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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einrollieren einer Spulenwicklung in einen Stator oder Rotor oder in ein Einziehwerkzeug.
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Zur Herstellung von Rotoren oder Statoren mit einem hohen Wirkungsgrad sind bereits eine Vielzahl von Verfahren entwickelt worden, die sich primär mit dem Erzeugen von durchgängigen Spulenwicklungen befassen. Die Spulenwicklungen werden als flache Wickelmatten hergestellt und anschließend in Nuten von Statoren oder Rotoren eingezogen. Die Spulenwicklungen bestehen aus einer Anzahl miteinander verflochtener Drähte, die mehrfach gegenläufig umgebogen werden, so dass parallel zueinander liegende Schenkel der Drähte, die zum Ausfüllen der Nuten von Stator- oder Rotorkörpern bestimmt sind, durch dachartige Wicklungsköpfe verbunden sind, die stirnseitig über die hergestellten Rotoren oder Statoren überstehen. Wie bereits erwähnt, kann zur Herstellung der Spulenwicklung als zunächst flache Wickelmatte eine flache und drehbare Wickelschablone sowie eine Drahthandhabungsvorrichtung zum Einsatz kommen.
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Die vorliegende Erfindung befasst sich mit dem Einzug einer solchen flachen Wickelmatte bzw. Wellenwicklung in einen Rotor, Stator oder ein Einziehwerkzeug, welche gewöhnlicherweise allesamt als zylindrische Körper mit radial verlaufenden Nuten ausgebildet sind.
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DE 10 2015 120 963 A1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer Wickelmatte mit einem Wickelschwert und die Überführung der Wickelmatte mittels einer Transfervorrichtung in ein Einziehwerkzeug. Die Transfervorrichtung besitzt eine umlaufende Gliederkette, die über Umlenkrollen umgelenkt und linear aufgespannt ist und die Wickelmatte von dem Wickelschwer abnimmt. Die Transfervorrichtung ist dazu eingerichtet, die Wickelmatte an einer Übergabestelle an ein Übertragungswerkzeug bzw. Einziehwerkzeug oder Drahtspeicher abzugeben, wobei scheibenartige Nocken mit Anlaufschrägen durch Schlitze in der Gliederkette greifen und während einer Vorschubbewegung der Transfervorrichtung die Wicklung anheben, so dass die entsprechenden Windungen aus den Aufnahmen der Gliederkette ausgehoben und in Radialnuten in ein Übertragungswerkzeug eingedrückt werden. Die Windungen liegen zunächst radial außen werden und dann in Drehrichtung durch einen zweiten Nocken in den Radialnuten des Übertragungswerkzeugs radial nach innen überführt, sodass die Wicklung im weiteren Umlauf des Übertragungswerkzeugs übereinander gewickelt angeordnet ist.
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Die flach gewickelten Drahtmatten bzw. Wickelmatten werden durch die scheibenartigen Nocke mit Anlaufschrägen in eine runde Form gebracht, um in den Drahtspeicher/Rundmagazin eingebracht zu werden. Die Wickelmatte weist durch ihren verflochtenen Aufbau aus vorzugsweise im Querschnitt rechteckigen Drähten eine inhärente Steifigkeit auf und eine große Biegebeanspruchung im Bereich der Nocken. Die Wickelmatte lässt sich nach dem Verfahren aus dem Stand der Technik verhältnismäßig schwer in Form bringen, um in die radial verlaufenden Nuten der im Wesentlichen zylindrischen Körper von Statoren, Rotoren, Einziehwerkzeugen, Drahtspeichern oder Rundmagazinen eingezogen zu werden. Durch die Biegung, die lediglich im Bereich der Nocken erfolgt, treten Spannungen und Verformungen bevorzugt und konzentriert in diesen Bereichen auf, was unerwünschte Verformungen (Knicke oder Torsionen) oder Beschädigungen der Drahtisolation zur Folge haben kann. Ferner Entsteht zwischen den Anlaufschrägen und der Wickelmatte in der Überlappungsfläche Reibung, wodurch ebenfalls die Drahtisolation beschädigt werden kann.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren vorzusehen, welche den oben beschriebenen Verhältnissen Rechnung tragen und einen möglichst beschädigungsfreien Einzug einer Wickelmatte gewährleisten.
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Die Aufgabe wird gelöst mit der Vorrichtung nach Anspruch 1 und dem Verfahren nach Anspruch 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich jeweils aus den abhängigen Ansprüchen.
