DE19549397C2 - Vorrichtung zum Wickeln von Spulen für elektrische Maschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Wickeln von Spu­ len für elektrische Maschinen mit einem längs einer Führung an einem Maschinenrahmen motorisch verstellbaren Spindel­ stock, einer daran undrehbar gehaltenen, mehrteiligen Scha­ blone, die mit einem Teil axial auf einen in einer bestimmten Stellung am Maschinenrahmen festlegbaren Spulenaufnehmer aus­ richtbar ist und deren Weite durch im wesentlichen gleichmäßige Veränderung des Abstands ihrer Teile von einer mittleren Achse einstellbar ist, und mit einem am Spindelstock gelager­ ten, um die mittlere Achse der Schablone umlaufend antreibba­ ren Drahtführer.

Wenn mit einer derartigen Vorrichtung, wie sie z. B. in der DE-OS 28 08 048 beschrieben ist, nacheinander Spulen unter­ schiedlichen Querschnitts, z. B. für verschiedene Serien von Statoren mit unterschiedlicher Blechpakethöhe, gewickelt wer­ den sollen, muß die Schablonenweite verändert werden. Dabei sollen grundsätzlich die Teile der axial längsgeteilten Scha­ blone relativ zu ihrer mittleren Achse gleichmäßig verstellt werden, um weiterhin eine im wesentlichen symmetrische Lage mit Bezug auf die mittlere Achse und damit einen möglichst gleichmäßigen Drahtabzug über den umlaufenden Drahtführer zu erhalten.

Die gleichmäßige Verstellung der Schablonenteile bringt es jedoch mit sich, daß derjenige Schablonenteil, der die auf der Schablone erzeugten Spulen auf den Spulenaufnehmer, der aus kreisförmig oder kreisbogenförmig angeordneten, paralle­ len Lamellen mit Zwischenspalten besteht, überleitet und zu diesem Zweck axial mit dem Spulenaufnehmer in Eingriff ge­ bracht werden muß, aus der für den Eingriff notwendigen axia­ len Fluchtlinie gerückt wird. Daher muß zusätzlich zur Ein­ stellung einer anderen Schablonenweite auch noch der Spindel­ stock so verstellt werden, daß die Ausrichtung der Schablone mit Bezug auf den Spulenaufnehmer wieder stimmt. Sind Scha­ blone und Spulenaufnehmer nicht richtig in Flucht, werden diese sehr teuren Werkzeuge beim axialen Zusammenfahren zer­ stört.

Es ist in der Praxis bekannt, die mit dem Spulenaufnehmer in Eingriff zu bringende vordere Schablonenhälfte und den Spin­ delstock manuell genau einzustellen und die hintere Schablo­ nenhälfte maschinell zu verfahren und zu messen. Diese Kon­ struktionen lösen jedoch nicht das eigentliche Problem, nach dem Einschalten der Maschine oder einer Verstellung der Scha­ blonenweite unabhängig vom menschlichen Eingriff und Irrtü­ mern sowie maschinellen Fehlfunktionen mit einfachen Mitteln die genaue Fluchtung des Spulenaufnehmers und der vorderen Schablonenhälfte sicherzustellen.

Es sind weiterhin, u. a. aus der genannten DE-OS 28 08 048, verschiedene Verstellantriebe bekannt, um mit der Schablone gleichzeitig auch den Spindelstock entsprechend zu verstel­ len. Abgesehen davon, daß hierfür komplizierte und aufwendige Konstruktionen erforderlich sind, bleibt bei angestrebtem au­ tomatischen Arbeitsablauf immer die Unsicherheit, ob nicht durch unvorhersehbare Veränderungen oder Eingriffe eine Ände­ rung der Relativstellung der Teile eingetreten ist. Ein sol­ cher Fehler bleibt dann auch bei einer gesteuerten Neuein­ stellung der Schablonenweite erhalten. Außerdem ist es auf­ wendig und gefährlich, bei automatischen Änderungen der Scha­ blonenweite und der Stellung des Spindelstocks auf längere Zeit gespeicherte Werte der früher vorgenommenen Änderung zu­ rückzugreifen, zumal sich dabei Fehler summieren.

