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Die Erfindung betrifft eine Wickelvorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung von Flachwickeln .
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Batteriegrundkörper, die auch als Jelly Rolls bezeichnet werden, können aus mehreren, in vorbestimmter Reihenfolge übereinander liegenden, aufgewickelten Folienlagen bestehen. Eine dieser Folienlagen kann eine beschichtete Metallfolie sein, die als Elektrode der Batterie bzw. des Akkumulators dient. Auch kann eine Folienlage einen Separator der Batterie bzw. des Akkumulators bilden und insbesondere aus Kunststoff bestehen.
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Zur Anpassung an verfügbaren Bauraum kann es erforderlich sein, die zylinderförmigen Batteriegrundkörper nicht mit kreisrundem Querschnitt zu wickeln. Insbesondere kann es erwünscht sein, möglichst flache Batteriegrundkörper zu wickeln.
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Das Wickeln von im Querschnitt beispielsweise ovalen Wickelkörpern führt jedoch zu einem diskontinuierlichen Materialverbrauch beim Wickeln. Mit anderen Worten kann sich eine Materialaufnahmegeschwindigkeit des zugeführten Wickelmaterials beim Wickeln verändern. Durch diese sich verändernden Materialaufnahmegeschwindigkeiten kann sich auch eine Bahnspannung einer aufzuwickelnden Folienbahn verändern.
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Es ist bekannt, einen kontinuierlichen Materialverbrauch, d.h. eine Materialzuführung mit konstanter oder annähernd konstanter Zuführgeschwindigkeit über einen Materialpuffer zu ermöglichen. Als ein solcher Materialpuffer dient beispielsweise ein sogenanntes Tänzersystem, wobei Umlenkrollen des Tänzersystems bewegt werden können, um eine Menge gepufferten Materials zu verändern. Hierbei können die Umlenkrollen entweder massebehaftete Umlenkrollen sein, oder pneumatisch oder servoelektrisch mit einer Translationsbewegung bewegt werden.
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Die
DE 100 64 477 A1 beschreibt ein Verfahren zum Wickeln nicht kreisrunder Spulen, bei dem ein Wickeldraht auf einen Wickeldorn gewickelt und in einem Wickelpunkt zur Auflage kommt, bei dem die Wickelgeschwindigkeit so eingestellt wird, dass sich der Wickelpunkt gegenüber dem Wickeldorn mit konstanter Winkelgeschwindigkeit dreht. Weiter wird der Wickeldraht dem Wickelpunkt mit konstanter Geschwindigkeit zugeführt.
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Die Druckschrift beschreibt hierbei allerdings nicht das Aufwickeln von Folien. Weiter offenbart die Druckschrift keine Translationsbewegung des Wickeldorns.
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Weiter bekannt ist die
DE 36 21 932 A1 . Diese offenbart eine Vorrichtung zur Erzeugung einer einstellbaren, konstanten Drahtzugspannung für Wickelmaschinen mit einer steuerbaren Bremseinrichtung für den Draht. Der Draht wird über ein sogenanntes Tänzersystem geführt. Das Tänzersystem besteht aus wenigstens zwei im Abstand veränderbaren Scheibenanordnungen, die den Draht als Drahtvorratsspeicher flaschenzugähnlich zur Verfügung stellen. Weiter ist die Position der beweglichen Scheibenanordnung über ein zugeordnetes Messglied abfragbar. Für hohe Wickelgeschwindigkeiten und insbesondere für Wickelkörper mit einem nicht-kreisförmigen Querschnitt ermöglicht die in der Druckschrift beschriebene Wickelmaschine jedoch nicht die Einstellung der konstanten Drahtzugspannung mit der gewünschten Genauigkeit.
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Die
EP 0 737 525 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Auf- und Abspulen von Metalldrähten. Hierbei erfolgt die Regelung der Drahtspannung sowie der Drahtablaufgeschwindigkeit mit Hilfe eines Tänzersystems. Das Tänzersystem weist einen Proportional-Drehmagneten auf, der an dem Winkelkodierer des Tänzersystems gekoppelt ist und der ein proportional zu seiner Versorgungsspannung anwachsendes Drehmoment erzeugt. Auch die in dieser Druckschrift beschriebene Aufwickelvorrichtung ermöglicht nicht die gewünschte genaue Einstellung einer konstanten Drahtspannung für hohe Wickelgeschwindigkeiten und insbesondere für Wickelkörper mit einem nicht-kreisförmigen Querschnitt.
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Die
DE 40 06 571 A1 offenbart einen Flachwickelkondensator, bei dem ein nicht komprimierbares Dielektrikum mit Kondensatorbelägen zu einem Kondensator aufgewickelt ist.
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Es stellt sich das technische Problem, eine Wickelvorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung von Flachwickeln zu schaffen, die eine Herstellung von Wickelkörpern, insbesondere mit einem nicht-kreisförmigen Querschnitt, mit hohen Wickelgeschwindigkeiten ermöglichen.
