DE19802903A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ausziehen eines langgestreckten Elements aus einem Vorrat sowie Verfahren zum Herstellen eines Vorrats - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ausziehen eines langgestreckten Elements aus einem in Windungen liegenden Vorrat, wobei das Ausziehen in Richtung der Windungsachse erfolgt und dem Vorrat nachgeordnete Führungen vorhanden sind, die das Element senkrecht zu seiner Längsachse fixieren. Ferner werden eine Vorrichtung zum Ausziehen sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Vorrats beschrieben.

Für Transport und Lagerung werden langgestreckte, flexible Elemente, etwa isolierte oder nicht isolierte Drähte, elektrische Adern, Kabel, Leitungen und Gruppen oder Bestandteile derartiger Produkte, wie Kabelseelen, in Windungen zu einem Vorrat gelegt. Dabei kann der Vorrat auf eine Spule gewickelt sein, in einen Behälter, z. B. ein Faß eingelegt werden oder ein selbsttragendes Coil bilden. Das erneute Ausziehen des Elements in den gestreckten Zustand, etwa zur Verlegung oder Bearbeitung, erfolgt bevorzugt näherungsweise in Richtung der Windungsachse, wobei der Vorrat raumfest steht. Auf diese Weise erübrigt sich ein Antrieb zur Drehung des Vorrats, und es wird das Auftreten von Schwingungen und Unwuchten während seiner Rotation vermieden, die insbesondere bei großer Masse problematisch sind.

Es erweist sich jedoch als nachteilig, daß sich beim Ausziehen gelegentlich Schlingen im Element bilden, speziell bei einem Hochgeschwindigkeitsauszug. Schlingen bewirken beim Eintritt in eine Führung Beschädigungen des Elementes selbst sowie der Führung und erfordern daher in der Regel eine Abschaltung der Ausziehvorrichtung. Während die Schlingenbildung bei vergleichsweise weichen Elementen wie Litzen und geringer Ausziehgeschwindigkeit lediglich von untergeordneter Bedeutung ist, stellt sie bei steiferen flexiblen Elementen, etwa massiven Stahldrähten oder -profilen eine erhebliche Begrenzung der maximalen Ausziehgeschwindigkeit dar. Um einen häufigen und teuren Stillstand der Ausziehvorrichtung zu vermeiden, wird die Ausziehgeschwindigkeit des Elements in der Praxis daher auf maximal 50 bis 60% der Geschwindigkeit begrenzt, mit der es zum Vorrat gewickelt wird.

Davon ausgehend hat es sich die Erfindung zur Aufgabe gestellt, Verfahren zur Handhabung des Elements sowie eine dazu geeignete Vorrichtung anzugeben, welche eine Schlingenbildung beim Ausziehen des Elements mit hoher Geschwindigkeit ausschließen und somit eine Erhöhung der Auszugsgeschwindigkeit unter Vermeidung von Stillstandszeiten der Vorrichtung gestatten.

Diese Aufgabe wird gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung dadurch gelöst, daß das Element derart um seine Längsachse gedreht wird, daß es torsionsfrei ist, und die Drehung in der ersten Führung erfolgt, die dem Vorrat nachgeordnet ist.

Wird ein Element in näherungsweise axialer Richtung aus einem gewickelten, raumfest stehenden Vorrat in den gestreckten Zustand gezogen, erfolgt eine Torsion des Elements um seine Längsachse. Dabei entspricht die Zahl der axialen Windungen des Elements der Zahl der abgezogenen Windungen des Vorrates. Die der Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis besteht darin, daß sich bei hoher axialer Bewegungsgeschwindigkeit des Elements eine Schlaufenbildung nur dann vermeiden läßt, wenn es zwischen seinen Führungen stets torsionsfrei verläuft. Führungen sind dabei sämtliche Einrichtungen, welche die Lage der Längsachse des Elements festlegen, beispielsweise Rollen bzw. Öffnungen, die Bestandteil von Meß-, Vorschub- oder Bearbeitungsvorrichtungen des Elements sind, oder Umlenkrollen. Bei der Ausbildung von Führungen als Rollen ist denkbar, daß sie einen Antrieb aufweisen.

Die Torsion des Elements wird durch eine gegensinnige Drehung in einer Führung beseitigt. Da eine Schlaufenbildung des Elements in jeder Führung zu einer Blockade oder Beschädigung führen kann, ist es entscheidend, daß die Drehung des Elements spätestens beim Durchlaufen der ersten Führung erfolgt, die dem Vorrat nachgeordnet ist. Vorzugsweise ist das Element zu diesem Zweck in der ersten Führung bezüglich einer Drehung um seine Längsachse fixiert, während sich die Führung mit dem Element um die Längsachse dreht. Dabei rotiert das Element bzw. die Führung während der Zeitdauer bzw. Strecke, die für den Auszug einer Wicklung aus dem Vorrat benötigt wird, einmal entgegen des Wicklungssinns um die Längsachse des Elements. Da das Element nach Durchlauf der ersten Führung torsionsfrei ist, sind nachfolgende Fixierungen bezüglich Verdrehungen um seine Längsachse in der Regel nicht erforderlich.