Wenn man unabhängig von unvorhersehbaren Änderungen der vor­ bestimmten Einstellungen der Werkzeugteile deren Lage sicher­ heitshalber durch Messen ermitteln und dann ggf. korrigieren will, muß sich die Schablonenweite unabhängig von der Stel­ lung des Spindelstocks verändern und einstellen lassen. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche mit einem sehr einfachen und kostengünstigen Antriebsmechanismus für die Änderung der Schablonenweite auskommt, der unabhängig von der Verschiebung des Spindelstocks ist.

Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schablonenweite durch den steuerbaren Drehantrieb des Drahtführers verstellbar ist.

Die neue Vorrichtung bietet den Vorteil, daß es überhaupt keines zusätzlichen, unabhängigen Antriebsmotors für die Än­ derung und Einstellung der Schablonenweite bedarf, sondern lediglich einer Kupplung, um den ohnehin vorhandenen, steuer­ baren Drehantrieb des Drahtführers wahlweise auch auf den Verstellmechanismus der Schablone wirken zu lassen. Dies kann zweckmäßigerweise in der Form geschehen, daß zwei Schablonen­ teile undrehbar auf Gewindeabschnitten mit entgegengesetzter Steigungsrichtung einer Stellspindel sitzen, die durch einen Schneckentrieb antreibbar ist, dessen Schnecke drehbar auf der zusammen mit dem Drahtführer drehbaren mittleren Achse der Schablone gelagert und durch eine steuerbare Kupplung mit der Achse drehfest verbindbar ist. Dabei kann man auch den Antrieb für die Kupplungsbewegung sparen, wenn zwischen der drehbaren mittleren Achse der Schablone und der Schnecke eine durch eine axiale Bewegung einzurückende Kupplung gewählt wird und diese direkt oder indirekt durch eine Spulenabstrei­ fer tragende Welle axial belastbar ist, welche bei vom Spu­ lenaufnehmer zurückgezogener Schablone axial vorschiebbar ist. Eine sehr einfache Kupplung erhält man durch Verwendung einer Sternscheibe, die drehfest mit der Schnecke oder der drehbaren mittleren Achse der Schablone verbunden ist und durch axiale Belastung reibschlüssig an dem jeweils anderen Teil zur Anlage kommt.

Es versteht sich, daß der genannte Antrieb zur Änderung der Schablonenweite auch dann mit Vorteil eingesetzt werden kann, wenn eine Wickelvorrichtung über keine Meßeinrichtung zur au­ tomatischen Kontrolle der Schablonenweite und der Schablonen­ stellung verfügt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Spulen-Wickel­ vorrichtung mit einer Meßeinrichtung zur Kontrolle der Schablonenweite und der Schablonenstellung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Wickelvorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 in größerem Maßstab als in Fig. 1 die Schablone und die Kupplung zum Einschal­ ten ihres Verstellantriebs;

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Schablone gemäß Fig. 3;

Die in Fig. 1 und 2 in Seitenansicht und Draufsicht gezeigte Wickelvorrichtung hat in herkömmlicher Ausführung einen Ma­ schinenrahmen 10, einen Schaltschrank 12, einen auf dem Bett des Maschinenrahmens gelagerten Drehtisch 14 mit z. B. zwei Aufspannungen für Spulenaufnehmer 16. Hierbei kann es sich um eine Übertragungszange oder um ein Einziehwerkzeug handeln. Beide haben einen Kranz oder eine kreisbogenförmige Anordnung senkrechter, paralleler Lamellen, in deren Zwischenräume die gewickelten Spulen eingehängt werden. Ein Einziehwerkzeug kann anschließend unmittelbar zu einer Einziehvorrichtung transportiert werden, wo die Spulen z. B. axial in den Stator eines Elektromotors eingezogen werden. Wenn der Spulenaufneh­ mer eine Übertragungszange ist, werden die Spulen zunächst von dieser auf ein Einziehwerkzeug übertragen, mit dessen Hilfe dann das Einziehen der Spulen in einen Stator erfolgt. Gemäß Fig. 1 befindet sich der dort rechts gezeigte Spulen­ aufnehmer 16 an derjenigen Station des Drehtischs 14, an wel­ cher die gewickelten Spulen auf den Aufnehmer 16 übertragen werden. In dieser Station ist der Spulenaufnehmer 16 norma­ lerweise drehschaltbar, um nacheinander gewickelte Spulen oder Spulengruppen über den Umfang verteilt aufnehmen zu kön­ nen. Nachdem anschließend der Drehtisch 14 um 180° gedreht worden ist, befindet sich der beladene Spulenaufnehmer 16 in der in Fig. 1 gezeigten linken Station des Drehtischs 14, welche die Be- und Entladestation ist. Gleichzeitig wird mit dieser Drehbewegung ein leerer Spulenaufnehmer 16 in die Ar­ beitsstation gebracht.