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Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Es ist eine Grundidee der Erfindung, einen Aufwickelkern einer Wickelvorrichtung zusätzlich zu der zum Aufwickeln erforderlichen Rotationsbewegung mit einer Translationsbewegung zu bewegen. Zusätzlich kann auch die Rotationsgeschwindigkeit der Rotationsbewegung zum Aufwickeln variiert werden.
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Vorgeschlagen wird eine Wickelvorrichtung zur Herstellung von Flachwickeln. Selbstverständlich kann die Wickelvorrichtung nicht ausschließlich zur Herstellung von Flachwickeln, sondern auch zur Herstellung von Rundwickeln genutzt werden.
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Die Wickelvorrichtung umfasst eine Steuereinrichtung. Diese kann z.B. einen Mikrocontroller umfassen oder als solcher ausgebildet sein. Weiter umfasst die Wickelvorrichtung mindestens eine Materialzuführeinrichtung. Es ist selbstverständlich auch möglich, dass die Wickelvorrichtung mehrere Materialzuführeinrichtungen umfasst. Eine Materialzuführeinrichtung kann hierbei eine Gesamtheit von Elementen bezeichnen, die aufzuwickelndes Material bereitstellt und einem Aufwickelkern zuführt.
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Das aufzuwickelnde Material kann insbesondere als Rollenware bereitgestellt werden. Weiter kann das aufzuwickelnde Material als Materialbahn bereitgestellt werden, beispielsweise indem als Rollenware bereitgestelltes Material von einer Abwickelrolle abgewickelt wird. Z.B. kann das aufzuwickelnde Material eine Metallfolie oder eine Kunststofffolie sein. Die Wickelvorrichtung kann hierbei zum Aufwickeln von einem oder mehreren Folien dienen. Alternativ kann das aufzuwickelnde Material aber auch die Form eines Seiles, eines Drahtes oder einer Faser aufweisen.
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Weiter umfasst die Wickelvorrichtung den erläuterten Aufwickelkern. Der Aufwickelkern kann hierbei ein Bauteil bezeichnen, welches um eine Rotationsachse rotiert.
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Der Aufwickelkern kann einen nicht-kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Der Querschnitt kann hierbei in einer Querschnittsebene gegeben sein, die orthogonal zur Rotationsachse der Rotationsbewegung orientiert ist. Es ist z.B. vorstellbar, dass der Aufwickelkern in der erläuterten Querschnittsebenen einen ovalen Querschnitt aufweist.
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Erfindungsgemäß umfasst die Wickelvorrichtung mindestens eine Positioniereinrichtung für den Aufwickelkern. Der Aufwickelkern ist mittels der Positioniereinrichtung mit einer Translationsbewegung bewegbar. Dies kann insbesondere bedeuten, dass die Rotationsachse des Aufwickelkerns mit der Translationsbewegung bewegbar ist. Somit kann der Aufwickelkern eine Rotations- und Translationsbewegung gleichzeitig ausführen.
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Die Translationsbewegung weist mindestens einen Translationsfreiheitsgrad auf. Insbesondere kann der Aufwickelkern mit der Translationsbewegung entlang einer geradlinigen Trajektorie bewegt werden. Selbstverständlich ist es jedoch auch vorstellbar, dass die Translationsbewegung mehrere Translationsfreiheitsgrade, insbesondere zwei oder drei Translationsfreiheitsgrade, aufweist. So ist es insbesondere vorstellbar, dass der Aufwickelkern entlang einer ersten geradlinigen Trajektorie und entlang einer zweiten geradlinigen Trajektorie bewegbar ist, wobei die geradlinigen Trajektorien senkrecht zueinander orientiert sind. Dies kann auch als x-y-Bewegung bezeichnet werden.
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Ein Bewegungsprofil der Translationsbewegung und gegebenenfalls auch ein Bewegungsprofil der Rotationsbewegung kann hierbei derart eingestellt werden, dass eine Materialaufnahmegeschwindigkeit des Materials konstant ist oder sich nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß ändert.
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Die Materialaufnahmegeschwindigkeit kann eine Materialtransportgeschwindigkeit, insbesondere eine Bahngeschwindigkeit, des aufzuwickelnden Materials in Transportrichtung vor einem mechanischen Kontakt des Materials mit dem Aufwickelkern sein. Beispielsweise kann die Materialaufnahmegeschwindigkeit die Materialtransportgeschwindigkeit in einem Abschnitt des aufzuwickelnden Materials sein, der in Transportrichtung unmittelbar vor dem mechanischen Kontaktpunkt des Materials mit dem Aufwickelkern bzw. mit dem bereits aufgewickelten Wickelkörper angeordnet ist. Beispielsweise kann der Abschnitt zwischen einer entlang der Transportrichtung letzten Umlenkrolle und dem Aufwickelkern bzw. dem bereits aufgewickelten Wickelkörper angeordnet sein.