Zur Vermeidung übermäßiger Auslenkungen des Elements während des Ausziehens aus dem Vorrat, insbesondere infolge von Fliehkräften, besteht die Möglichkeit, zwischen dem Vorrat und der ersten Führung Begrenzungseinrichtungen vorzusehen, z. B. Prallflächen in radialer Richtung. Im Gegensatz zu Führungen gestatten die Begrenzungseinrichtungen radiale Verschiebungen der Längsachse des Elements in einem Bereich, der wesentlich größer als der Elementdurchmesser ist.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß eine Schlaufenbildung des Elements infolge Torsion auch bei hoher Geschwindigkeit sicher vermieden wird. Insbesondere besteht keine Gefahr, daß das Element Schlingen bildet, die in Führungen Beschädigungen zur Folge haben und eine Abschaltung der Vorrichtung erfordern. Daher ist es möglich, daß das Ausziehen des Elements mit einer Geschwindigkeit erfolgt, die näherungsweise der maximal möglichen Geschwindigkeit beim Legen bzw. Wickeln des Vorrats entspricht.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Drehung des Elements zur Beseitigung seiner Torsion um die Windungsachse des Vorrats. In diesem Fall entspricht die Längsachse des Elements während der Drehung der Windungsachse. Eine Einheit zur Drehung des Elementes ist folglich im Zentrum seines Ablaufs aus dem Vorrat angeordnet. Der zur Windungsachse symmetrische Aufbau vermeidet übermäßige Kräfte und verbessert die Störungssicherheit des Verfahrens.

Eine alternative Möglichkeit zur Vermeidung einer Torsion beim Ausziehen des Elements besteht darin, es vor oder beim Legen bzw. Wickeln des Vorrats in der Weise um seine Längsachse zu verdrehen, daß die Torsion bei einem Ausziehen in Richtung der Windungsachse kompensiert wird. Somit weist das Element bereits im zum Vorrat gelegten Zustand in jeder seiner Windungen eine Verdrehung um die Längsachse auf, die sich mit der Torsion beim Ausziehen ausgleicht. Entsprechend erreicht es bereits die erste Führung des Auszugs torsionsfrei, so daß sich eine Drehung dieser Führung erübrigt.

Dabei ist zu berücksichtigen, daß diejenige axiale Richtung, in der das Element aus dem Vorrat gezogen wird, festliegt, denn in der entgegengesetzten axialen Richtung kompensieren sich die Torsionen von Element und Auszug nicht sondern überlagern einander additiv. Zweckmäßig ist daher eine entsprechende Kennzeichnung des Vorrats. Die Torsion beim Legen bzw. Wickeln des Elements hat entgegen des Windungssinns in der vorgesehenen Ausziehrichtung derart zu erfolgen, daß das Element in jeder Windung des Vorrats um 360° um seine Längsachse tordiert ist.

Vom grundlegenden Funktionsprinzip her bilden beide beschriebenen Verfahren zum Ausziehen und Legen bzw. Wickeln des Elements gleichartige Lösungen des erfindungsgemäßen Problems: In beiden Fällen ist das Element nach Durchlaufen seiner ersten Führung torsionsfrei. Somit entfällt die Gefahr einer Schlingenbildung und eine Begrenzung der Auszugsgeschwindigkeit.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ausziehen des Elements aus seinem Vorrat umfaßt zunächst eine oder mehrere Vorschubeinheiten, welche das Element in Richtung seiner Längsachse bewegen und somit das Ausziehen aus dem Vorrat bewirken. Neben den Vorschubeinheiten, die Führungen des Elements bilden, umfaßt die Ausziehvorrichtung in der Regel weitere Führungen, etwa Umlenkrollen, Meßeinheiten oder Bearbeitungseinheiten. Zudem ist eine Rotationseinheit vorhanden, in der das Element bezüglich einer Drehung um seine Längsachse fixiert ist und die das Element um seine Längsachse dreht. Denkbar ist, daß die Rotationseinheit gleichzeitig eine Vorschubeinheit bildet, also zumindest eine angetriebene Rolle aufweist. Die Rotationseinheit bildet die erste Führung des Elements, die dem Vorrat nachgeordnet ist, und dreht es in der Weise um seine Längsachse, daß es sich nach ihrem Durchlaufen torsionsfrei ist.

Umfaßt die Rotationseinheit mehrere Rollen zur Führung des Elements, so sind diese zweckmäßig in Projektion in Richtung der Längsachse des Elements gegeneinander versetzt. Vorzugsweise wird das Element dabei, beispielsweise sinusartig, im Bereich der Rotationseinheit aus einer geraden Bewegungsrichtung ausgelenkt. Durch die Auslenkung wird sichergestellt, daß das Element gegenüber der Rotationseinheit bezüglich einer Drehung um seine Längsachse fixiert ist. Eine sichere Führung und axiale Fixierung des Elements ist insbesondere dann gewährleistet, wenn der Träger zumindest drei Rollen umfaßt. Vorzugsweise liegen die Rollen alternierend auf gegenüberliegenden Seiten des Elements an.