An einer oben am Maschinenrahmen 10 angeordneten Längsführung 18 ist ein Spindelstock 20 längsverschieblich gelagert. Er ist herkömmlicher Ausführung, so daß darauf nicht im einzel­ nen eingegangen zu werden braucht. Der Spindelstock 20 ent­ hält den Antrieb für einen Drahtführer 22, der üblicherweise als Flyer bezeichnet wird. Er hat die Form einer Austritts­ düse, welche durch einen am Spindelstock montierten Drehan­ triebsmotor 26 um eine Drehachse 24 rotierend antreibbar ist.

Der Spindelstock 20 enthält weiterhin eine zusammen mit dem Drahtführer 22 um die Drehachse 24 rotierende, senkrecht nach unten herausragende mittlere Achse 28, welche an ihrem unte­ ren Ende mittels eines Kugellagers 30 (siehe Fig. 3) eine Schablone 32 trägt. Damit die Schablone 32 nicht mitrotiert, wird sie durch eine sich parallel zu der mittleren Achse 28 erstreckende Stange 34 (siehe Fig. 4) gegen Drehung gehalten. Für die undrehbare Lagerung der Stange 34 und damit der Scha­ blone 32 sorgt in bekannter Weise ein Stützgetriebe 36, wel­ ches Teil des Spindelstocks 20 ist.

Die mittlere Achse 28, welche die Schablone 32 trägt, er­ streckt sich durch eine Hohlwelle 38, an deren unterem Ende, oberhalb der Schablone 32, über Kugellager 40 und eine schrä­ ge Sitzfläche eine Taumelscheibe 41 gelagert ist, die radial verschieblich an der Schablone 32 axial verschieblich geführ­ te Abstreifer 42 trägt. Sowohl die mittlere Achse 28 als auch die Hohlwelle 38 sind axial verschieblich im Spindelstock 20 gelagert.

In der Ausgangssituation, vor dem Wickeln einer Spulengruppe, nimmt die Schablone 32 die in Fig. 3 gezeigte obere Stellung ein, bei welcher sich die unterste Schablonenstufe auf dem Niveau des Drahtführers 22 befindet. Die unteren Enden der Abstreifer 42 befinden sich entsprechend der Schrägstellung der Taumelscheibe 41 zum Teil ein wenig oberhalb und zum Teil unterhalb der horizontal auf dem Niveau des Drahtführers 22 liegenden Wickelebene. Vor Anlauf des Wickelvorgangs ist die Schablone 32 gemäß Fig. 1 bereits so weit abgesenkt, daß der stärkere Vorderteil 44 der Schablone 32, der am unteren Ende mit Aussparungen versehen ist, mit bestimmten Lamellen des Spulenaufnehmers 16 in Eingriff ist. Während das aus dem Drahtführer 22 herausragende Drahtende beim Wickeln einiger Windungen vorübergehend noch durch eine nicht gezeigte Klemm- und Abschneideinrichtung oder eine Längenzieheinrichtung 50 geklemmt gehalten wird, beginnt der Drahtführer 22 um die Schablone zu rotieren, wobei auf der untersten Schablonenstu­ fe Spulenwindungen erzeugt werden. Da gleichzeitig auch die Taumelscheibe 41 die Abstreifer 42 eine axial hin und her ge­ hende Bewegung ausführen läßt, so daß sie mit ihren unteren Enden jeweils die zuletzt erzeugte Spulenwindung aus der Wic­ kelebene zum unteren Ende der Schablone 32 hin vorschieben, werden bereits während des Wickelvorgangs die meisten auf der Schablone erzeugten Spulenwindungen zwischen die Lamellen des Spulenaufnehmers 16 geschoben.