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Durch die Rotation des Aufwickelkerns wird Material von dem Aufwickelkern von der vorhergehend erläuterten Materialzuführeinrichtung abgezogen oder aufgenommen, wobei sich die Materialaufnahmegeschwindigkeit einstellt. Hierbei kann es natürlich erforderlich sein, dass die Materialzuführeinrichtung das durch die Rotation aufgenommene Material mit ausreichender Dynamik bereitstellt.
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Eine Materialbereitstellungsgeschwindigkeit kann von der Materialzuführgeschwindigkeit verschieden sein. Z.B. kann eine Materialbereitstellungseinrichtung, die auch ein Tänzersystem umfassen kann, eine Abwickelrolle umfassen, von der aufzuwickelndes Material mit einer vorbestimmten Abwickelgeschwindigkeit (Materialbereitstellungsgeschwindigkeit) abgewickelt wird. Die Materialbereitstellungsgeschwindigkeit kann hierbei insbesondere konstant sein.
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Insbesondere bei einem nicht-kreisförmigen Querschnitt des Aufwickelkerns ändert sich die Materialaufnahmegeschwindigkeit während einer, insbesondere einzelnen, Umdrehung des Aufwickelkerns mit konstanter Rotationsgeschwindigkeit. Diese sich verändernde Materialaufnahmegeschwindigkeit führt auch zu sich verändernden Materialspannungen. Zu starke Änderungen der Materialaufnahmegeschwindigkeit und somit Materialspannung sind aber unerwünscht. Die Translationsbewegung, insbesondere ein geeignet eingestelltes Bewegungsprofil der Translationsbewegung, ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass die Materialaufnahmegeschwindigkeit des aufzuwickelnden Materials trotz des nicht-kreisförmigen Querschnitts während der Rotation des Aufwickelkerns konstant oder annähernd konstant ist. Dies wiederum ermöglicht in vorteilhafter Weise einen (annähernd) konstanten Materialverbrauch beim Aufwickeln. Hierdurch wiederum reduzieren sich in vorteilhafter Weise Veränderungen der Materialspannungen beim Aufwickeln und es wird ein Aufwickeln mit hoher Wickelgeschwindigkeit ermöglicht.
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Weiter kann das Bewegungsprofil, also der zeitliche Verlauf mindestens eines Bewegungsparameters, für die Rotationsbewegung und für die Translationsbewegung vor Beginn des Aufwickelvorgangs festgelegt werden. Z.B. kann durch Berechnung und/oder Simulation oder durch ein Teach-In-Verfahren vor dem Aufwickelvorgang ein Bewegungsprofil für den Aufwickelvorgang bestimmt werden, wobei dieses Bewegungsprofil für den Aufwickelvorgang eingestellt wird.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Wickelvorrichtung mindestens eine Führungseinrichtung zur Führung der Translationsbewegung. Die Führungseinrichtung kann z.B. als beweglicher Schlitten ausgebildet sein oder einen solchen umfassen. Insbesondere kann die Positioniereinrichtung der Wickelvorrichtung die Führungseinrichtung umfassen oder aufweisen. Die Führungseinrichtung kann insbesondere eine Bewegungsführung mit einer Linearbewegung, insbesondere einer geradlinigen Linearbewegung, ermöglichen. Der Aufwickelkern kann hierbei drehbar an dem Schlitten gelagert sein.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Positioniereinrichtung mindestens eine Antriebseinrichtung und mindestens ein Kurvengetriebe. Die Antriebseinrichtung und der Aufwickelkern sind mittels des mindestens einen Kurvengetriebes mechanisch gekoppelt. Die Antriebseinrichtung kann auch als Translationsantriebs- oder Linearantriebseinrichtung bezeichnet werden.
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Mit anderen Worten kann die Linearantriebseinrichtung den Aufwickelkern über das mindestens eine Kurvengetriebe und die Führungseinrichtung translatorisch bewegen. Insbesondere können die übertragenen Kräfte bzw. Momente eine Linearbewegung mit einem Translationsfreiheitsgrad oder eine Linearbewegung mit zwei Translationsfreiheitsgraden bewirken. Selbstverständlich können zusätzlich zu dem Kurvengetriebe auch noch weitere Elemente zur mechanischen Kopplung vorgesehen sein.