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Für eine Vorrichtung zum Einzug einer Wickelmatte in Nuten eines im Wesentlichen zylindrischen Körpers eines Stators, Rotors, Einziehwerkzeug oder Drahtspeichers mit axial zu dessen Drehachse verlaufenden Nuten und zumindest einer Umfangsnut, ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine erste Walzenanordnung und zumindest eine weitere Walzenanordnung mit jeweils zumindest einer in der Umfangsnut und/oder außerhalb des zylindrischen Körpers verlaufenden Walze aufweist, wobei die Drehachsen der Walzenanordnungen im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind und die Walzenanordnungen um den Umfang des zylindrischen Körpers verteilt sind, wobei eine Abrollstelle der weiteren Walzenanordnung radial weiter innen gelegen ist, als eine Abrollstelle der ersten Walzenanordnung und, wobei die Walzenanordnungen bezogen auf den zylindrischen Körper radial verstellbar sind.
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Die erste Walzenanordnung ist vorzugsweise in Zuführrichtung am nächsten an der Zuführwalze angeordnet und die weiteren Walzenanordnungen verteilen sich entlang der Umfangsrichtung des zylindrischen Körpers in der darum fortgesetzten Zuführrichtung. Der zylindrische Körper weist bevorzugt eine Drehachse auf, die senkrecht zu der Zuführrichtung verläuft, sodass die Wickelmatte mit ihren Drahtstegen in die Nuten des zylindrischen Körpers eingezogen bzw. einrolliert werden kann. Die Nuten und die Drahtstege verlaufen ebenfalls im Wesentlichen senkrecht zu der Zuführrichtung.
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Auf diese Weise wird erreicht, dass eine der Vorrichtung zugeführte Wickelmatte ohne wesentliche Beschädigungen an den Einzeldrähten der Wickelmatte in den zylindrischen Körper eines Stators, Rotors, Einziehwerkzeug oder Drahtspeichers einrolliert werden kann. Durch die kontinuierliche Verkleinerung des Durchmessers der Wickelmatte während des Einrollierens in den zylindrischen Körper wirkt auf die die Wicklung bzw. die Einzeldrähte der Wickelmatte weniger mechanischer Stress ein, wodurch Beschädigungen vermieden werden können. An der Abrollstelle der jeweiligen Walzenanordnung ist außerdem die Reibung zwischen den die Wickelmatte auf die zylindrische Form umformenden Elementen (Walzenanordnungen) und der Wickelmatte reduziert. Die Walzenanordnungen sind drehbar und vorzugsweise angetrieben, wobei die Umlaufgeschwindigkeit der Walzenanordnungen zu der Umlaufgeschwindigkeit des zylindrischen Körpers vorzugsweise synchronisiert ist. Auf diese Weise wird ein Einrollieren mit weitestgehend verringerter Reibung zwischen der Vorrichtung und der einzuziehenden Wickelmatte erreicht. Durch die auf den zylindrischen Körper bezogene radiale Verstellung der Walzenanordnungen ergibt sich der Vorteil, dass die Vorrichtung die Durchmesseränderung der einrollierten Wickelmatte mit jeder weiteren Lage in dem zylindrischen Körper kompensieren kann, wodurch stets eine ideale Anpassung der Wickelmatte an den aktuell zur Verfügung stehenden Durchmesser in dem zylindrischen Körper gegeben ist.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich, dass drei oder vier Walzenanordnungen vorgesehen sind, wobei eine Abrollstelle der dritten Walzenanordnung radial weiter innen gelegen ist als die Abrollstelle der weiteren Walzenanordnung und/oder eine Abrollstelle der vierten Walzenanordnung radial weiter innen gelegen ist als die Abrollstelle der dritten Walzenanordnung.
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Durch das Vorsehen von einer oder zwei weiteren Walzenanordnungen wird der Mechanische Stress an der jeweiligen Umformstelle (Abrollstelle der jeweiligen Walzenanordnung) weiter verringert. Auch das vermeidet die Beschädigungen der Wickelmatte durch die Vorrichtung während des Einrollierens.
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Dementsprechend ist nach einer weiteren optionalen Ausgestaltung vorgesehen, dass die Walzenanordnungen bezogen auf den zylindrischen Körper radial individuell verschiebbar sind.