Nachdem auf der untersten Stufe der Schablone. 32 die im Quer­ schnitt kleinste Spule einer Spulengruppe mit allen Windungen erzeugt worden ist, springt die mittlere Achse 28 zusammen mit der Schablone 32 so weit nach unten vor und weiter in Eingriff mit dem Spulenaufnehmer 16, daß nunmehr die zweite Schablonenstufe auf dem Niveau des Drahtführers 22 liegt. Die Taumelscheibe 41 und die Abstreifer 32 werden nicht mit vor­ geschoben, d. h. die Hohlwelle 38 behält ihre axiale Stellung bei. Der in Fig. 1 bei 46 gezeigte Sprungantrieb wirkt also nur auf die mittlere Achse 28.

Nachdem auf der zweitkleinsten bzw. zweituntersten Schablo­ nenstufe wiederum die vorgesehene Anzahl Spulen mit dem Quer­ schnitt dieser Schablonenstufe gewickelt worden ist, wobei im wesentlichen alle Windungen bereits während des Wickelvor­ gangs durch die Abstreifer 42 in den Spulenaufnehmer 16 abge­ streift worden sind, erfolgt mittels des Sprungantriebs 46 ein weiterer Sprung der Schablone 32 nach unten, und dann wird der Wickelvorgang mit dem Wickeln der nächstgrößeren Spule fortgesetzt, usw. Die Zahl der Schablonenstufen richtet sich nach der Anzahl der Spulen je Spulengruppe.

Soweit bisher beschrieben, hat die in Fig. 1 bis 3 gezeigte Wickelvorrichtung den im Stand der Technik üblichen Aufbau. Bekannt ist weiterhin die Verwendung axial längsgeteilter Schablonen mit einem Vorderteil 44 und einem Hinterteil 48, wobei sich der Abstand dieser beiden Schablonenteile, d. h. die Schablonenweite, einstellen läßt. Schließlich ist auch die Verwendung einer Längenzieheinrichtung 50 bekannt und üb­ lich. Sie ist am Spindelstock 20 befestigt und hat einen in der X-, Y- und Z-Achse gesteuert beweglichen Greifer 52 (sie­ he Fig. 2), mit welchem nach dem Wickeln einer Spulengruppe der Draht zwischen dem Drahtführer und der Schablone geklemmt oder lose führend erfaßt und derart ausgezogen werden kann, daß eine Drahtverbindung von gerade der benötigten Länge zur nächsten Spulengruppe erzeugt wird.