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Die Antriebseinrichtung kann hierbei z.B. als elektrische Maschine, z.B. als Servomotor ausgebildet sein. Das Kurvengetriebe kann hierbei mindestens einen Kurventräger, insbesondere einen drehbar gelagerten Kurventräger, und ein Abgriffelement, insbesondere mindestens ein gerade geführtes Abgriffelement, umfassen. Über eine Abtriebswelle kann der Servomotors den Kurventräger, insbesondere eine Kurvenscheibe, des Kurvengetriebes antreiben, beispielsweise rotieren. Über das Abgriffelement des Kurvengetriebes kann der Kurventräger mit dem Aufwickelkern oder mit einem mit dem Aufwickelkern mechanisch gekoppeltem Element gekoppelt sein. Durch die Verwendung eines Kurvengetriebes ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass eine Translationsbewegung mit einem gewünschten Bewegungsprofil insbesondere auch für hohe Geschwindigkeiten und hohe Beschleunigungen mit geringem Montageaufwand zuverlässig durchgeführt werden kann. Hierbei kann die geometrische Ausbildung des Kurventrägers, insbesondere der Kurvenscheibe, in Abhängigkeit des gewünschten Bewegungsprofils der Translationsbewegung erfolgen bzw. festgelegt werden.
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Hierbei stellt ein Kurvengetriebe nur eine bevorzugte Ausführungsform einer mechanischen Kopplung zwischen einer Antriebseinrichtung und dem Aufwickelkern dar.
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Eine mechanische Kopplung kann selbstverständlich auch über alternative Ausführungsformen, beispielsweise alternative Getriebe, erfolgen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist eine Raumlage mindestens eines Elements des Kurvengetriebes veränderbar. Die Raumlage bezeichnet hierbei eine Position und gegebenenfalls eine Orientierung des Elements im dreidimensionalen Raum bzw. in einem vorbestimmten Referenzkoordinatensystem.
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Beispielsweise kann mindestens ein Element des Kurvengetriebes oder auch die Gesamtheit aus Antriebseinrichtung und Kurvengetriebe bewegt werden. Hierzu kann die Wickelvorrichtung eine weitere Antriebseinrichtung umfassen, die eine Antriebskraft bzw. ein Antriebsmoment zur Veränderung der Raumlage des mindestens einen Elements des Kurvengetriebes erzeugt. Selbstverständlich kann die Wickelvorrichtung auch Elemente zur Übertragung dieser Antriebsmomente bzw. Antriebskräfte umfassen.
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Insbesondere kann eine Raumlage des Kurventrägers verändert werden. Die Änderung der Raumlage des mindestens einen Elements des Kurvengetriebes kann hierbei eine Veränderung des Bewegungsprofils der Translationsbewegung des Aufwickelkerns bewirken.
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Durch eine Bewegung des mindestens einen Elements kann insbesondere ein ansonsten periodisches Bewegungsprofil der Translationsbewegung verändert werden, insbesondere auch während der Ausführung der Translationsbewegung. Hierdurch ergibt sich wiederum in vorteilhafter Weise eine bessere Anpassung des Bewegungsprofils der Translationsbewegung an sich verändernde Rahmenbedingungen während des Aufwickelvorgangs, beispielsweise an eine sich verändernde Dicke des bereits aufgewickelten Wickelkörpers.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Wickelvorrichtung eine Antriebseinrichtung, z.B. einen Servomotor, für die Erzeugung einer Rotationsbewegung des Aufwickelkerns. Diese kann auch als Rotations-Antriebseinrichtung bezeichnet werden. Selbstverständlich kann die Wickelvorrichtung auch Übertragungsmittel zur Übertragung dieser Antriebskräfte bzw. -momente von der Antriebseinrichtung auf den Aufwickelkern umfassen. Weiter ist eine Drehzahl der Antriebseinrichtung steuerbar. Somit kann insbesondere eine Rotationsgeschwindigkeit der Abtriebswelle der Antriebseinrichtung für die Rotationsbewegung des Aufwickelkerns aktiv verändert, werden.
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Die Rotations-Antriebseinrichtung kann ortsfest relativ zu der mit der Translationsbewegung bewegbaren Rotationsachse des Aufwickelkerns angeordnet sein. Auch kann die Rotations-Antriebseinrichtung ortsfest relativ zur Rotationsachse des Aufwickelkerns angeordnet sein, beispielsweise auf einem Schlitten, an dem der Aufwickelkern drehbar gelagert ist.
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Die Rotations-Antriebseinrichtung kann insbesondere über mindestens eine flexible Welle oder über mindestens eine Gelenkwelle mit dem Aufwickelkern mechanisch gekoppelt sein. Die Gelenkwelle kann beispielsweise eine Gleichlaufwelle sein. Die Drehzahl der Rotations-Antriebseinrichtung kann gezielt auf verschiedene Drehzahlwerte eingestellt werden. Insbesondere kann die Drehzahl in Abhängigkeit eines, insbesondere maximalen, Durchmessers des bereits aufgewickelten Wickelkörpers eingestellt werden. Der Durchmesser kann hierbei in Abhängigkeit einer Umdrehungsanzahl des Aufwickelkerns bestimmt oder durch eine geeignete Erfassungseinrichtung erfasst werden. Hierbei bezeichnet die Umdrehungsanzahl die Anzahl der nach Beginn des Aufwickelvorgangs bereits erfolgten Umdrehungen des Aufwickelkerns. Ist eine Materialdicke des aufzuwickelnden Materials bekannt, so kann in Abhängigkeit dieser Umdrehungsanzahl auch die Dicke des bereits aufgewickelten Wickelkörpers bestimmt werden.