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Durch die individuelle radiale Verschiebbarkeit der Walzenanordnungen lässt sich die Einrolliervorrichtung besser an die Gegebenheiten anpassen. So wird beispielsweise vorteilhaft ermöglicht, dass ein Einzugswinkel zwischen der Zuführung der Wickelmatte und einer Tangente an dem Abrollpunkt der jeweiligen Walzenanordnung eingestellt werden kann. Es kann beispielsweise denkbar sein, dass in der Zuführung zunächst flache Einzugswinkel gewählt werden, die für nachfolgende Walzenanordnungen ansteigen.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest eine Zuführwalze zur Zuführung der Wickelmatte vorgesehen ist, wobei die Zuführwalze auf ihrem Umfang Zuführstege zum Eingriff zwischen Drahtstegen der Wickelmatte aufweist.
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Durch die Zuführwalze wird sichergestellt, dass eine kontinuierliche Zuführung der Wickelmatte an die Vorrichtung gewährleistet ist. Die Zuführstege der Zuführwalze wirken als Mitnehmer und befördern die Wickelmatte in einer Zuführrichtung zu den um den zylindrischen Körper angeordneten Walzenanordnungen.
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Aus einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich, dass die Zuführwalze und/oder die Walzenanordnungen um ihre jeweilige Drehachse drehbar angetrieben sind.
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Auf diese Weise ist ein Vorschub der Wickelmatte zu der Vorrichtung und innerhalb der Vorrichtung gewährleistet. Vorzugsweise ist die Umlaufgeschwindigkeit der Walzenanordnungen und/oder der Zuführwalze in Abhängigkeit von der Umfangsgeschwindigkeit des zylindrischen Körpers an der Einzugsstelle der Wickelmatte geregelt. Die Vorrichtung weist hierzu vorzugsweise eine Regelvorrichtung auf. Auf diese Weise werden zusätzliche Spannungen innerhalb der Wickelmatte, die sich aus Differenzen der einzelnen Umlaufgeschwindigkeiten ergeben, vermieden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Walzenanordnungen jeweils zwei innere Walzen aufweisen, die jeweils einer Umfangsnut des zylindrischen Körpers zugeordnet sind, und jeweils zwei äu-ßere Walzen aufweisen, die im Bereich von axial außerhalb des zylindrischen Körpers liegenden Wickelköpfen der Wickelmatte verlaufen.
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Durch die in den Umfangsnuten verlaufenden Walzen der Walzenanordnung können die Drahtstege, die in den senkrecht dazu verlaufenden Nuten des zylindrischen Körpers einrolliert werden sollen bzw. einrolliert sind, in radialer Richtung komprimiert werden. Auf diese Weise wird vorteilhaft ein besonders dichtes Drahtpaket erzeugt. Die Walzen außerhalb des zylindrischen Körpers verdichten bevorzugt die dort liegenden Wickelköpfe, welche den Übergang zwischen den Drahtstegen herstellen. Die Wickelköpfe können in radialer Richtung raumgreifend sein, da die Einzeldrähte der Wickelmatte in den Wickelköpfen um 180° gebogen sein können. Eine Verdichtung mittels der außerhalb des zylindrischen Körpers liegenden Walzen der Walzenanordnung gestaltet sich in Bezug auf die Raumnutzung auch außerhalb des zylindrischen Körpers vorteilhaft.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Einrollieren einer Wickelmatte in einen im Wesentlichen zylindrischen Körper eines Stators, Rotors, Einziehwerkzeugs oder Drahtspeicher mit einer Vorrichtung nach den vorstehenden Ausführungen, aufweisend die Verfahrensschritte: Zuführen der Wickelmatte in Zuführrichtung zwischen die Walzenanordnungen und den zylindrischen Körper, wobei die Walzenanordnungen untereinander gleichläufig und gegenläufig zu dem rotierenden zylindrischen Körper angetrieben sind; Einrollieren der Wickelmatte in Nuten des zylindrischen Körpers; Verschieben der Walzenanordnungen in radialer Richtung in Abhängigkeit von der Schichtdicke der einrollierten Wickelmatte.
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Durch den erfindungsgemäßen Ablauf des Verfahrens ergeben sich die oben für die Vorrichtung beschriebenen Vorteile. Insbesondere durch das Einrollieren mittels der Walzen werden Spannungen innerhalb der Wickelmatte reduziert, was zu einer Schonung der Isolation während des Einrollierens beiträgt. Zusätzlich wird durch die Walzenanordnungen die Reibung zwischen Vorrichtung und Wickelmatte reduziert, was ebenfalls dazu beiträgt, die Isolation der Einzeldrähte, aus der die Wickelmatte aufgebaut ist, intakt zu halten.
