenübertragungseinrichtung (5), welches zur uni- oder bidirektionalen Übertragung von Daten zwischen den ersten Datenübertragungseinrichtungen (4) der Spulenträger (7) und der zweiten Datenübertragungseinrichtung (5) eingerichtet ist.
Zugkraftmesssystem nach Anspruch 9, welches weiterhin eine Datenverarbeitungseinrichtung aufweist, die mit der zweiten Datenübertragungseinrichtung (5) verbunden und dazu eingerichtet ist, von den ersten Datenübertragungseinrichtungen (4) an die zweite Datenübertragungseinrichtung (5) übertragene Daten zu speichern, auszuwerten und/oder anzuzeigen.
Flecht-, Wickel- oder Spiralisiermaschine mit einem Zugkraftmesssystem nach einem der Ansprüche 9 oder 10.
Verfahren zur Zugkraftmessung zur Ausführung auf einem Zugkraftmesssystem nach einem der Ansprüche 9 oder 10, bei dem die Zugkraftmesseinrichtungen (3) der Spulenträger (7) Zugkraftmesswerte messen und die ersten Datenübertragungseinrichtungen (4) die Zugkraftmesswerte an die zweite Datenübertragungseinrichtung (5) übertragen.
Visualisierungssystem für eine Flecht-, Wickel- oder Spiralisiermaschine, aufweisend eine Flecht-, Wickel- oder Spiralisiermaschine mit einer Mehrzahl von Spulenträgern (7) zur Aufnahme jeweils einer Spule (2) zur Abwicklung eines Strangguts (1), wobei die Spulenträger (7) dazu eingerichtet sind, im Betrieb der Maschine relativ zu dieser gemeinsam zu rotieren, und eine Visualisierungseinrichtung zur periodischen Sichtbarmachung wenigstens eines Spulenträgers (7), die dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Spulenträger (7) innerhalb jeder Periodendauer für weniger als ein Hundertstel, vorzugsweise weniger als ein Tausendstel, weiter vorzugsweise weniger als ein Zehntausendstel, noch weiter vorzugsweise weniger als ein Hunderttausendstel der Zeitdauer einer Umdrehung der Spulenträger (7) sichtbar zu machen, wobei die Periodendauer im Wesentlichen gleich der Zeitdauer einer Umdrehung der Spulenträger (7) oder einem ganzzahligen Vielfachen davon ist.
Visualisierungssystem nach Anspruch 13, wobei die Visualisierungseinrichtung ein Stroboskop, eine Shutterbrille oder eine Kombination aus einer Lichtquelle und einem Chopper ist.