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Mit anderen Worten kann das Bewegungsprofil der Rotationsbewegung während des Aufwickelns in Abhängigkeit von der Dicke des bereits aufgewickelten Wickelkörpers verändert werden. Gegebenenfalls kann auch das Bewegungsprofil der Translationsbewegung während des Aufwickelns in Abhängigkeit von der Dicke bzw. von dem maximalen Durchmesser des bereits aufgewickelten Wickelkörpers verändert werden.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Wickelvorrichtung eine Einrichtung zur Erfassung einer Umdrehungsanzahl des Aufwickelkerns. Weiter ist die Drehzahl der Antriebseinrichtung in Abhängigkeit der Umdrehungsanzahl einstellbar. Beispielsweise können durch Berechnung, Simulation oder in Testaufwickelvorgängen Drehzahlen für verschiedene Umdrehungsanzahlen ermittelt werden, die die maximale Änderung der Materialaufnahmegeschwindigkeit während einer Umdrehung des Aufwickelkerns auf einen vorbestimmten Wert begrenzen. Diese Drehzahlen können dann der entsprechenden Umdrehungsanzahl zugeordnet werden. Bei einem folgenden Aufwickelvorgang kann dann die der Umdrehungsanzahl zugeordnete Drehzahl eingestellt werden, insbesondere auch während des Aufwickelvorgangs.
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Die Umdrehungsanzahl kann z.B. in Abhängigkeit einer Winkelposition des Aufwickelkerns bestimmt werden. In diesem Fall kann die Wickelvorrichtung eine Einrichtung zur Erfassung der Winkelposition umfassen. Selbstverständlich kann die Wickelvorrichtung aber auch eine Einrichtung zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit oder Winkelbeschleunigung umfassen, wobei in Abhängigkeit der Winkelgeschwindigkeit bzw. -beschleunigung dann die Umdrehungsanzahl ermittelt werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Wickelvorrichtung mindestens eine Einrichtung zur Erfassung einer Materialaufnahmegeschwindigkeit des Materials.
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Weiter kann eine Einstellung von Bewegungsparametern der Translationsbewegung und/oder der Rotationsbewegung des Aufwickelkerns in Abhängigkeit der erfassten Materialaufnahmegeschwindigkeit erfolgen. Somit kann also eine Regelung der Translationsbewegung und/oder der Rotationsbewegung, während des Aufwickelvorgangs erfolgen.
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Allerdings ist es auch möglich, dass die Bewegungsparameter der Translations- und/oder Rotationsbewegung des Aufwickelkerns für einen Wickelvorgang zeitlich vor dem Wickelvorgang derart festgelegt werden, dass die Materialaufnahmegeschwindigkeit des Materials während des gesamten Wickelvorgangs konstant ist oder nur um ein vorbestimmtes Maß von einer gewünschten Materialaufnahmegeschwindigkeit abweicht. In diesem Fall kann eine Steuerung der Translationsbewegung und/oder Rotationsbewegung während des Aufwickelvorgangs erfolgen. Hierdurch wird in vorteilhaftere Weise eine Aufwicklung mit hohen Aufwickelgeschwindigkeiten ermöglicht.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Wickelvorrichtung mindestens eine Tänzereinrichtung. Die Tänzereinrichtung kann hierbei Teil der Einrichtung zur Erfassung einer Materialaufnahmegeschwindigkeit und/oder einer Einrichtung zur Bestimmung einer Bahnspannung des aufzuwickelnden Materials sein.
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Z.B. kann die Materialaufnahmegeschwindigkeit des Materials in Abhängigkeit einer Position zumindest einer bewegbaren (Umlenk-)Rolle der Tänzereinrichtung bestimmt werden. Beispielsweise kann die Tänzereinrichtung mindestens zwei Umlenkrollen umfassen, wobei mindestens eine Umlenkrolle bewegbar sein kann, insbesondere mit einer Linearbewegung. Die Position der bewegbaren Umlenkrolle kann hierbei abhängig von der Materialaufnahmegeschwindigkeit des Materials sein. So kann sich z.B. die Position bei einer hohen Materialaufnahmegeschwindigkeit von der Position bei einer im Vergleich niedrigeren Materialaufnahmegeschwindigkeit unterscheiden. Die Position der bewegbaren Umlenkrolle kann hierbei durch eine entsprechende Positionserfassungseinrichtung erfasst werden. In diesem Fall kann die Wickelvorrichtung eine Positionserfassungseinrichtung zur Erfassung einer Position der bewegbaren Rolle der Tänzereinrichtung umfassen.