Wenn man zunächst die Spulen für Statoren mit einer bestimm­ ten Blechpakethöhe wickelt und dann die Spulen für Statoren mit gleichem Blechschnitt, aber größerer Pakethöhe produzie­ ren will, braucht lediglich die Schablonenweite, also der Ab­ stand zwischen den Schablonenteilen 44 und 48, vergrößert zu werden. Hierfür ist bei der gezeigten und beschriebenen Wic­ kelvorrichtung ein neuer Stellantrieb und eine neue Kupp­ lungseinrichtung vorgesehen. Als Stellantrieb dient der Dreh­ antrieb des Drahtführers 22, der auch an der mittleren Achse 28 wirksam ist. Um die Schablonenweite zu ändern, wird eine radial zwischen der rotierend antreibbaren mittleren Achse 28 und einer Schnecke 54 angeordnete, reibschlüssig wirkende Kupplungsscheibe 56 betätigt, welche eine drehmomentübertra­ gende Verbindung zwischen der mittleren Achse 28 und der Schnecke 54 herstellt. Die Schnecke 54 wirkt mit einem fest auf dem mittleren Teil einer Stellspindel 58 sitzenden oder einstückig mit ihr ausgebildeten Schneckenrad 60 zusammen. Sowohl die zur mittleren Achse 28 konzentrische Schnecke 54 als auch die sich horizontal, parallel zur Längsführung 18 erstreckende Stellspindel 58 sind am oberen Teil der Schablo­ ne 32, dem sog. Schablonenträger 62, welcher von der mittle­ ren Achse 28 getragen wird, drehbar gelagert. Auf dem Scha­ blonenträger 62 sind das Schablonenvorderteil 44 und das Schablonenhinterteil 48 längsverschieblich parallel zur Längsführung 18 geführt und führen ihrerseits die Abstreifer 42. Da die Stellspindel 58 zu beiden Seiten des Schneckenrads 60 Gewindeabschnitte gleicher Steigung mit entgegengesetzter Steigungsrichtung hat, und jeweils jeder Gewindeabschnitt mit einem der beiden stufenförmigen Schablonenteile 44 und 48 in Gewindeeingriff steht, führt eine Drehbewegung der Schnecke 54 in der einen oder der anderen Drehrichtung jeweils zu ge­ genläufigen Längsbewegungen der beiden Schablonenteile 44 und 48. Wenn an der Schnecke 54 kein Antrieb angreift, werden die Schablonenteile 44 und 48 durch die Selbsthemmung des Gewin­ deeingriffs mit der Stellspindel 58 in der jeweils einge­ stellten Lage gehalten.

Die Kupplungsscheibe 56 ist im Ausführungsbeispiel eine dreh­ fest mit der Schnecke 54 verbundene sog. Sternscheibe, wie sie z. B. von der Firma Ringspann geliefert wird. Der radial innere Bereich der Sternscheibe 56 ist im gelösten Zustand der Kupplung nach oben gewölbt, und der Innendurchmesser der Sternscheibe ist in dieser Stellung größer als der Außen­ durchmesser der mittleren Achse 28. Wenn jedoch die Stern­ scheibe 56 von oben axial belastet wird, legt sie sich reib­ schlüssig gegen den Umfang der rotierend antreibbaren mittle­ ren Achse 28 an und stellt eine drehmomentübertragende Ver­ bindung zur Schnecke 54 her.

Um zum Einkuppeln Druck von oben auf die Sternscheibe 56 aus­ zuüben, fährt man mit dem unteren Ende der Hohlwelle 38 oder einer darin eingesetzten, nach unten vorstehenden Büchse ge­ gen die Sternscheibe 56. Der hierfür erforderliche axiale An­ trieb für die Hohlwelle 38 ist ohnehin vorhanden, weil in der untersten Stellung der Schablone 32, die sie am Ende des Wic­ kelns einer Spulengruppe einnimmt und dabei am weitesten in den Spulenaufnehmer 16 eingefahren ist, zum Abstreifen der letzten noch auf der Schablone 32 sitzenden Drahtwindungen die Abstreifer 42 ein bestimmtes Maß nach unten bis in den Spulenaufnehmer 16 hineingefahren werden und auf diesem unte­ ren Niveau verharren, während die Schablone 32 nach oben zu­ rückgezogen wird. Wenn die Kupplung 56 betätigt werden soll, zieht man die Schablone 32 in ihre oberste Stellung, in der sie nicht mit dem Spulenaufnehmer 16 in Eingriff ist, und gibt dann den Steuerbefehl an den axialen Stellantrieb der Hohl­ welle 38, die Taumelscheibe 41 mit den Abstreifern 42 in die untere Stellung, wie zum Abstreifen der letzten Windungen von der in den Spulenaufnehmer eingetauchten Schablone, zu fah­ ren. Dieser lange axiale Hub der Hohlwelle 38 kommt nicht zu­ stande, weil die in ihrer obersten Stellung stehende Schablo­ ne 32 die Bewegung der Hohlwelle 38 blockiert. Der Andruck des unteren Endes der Hohlwelle 38 bewirkt jedoch die ge­ wünschte Betätigung der Kupplungsscheibe 56.