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Nach einer weiteren optionalen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Umlaufgeschwindigkeit der Walzenanordnungen in Abhängigkeit von deren radialer Position in Bezug auf den zylindrischen Körper oder in Abhängigkeit von der Schichtdicke der einrollierten Wickelmatte geregelt ist.
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Dies gestaltet sich insbesondere dann vorteilhaft, wenn sich die Mantelgeschwindigkeit des zylindrischen Körpers an der Abrollstelle der jeweiligen Walzenanordnung während des Einrollierens ändert. Dies kann etwa dann geschehen, wenn die Wickelmatte mehrlagig in den zylindrischen Körper einrolliert wird. Durch den mit jeder Lage zunehmenden Radius wird die Mantelgeschwindigkeit erhöht. Dementsprechend ist es vorteilhaft, wenn die Umlaufgeschwindigkeit der Walzenanordnungen in Abhängigkeit von deren radialer Position in Bezug auf den zylindrischen Körper oder in Abhängigkeit von der Schichtdicke der einrollierten Wickelmatte geregelt ist
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Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Verschieben der Walzenanordnungen zeitlich versetzt erfolgt.
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Durch ein zeitlich versetztes Verschieben der Walzen kann das Einrollieren direkt nach oder während der Zuführung der Wickelmatte in vorteilhafter Weise vereinfacht werden. So kann die Wickelmatte vorzugsweise erst an einer Walzenanordnung in Zuführrichtung vorbei geführt werden, bevor die jeweilige Walzenanordnung in die endgültige radiale Position zugestellt wird.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ergibt sich, dass die Wickelmatte aus einem Wickelmattenspeicher über eine Zuführwalze zugeführt wird. Auf diese Weise ist ein Vorschub der Wickelmatte zu der Vorrichtung und innerhalb der Vorrichtung gewährleistet.
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Weitere Merkmale, Details und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung Ausführungsbeispielen basierend auf den Zeichnungen.
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Es zeigen:
- 1: Eine schematische Darstellung der Vorrichtung; und
- 2: Eine schematische Darstellung der Walzenanordnungen in Bezug auf den zylindrischen Körper.
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Im Folgenden werden für alle Figuren dieselben Bezugszeichen zur Kennzeichnung derselben Elemente verwendet, es sei denn, dass etwas Anderes angegeben ist.
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1 zeigt vier Walzenanordnungen 30, 30', 30'', 30''' der Vorrichtung 1, die kreisförmig um einen im Wesentlichen zylindrischen Körper 10 eines Stators, Rotors, Einziehwerkzeugs oder Drahtspeichers angeordnet sind. Die Walzenanordnungen 30, 30', 30", 30''' haben jeweils eine Drehachse 32, 32', 32", 32'", um die die Walzenanordnungen 30, 30', 30", 30''' rotieren können bzw. drehbar angetrieben sind. Der zylindrische Körper 10 selbst ist ebenfalls um eine Drehachse 12 drehbar und die Drehachse 12 des zylindrischen Körpers 10 verläuft im Wesentlichen parallel zu den Drehachsen 32, 32', 32", 32''' der vier kreisförmig um den zylindrischen Körper 10 angeordneten Walzenanordnungen 30, 30', 30", 30'".
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Die Walzenanordnungen 30, 30', 30", 30''' sind, bezogen auf den zylindrischen Körper 10 gesehen, radial verschiebbar angeordnet. Die Vorrichtung 1 weist ferner eine Zuführwalze 40 mit einer im Wesentlichen parallel zu den Drehachsen 32, 32', 32", 32''' der Walzenanordnungen 30, 30', 30", 30''' verlaufenden Drehachse 42 auf. Auf dem Umfang der Zuführwalze 40 sind Zuführstege 44 angeordnet.
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Eine Wickelmatte 10 kann der Vorrichtung über die Zuführwalze 40 zugeführt werden, wobei die Zuführstege 44 zwischen Drahtstege 22 der Wickelmatte 20 eingreifen und die Wickelmatte 20 mitnehmen. Die Zuführwalze 40 ist drehbar angetrieben, wobei die Zuführstege 44 als Mitnehmer fungieren und die Wickelmatte 20 in der Zuführrichtung ZR transportieren.
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Weiter in Zuführrichtung ZR wird die Wickelmatte 20 zwischen dem zylindrischen Körper 10 und den Walzenanordnungen 30, 30', 30", 30''' geführt. Hierbei kann die Wickelmatte 20, wie im Detail in 2 gezeigt wird, innerhalb von Nuten 16 des zylindrischen Körpers 10 einliegen.