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Alternativ oder kumulativ kann eine Bahnspannung in Abhängigkeit einer Kraft bestimmt werden, die auf eine nicht bewegbare (Umlenk-)Rolle der Tänzereinrichtung wirkt. Die Kraft auf die nicht bewegbare Rolle kann hierbei abhängig von der Bahnspannung des Materials sein. So kann sich z.B. die Kraft bei einer hohen Bahnspannung von der Kraft bei einer im Vergleich niedrigeren Bahnspannung unterscheiden. Die Kraft kann hierbei durch eine entsprechende Krafterfassungseinrichtung erfasst werden. In diesem Fall kann die Wickelvorrichtung einen Kraftsensor zur Erfassung der Kraft auf die Rolle der Tänzereinrichtung umfassen.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zuverlässige, genaue und einfach zu implementierende Erfassung der Materialaufnahmegeschwindigkeit und/oder der Bahnspannung. Die Materialaufnahmegeschwindigkeit und/oder die Bahnspannung kann insbesondere für ein Teach-In-Verfahren genutzt werden. Dies wird nachfolgend näher erläutert.
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Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Herstellung von Flachwickeln, wobei einem Aufwickelkern Material mit einer Materialaufnahmegeschwindigkeit zugeführt wird. Weiter wird der Aufwickelkern rotiert.
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Das Verfahren kann hierbei mittels einer Vorrichtung gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt werden.
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Der Aufwickelkern kann, wie vorhergehend erläutert, mit einer Translationsbewegung mit mindestens einem, vorzugsweise jedoch mehreren, besonderes vorzugsweise zwei, Translationsfreiheitsgraden bewegt werden. Die entsprechenden Vorteile wurden vorhergehend bereits erläutert.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Drehzahl der Rotationsbewegung des Aufwickelkerns verändert, insbesondere während eines Aufwickelvorgangs.
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In einer weiteren Ausführungsform wird ein Rotations-Bewegungsprofil und/oder ein Translations-Bewegungsprofil in einem Teach-In-Durchlauf bestimmt, wobei das Rotations-Bewegungsprofil und/oder das Translations-Bewegungsprofil in einem nachfolgenden Aufwickel-Durchlauf eingestellt wird.
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In dem Teach-In-Durchlauf kann ein Wickel mit einer vorbestimmten Teach-In-Rotationsgeschwindigkeit des Aufwickelkerns erzeugt werden, wobei die Teach-In-Rotationsgeschwindigkeit geringer als eine Aufwickel-Rotationsgeschwindigkeit in einem nachfolgenden Aufwickel-Durchlauf ist.
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Weiter kann eine Materialzuführgeschwindigkeit oder eine Bahnspannung in dem bzw. während des Teach-In-Durchlauf(s) bestimmt werden. Weiter kann das Rotations-Bewegungsprofil und/oder das Translations-Bewegungsprofil in dem bzw. während des Teach-In-Durchlauf(s) derart bestimmt bzw. angepasst werden, dass die Materialzuführgeschwindigkeit oder die Bahnspannung während des Teach-In-Durchlaufs konstant ist oder nur um ein vorbestimmtes Maß von einem gewünschten Sollwert abweicht.
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Z.B. kann eine Position zumindest einer bewegbaren Rolle einer Tänzereinrichtung einer Materialzuführeinrichtung bestimmt oder erfasst werden, wobei das Rotations-Bewegungsprofil und/oder das Translations-Bewegungsprofil derart bestimmt bzw. angepasst werden, dass die Position der bewegbaren Rolle während des Aufwickelvorgangs konstant ist oder nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß von einer gewünschten Soll-Position abweicht.
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Auch kann eine Kraft auf eine Rolle einer Tänzereinrichtung einer Materialzuführeinrichtung bestimmt oder erfasst werden, wobei das Rotations-Bewegungsprofil und/oder das Translations-Bewegungsprofil derart bestimmt bzw. angepasst werden, dass die Kraft auf die Rolle während des Aufwickelvorgangs konstant ist oder nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß von einer gewünschten Soll-Kraft abweicht.
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Das im Teach-In-Durchlauf bestimmte Rotations-Bewegungsprofil und/oder Translations-Bewegungsprofil kann gespeichert werden, z.B. in einer entsprechenden Speichereinrichtung. In einem nachfolgenden Aufwickel-Durchlauf, der insbesondere mit der Aufwickel-Rotationsgeschwindigkeit durchgeführt werden kann, kann das gespeicherte Rotations-Bewegungsprofil und/oder Translations-Bewegungsprofil eingestellt werden. Hierbei kann insbesondere die bewegbare Umlenkrolle räumlich fixiert, also ortsfest angeordnet, werden.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zuverlässige Bestimmung eines Rotations-Bewegungsprofils und/oder Translations-Bewegungsprofils, die einen Aufwickel-Durchlauf mit möglichst konstanter Materialzuführgeschwindigkeit bzw. Bahnspannung ermöglichen.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Wickelvorrichtung.