Die beiden Gewindeabschnitte der Stellspindel 58 haben zwar entgegengesetzte Steigungsrichtungen, jedoch dasselbe Stei­ gungsmaß. Daher bewegen sich die Schablonenteile 44 und 48 bei einer Drehbewegung der Stellspindel 58 gleichmäßig von der mittleren Achse 28 fort oder zu ihr hin. Dies wiederum bedeutet, daß nach einer Änderung der Schablonenweite das zu­ vor korrekt auf die Lamellen des Spulenaufnehmers 16 ausge­ richtete Schablonenvorderteil 44 nun nicht mehr in der vorbe­ stimmten Flucht mit dem Spulenaufnehmer liegt und die Scha­ blone daher auch nicht mehr in die zum Überstreifen der ge­ wickelten Spulenwindungen auf den Aufnehmer 16 notwendige Eingriffsstellung mit diesem gebracht werden kann. Um wieder dahin zu kommen, muß der Spindelstock 20 mitsamt Drahtführer 22 und Schablone 32 längs der Führung 18 um ein entsprechen­ des Maß verschoben werden, das bei gleichmäßiger Verstellbe­ wegung der beiden Schablonenteile 44 und 48 mittels der Stellspindel 58 halb so groß ist wie die vorgenommene Ände­ rung der Schablonenweite. Die Verstellung des Spindelstocks 20 längs der Führung 18 erfolgt mittels eines am Maschinen­ rahmen gelagerten Motors 64, der eine Schraubenspindel 66 ro­ tierend antreibt, die in Gewindeeingriff steht mit einer über eine Halterung 68 drehfest mit dem Spindelstock 20 verbunde­ nen Mutter 70.

Um die Bewegungsantriebe für den Spindelstock und die Ver­ stellung der Schablonenweite sehr genau und störungsfrei steuern zu können, ist an der Längenzieheinrichtung 50 eine insgesamt mit 72 bezeichnete Meßeinrichtung montiert. Im Ausführungsbeispiel wird der Greifer 52 der Längenziehein­ richtung 50 durch drei rechtwinklig zueinander liegende Kraftzylinder oder Stellmotore bewegt. Von diesen sind in Fig. 1 ein senkrecht ausgerichteter Zylinder 74, der den Greifer 52 in Richtung der Z-Achse verfährt, und ein Stellmo­ tor 76 gezeigt, der mittels einer Stellspindel 77 den Greifer 52 in Richtung der X-Achse horizontal quer zur Längsführung 18 bewegt. Ein weiterer steuerbarer Stellantrieb verfährt den Greifer 52 in Richtung der Y-Achse.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Wickeln von Spulen für elektrische Ma­ schinen mit einem längs einer Führung (18) an einem Ma­ schinenrahmen (10, 96) motorisch verstellbaren Spindel­ stock (20), einer daran undrehbar gehaltenen, mehrtei­ ligen Schablone (32), die mit einem Teil (44) axial auf einen in einer bestimmten Stellung am Maschinenrahmen (10, 96) festlegbaren Spulenaufnehmer (16) ausrichtbar ist und deren Weite durch im wesentlichen gleichmäßige Veränderung des Abstands ihrer Teile (44, 48) von einer mittleren Achse (28) einstellbar ist, und mit einem am Spindelstock (20) gelagerten, um die mittlere Achse (28) der Schablone (32) umlaufend antreibbaren Draht­ führer (22), dadurch gekennzeichnet, daß die Schablo­ nenweite durch den steuerbaren Drehantrieb (26) des Drahtführers (22) verstellbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Schablonenteile (44, 48) undrehbar mit Gewin­ deeingriff auf Gewindeabschnitten gleicher Steigung, aber mit entgegengesetzter Steigungsrichtung einer Stellspindel (58) sitzen, die durch einen Schnecken­ trieb (54, 60) antreibbar ist, dessen Schnecke (54) drehbar auf der zusammen mit dem Drahtführer (22) dreh­ baren mittleren Achse (28) der Schablone (32) gelagert und durch eine steuerbare Kupplung (56) mit der Achse (28) drehfest verbindbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (56) direkt oder indirekt durch eine Spulenabstreifer (42) tragende Welle (38) axial belast­ bar und einrückbar ist, indem die Welle (38) bei zum Spindelstock (20) hin zurückgezogener Schablone (32) vorschiebbar ist.