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Die Walzenanordnungen 30, 30', 30", 30''' sind in radialer Richtung bewegbar und können in Richtung des zylindrischen Körpers 10 zugestellt werden. Für das Einrollieren werden die Walzenanordnungen 30, 30', 30", 30''' in eine radiale Position gebracht, sodass die zwischen den Walzenanordnungen 30, 30`, 30", 30''' und dem zylindrischen Körper 10 liegende Wickelmatte 20 mittels der Walzenanordnungen 30, 30', 30", 30''' entweder an dem zylindrischen Körper 10 oder an einer innerhalb des zylindrischen Körper 10 bereits einrollierten Lage der Wickelmatte 20 anliegt. Mit jeder Lage und dem sich ändernden Umfang des zylindrischen Körpers 10 durch die darin einliegende und einrollierte Wickelmatte 20 werden die Walzenanordnungen 30, 30', 30", 30''' in radialer Richtung verstellt, um diesen radialen Weg auszugleichen. Ferner wird die Umlaufgeschwindigkeit des zylindrischen Körpers 10 und/oder der Walzenanordnungen 30, 30', 30", 30''' und der Zuführwalze 40 an den geänderten Umfang des zylindrischen Körpers 10 mit der einrollierten Wickelmatte 20 und die sich somit radial verändernden Abrollpunkte 38, 38', 38", 38''' der Walzenanordnungen 30, 30', 30", 30''' angepasst.
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2 zeigt eine Draufsicht auf den zylindrischen Körper 10 mit zwei schematisch dargestellten Walzenanordnungen 30, 30'.
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Der zylindrische Körper 10 ist hier in einer radialen Draufsicht in einem Zustand dargestellt, in dem in den zylindrischen Körper 10 eine Wickelmatte 20 bereits vollständig einrolliert ist. Man erkennt, dass die parallel zu der Drehachse 12 des zylindrischen Körpers verlaufenden Nuten 16 vollständig mit den Drahtstegen 22 der Wickelmatte 20 befüllt sind. Axial ragen Wickelköpfe 24 der Wickelmatte 20 aus dem zylindrischen Körper 10 heraus und verbinden die Drahtstege 22.
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Der zylindrische Körper 10 weist zwei in Umfangsrichtung verlaufende Umfangsnuten 14 auf. Die zwei hier schematisch dargestellten Walzenanordnungen 30, 30' weisen jeweils eine Drehachse 32, 32' auf, die im Wesentlichen parallel zu der Drehachse 12 des zylindrischen Körpers 10 verläuft.
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Jede Walzenanordnung 30, 30' weist zwei innere Walzen 34, 34' auf, die axial auf der Höhe der Umfangsnuten 14 angeordnet sind und, je nach radialer Position der Walzenanordnung 30, 30', innerhalb oder zumindest teilweise innerhalb der Umfangsnuten 14 des zylindrischen Körpers 10 verlaufen. Die inneren Walzen 34, 34` werden durch Zustellung der Walzenanordnung 30, 30' mit den Drahtstegen 22 der Wickelmatte 20 in Anlage gebracht und rollieren die Drahtstege 22 der Wickelmatte 20 in den zylindrischen Körper 10 ein.
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Jede Walzenanordnung 30, 30' weist ferner zwei äußere Walzen 36, 36' auf, die axial außerhalb des zylindrischen Körpers 10 verlaufen. Die äußeren Walzen 36, 36' werden durch Zustellung der Walzenanordnung 30, 30' mit den Wickelköpfen 24 der Wickelmatte 20 in Anlage gebracht und rollieren die Wickelköpfe 24 der Wickelmatte 20 in den zylindrischen Körper 10 ein.
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Sämtliche Merkmale und Vorteile, die sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung ergeben, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher An-ordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl allein als auch in verschiedenen Kombinationen für die Erfindung wesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 10
- zylindrischer Körper
- 12
- Drehachse
- 14
- Umfangsnuten
- 16
- Nuten
- 20
- Wickelmatte
- 22
- Drahtstege
- 24
- Wickelköpfe
- 30, 30', 30", 30'''
- Walzenanordnung
- 32, 32', 32", 32'''
- Drehachse
- 34, 34', 34", 34'''
- innere Walzen
- 36, 36', 36", 36'''
- äußere Walzen
- 38, 38', 38", 38'''
- Abrollstelle
- 40
- Zuführwalze
- 42
- Drehachse
- 44
- Zuführstege
- ZR
- Zuführrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015120963 A1 [0004]