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In 1 ist ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Wickelvorrichtung 15 dargestellt. Die Wickelvorrichtung 15 dient insbesondere zur Herstellung von Flachwickeln. Die Wickelvorrichtung 15 umfasst eine Steuereinrichtung 12, die als Mikrocontroller ausgebildet oder einen solchen umfassen kann. Weiter umfasst die Wickelvorrichtung 15 eine Materialzuführeinrichtung 27, wobei die Materialzuführeinrichtung 27 eine Abwickel-Antriebseinrichtung 2, eine Abwickelrolle 1 und verschiedene Umlenkrollen 3 umfasst. Hierbei bilden Umlenkrollen 3a ortsfest angeordnete Umlenkrollen 3 einer Tänzereinrichtung 10. Eine Umlenkrolle 3b bildet eine bewegbare Umlenkrolle 3b der Tänzereinrichtung 10. Weiter dargestellt ist, dass mittels der Abwickel-Antriebseinrichtung 2 die Abwickelrolle 1 rotiert werden kann, wobei eine Rotationsbewegung durch einen Pfeil 17 dargestellt ist.
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Weiter angeordnet ist ein Masseelement 16, das mechanisch starr mit der bewegbaren Umlenkrolle 3b gekoppelt ist. Weiter dargestellt ist ein Positionssensor 11 zur Erfassung einer Position der bewegbaren Umlenkrolle 3b. Hierbei kann der Positionssensor 11 insbesondere eine Position des mechanisch mit der bewegbaren Umlenkrolle 3b gekoppelten Masseelements 16 umfassen. Weiter dargestellt ist eine Feststelleinheit 26 zur räumlichen Fixierung des Masselements 16 und somit auch zur räumlichen Fixierung der bewegbaren Umlenkrolle 3b. Die Feststelleinheit 26 kann Bestandteil der Wickelvorrichtung 15, insbesondere der Materialzuführeinrichtung 27, sein. Die Feststelleinheit 26 kann das Masselement 16 während eines Aufwickel-Durchlaufs fixieren und während eines Teach-In-Durchlaufs freigeben.
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Eine weitere Umlenkrolle 3c dient als Zuführ-Umlenkrolle. Mittels der Zuführ-Umlenkrolle 3c wird ein aufzuwickelndes Material, beispielsweise eine Folienbahn 13 oder Seile, Fäden oder Drähte, einem Aufwickelkern 4 zugeführt. Der Aufwickelkern 4 ist Teil der Wickelvorrichtung 15. Dargestellt ist, dass der Aufwickelkern 4 um eine Rotationsachse rotierbar ist, wobei die Rotationsbewegung durch einen Pfeil 14 dargestellt ist. In einer Querschnittsebene, die orthogonal zu dieser Rotationsachse orientiert ist, weist der Aufwickelkern 4 einen ovalen Querschnitt auf.
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Weiter dargestellt ist eine Materialaufnahmegeschwindigkeit vZ , mit der Material durch den Aufwickelkern 4 von der Materialzuführeinrichtung 27 abgezogen und somit dem Aufwickelkern 4 zugeführt wird.
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Weiter schematisch dargestellt ist zusätzlich zugeführtes Material 13, wobei Materialzuführeinrichtungen zur Zuführung dieser zusätzlichen Materialien entsprechend der bereits erläuterten Materialzuführeinrichtung 27 ausgebildet sein können. Insbesondere können diese ebenfalls jeweils eine Tänzereinrichtung 10 umfassen.
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Weiter dargestellt ist eine Rotations-Antriebseinrichtung 9, welche über eine Gelenkwelle 18 mit dem Aufwickelkern 4 mechanisch gekoppelt ist. Durch die Rotations-Antriebseinrichtung 9 können Antriebskräfte bzw. Antriebsmomente zur Rotation des Aufwickelkerns 4 erzeugt und über die Gelenkwelle 18 übertragen werden.
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Weiter dargestellt ist, dass der Aufwickelkern 4 drehbar an einem Schlitten 5 gelagert ist, der über eine z.B. als Schiene ausgebildete und schematisch dargestellte Führungseinrichtung 19 für eine Linearführung auf einer Ebene geführt wird. Durch einen Pfeil 20 ist hierbei eine Linearbewegung dargestellt, mit der der Aufwickelkern 4 entlang dieser Führungseinrichtung 19 bewegt werden kann. Der Schlitten 5 ist über einen Hebel 21 und eine Kurvenrolle 6 mit einer Kurvenscheibe 7 gekoppelt. Die Kurvenscheibe 7 und die Kurvenrolle 6 sowie der Hebel 21 sind Bestandteil eines Kurvengetriebes 24. Eine Translations-Antriebseinrichtung 8, insbesondere ein Servomotor, erzeugt Antriebskräfte bzw. Antriebsmomente zur Rotation der Kurvenscheibe 7, die über eine Welle 22 übertragen werden können. Die Rotationsbewegung der Kurvenscheibe 7 ist schematisch durch einen Pfeil 23 dargestellt. Die Kurvenrolle 6 fährt während der Rotation der Kurvenscheibe 7 die Außenkontur der Kurvenscheibe 7 ab. Hierdurch wird der Schlitten 5 mit einem gewünschten Bewegungsprofil der Translationsbewegung bewegt. Das Bewegungsprofil, also insbesondere ein zeitlicher Verlauf der Beschleunigung, der Geschwindigkeit und der Position des Schlittens 5 und somit des Aufwickelkerns 4, ist abhängig von einer geometrischen Ausbildung der Kurvenscheibe 7, insbesondere einer geometrischen Ausbildung der Außenkontur. Nicht dargestellt sind gegebenenfalls vorhandene Federelemente, über die die Kurvenrolle 6 an die Außenkontur der Kurvenscheibe 7 angedrückt werden kann.
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Somit ist dargestellt, dass der Aufwickelkern 4 mittels einer Positioniereinrichtung 25 mit einer Translationsbewegung bewegbar ist, wobei die Positioniereinrichtung 25 im dargestellten Ausführungsbeispiel die Translations-Antriebseinrichtung 8, die Welle 22, das Kurvengetriebe 24, den Hebel 21, den Schlitten 5 und die Führungseinrichtung 19 umfasst.
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Durch die Steuereinrichtung 12 kann eine Drehzahl der Rotations-Antriebseinrichtung 9 verändert werden. Da sich der Umfang des bereits aufgewickelten Wickelkörpers mit jeder absolvierten Umdrehung des Aufwickelkerns 4 ändert, insbesondere vergrößert, verändert sich auch ein Materialverbrauch während der weiter folgenden Umdrehungen. Dies kann dazu führen, dass unerwünscht große Veränderungen der Materialaufnahmegeschwindigkeit vZ während einer Umdrehung auftreten. Diese unerwünscht großen Veränderungen können durch die entsprechende Einstellung der Drehzahl der Rotations-Antriebseinrichtung 9 begrenzt werden.
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Zur Ermittlung eines Bewegungsprofils der Rotationsbewegung des Aufwickelkerns 4 und einer Translationsbewegung des Aufwickelkerns 4 für einen Wickelvorgang wird ein sogenannter Teach-In-Betrieb durchgeführt werden. Hierbei kann ein Wickel mit sehr langsamer Rotationsgeschwindigkeit des Wickelkerns 4 erzeugt werden. Während dieses Aufwickelvorgangs im Teach-In-Betrieb erfasst der Positionssensor 11 die Position der bewegbaren Umlenkrolle 3b. Das Positionssignal wird in der Steuereinrichtung 12 ausgewertet, wobei die Steuereinrichtung 12 eine Rotationsgeschwindigkeit der Rotations-Antriebseinrichtung 9 derart einstellen kann, dass eine Position der bewegbaren Umlenkrolle während des Aufwickelvorgangs konstant ist oder nur um ein vorbestimmtes Maß von einer gewünschten Position abweicht. Hierbei repräsentiert die Position der bewegbaren Umlenkrolle 3b mit der Materialaufnahmegeschwindigkeit vZ zusammen.
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Das entsprechend bestimmte Bewegungsprofil der Rotationsbewegung kann in der Steuereinrichtung, beispielsweise einer Speichereinrichtung der Steuereinrichtung 12, gespeichert werden. Für einen nachfolgenden Aufwickelvorgang, der mit im Vergleich sehr viel höherer Rotationsgeschwindigkeit durchgeführt werden kann, wird die bewegbare Umlenkrolle 3b in ihrer Position mit der Feststelleinheit 26 festgestellt, also ortsfest angeordnet, und das gespeicherte Bewegungsprofil durch die Rotations-Antriebseinrichtung 9 eingestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abwickelrolle
- 2
- Abwickel-Antriebseinrichtung
- 3
- Umlenkrolle
- 3a
- Umlenkrollen des Tänzersystems
- 3b
- bewegbare Umlenkrolle des Tänzersystems
- 3c
- Zuführ-Umlenkrolle
- 4
- Aufwickelkern
- 5
- Schlitten
- 6
- Kurvenrolle
- 7
- Kurvenscheibe
- 8
- Translations-Antriebseinrichtung
- 9
- Rotations-Antriebseinrichtung
- 10
- Tänzereinrichtung
- 11
- Positionssensor
- 12
- Steuereinrichtung
- 13
- Material
- 14
- Pfeil
- 15
- Wickelvorrichtung
- 16
- Masseelement
- 17
- Pfeil
- 18
- Gelenkwelle
- 19
- Führungseinrichtung
- 20
- Pfeil
- 21
- Hebel
- 22
- Welle
- 23
- Pfeil
- 24
- Kurvengetriebe
- 25
- Positioniereinrichtung
- 26
- Feststelleinheit
- 27
- Materialzuführeinrichtung