Bei einer Gruppe von Rollen zur Führung des Elements in der Rotationseinheit sind ihre Drehachsen bevorzugt in einem gemeinsamen Träger befestigt. Der Träger und mit ihm die Rollen sind um die Längsachse des Elements drehbar. Auf diese Weise ist ein einfacher Aufbau der Vorrichtung erreichbar. Möglich ist es, eine oder mehrere Rollen und/oder den Träger mit einem Antrieb zu versehen.

Die zu beseitigende Torsion des Elements ist proportional zur Zahl der abgezogenen Windungen des Vorrats, d. h. zur axialen Bewegungsgeschwindigkeit des Elements. Daher ist es von Vorteil, wenn eine Regeleinheit vorhanden ist, welche die Drehgeschwindigkeit der Rollen um ihre Drehachsen und die Drehgeschwindigkeit der Rollen um die Längsachse des Elements aufeinander abstimmt. Denkbar ist es zu diesem Zweck beispielsweise, die Drehgeschwindigkeit der Rollen zu erfassen und die Winkelgeschwindigkeit ihres Trägers um die Längsachse des Elements entsprechend zu steuern.

Eine besonders einfache und zweckmäßige Regelvorrichtung ist eine mechanische Übersetzung zwischen einer Rolle und der Rotationsachse des Trägers. Das Übersetzungsverhältnis ist dabei auf den Rollendurchmesser und den Windungsdurchmesser des Vorrats abgestimmt.

Der folgende Beschreibungsteil erläutert ein Ausführungsbeispiel der Ausziehvorrichtung anhand einer prinzipienhaften Zeichnung. Sie zeigt

Fig. 1 Frontansicht der Vorrichtung,

Fig. 2 Seitansicht der Vorrichtung.

Mit der in zwei zueinander senkrechten Ansichten wiedergegebenen Ausziehvorrichtung wird ein flexibles Element 1 von rundem oder unrundem Querschnitt, beispielsweise ein Draht oder anderes strangförmiges Element, mit einer Vorschubeinheit 2 aus einem Vorrat 3 in Längsrichtung herausgezogen. Der Vorrat 3 besteht aus einem Behälter 4, etwa einem Faß, in dem das Element 1 in Windungen 5 liegt. Alternativ ist denkbar, daß die Windungen 5 auf einem zentralen Dorn fixiert oder selbsttragend sind.

Zwischen Vorschubeinheit 2 und Vorrat 3 befindet sich eine Rotationseinheit 6, welche die erste, dem Vorrat 3 nachgeordnete Führung des Elements 1 bildet und weiteren Führungen 7, etwa am Einzug der Vorschubeinheit 2 oder Umlenkrollen 7', in Bewegungsrichtung des Elements 1 vorgeordnet ist. Die Rotationseinheit 6 besteht aus einer Gruppe von drei Rollen 8, deren Achsen 9 drehbar in einem gemeinsamen Träger 10 fixiert sind. Der Träger 10 ist seinerseits um die Längsachse 11 des Elements drehbar, die mit der Achse der Windungen 5 zusammenfällt. Über eine mechanischen Übersetzung 12, die im Beispiel durch - z. T. mittels Achsen verbundene - Zahnräder 13-16 gebildet wird, ist die Achse 9 zumindest einer Rolle 8 mit der Rotationsachse 17 des Trägers 10 gekoppelt. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Rotationsgeschwindigkeit des Trägers 10 zur Drehgeschwindigkeit der Rollen 8 proportional ist. Durch geeignete Abstimmung der Übersetzung 12 ist erreichbar, daß die Drehung des Trägers 10 diejenige Torsion des Elements 1 beseitigt, welche durch das Ausziehen der Windungen 5 entsteht. Nach Durchlaufen der Rotationseinheit 6 ist das Element 1 somit torsionsfrei.

Wie in Fig. 2 erkennbar ist, sind die aufeinander folgenden Rollen 8 der Rotationseinheit 6 gegeneinander versetzt und bewirken eine Auslenkung 18 des Elements 1 von seiner geraden Bewegungsrichtung. Die Auslenkung 18 stellt eine Fixierung des Elements 1 in der Rotationseinheit 6 gegenüber einer Drehung um seine Längsachse 11 sicher.

Im Ergebnis entsteht somit eine Ausziehvorrichtung, die eine erhebliche Steigerung der Ausziehgeschwindigkeit gestattet und eine Schlingenbildung des Elements mit nachfolgenden Abrissen und Stillstandszeiten der Vorrichtung vermeidet.

Claims (8)

1. Verfahren zum Ausziehen eines langgestreckten Elements (1) aus einem in Windungen (5) liegenden Vorrat (3), wobei das Ausziehen in Richtung der Windungsachse erfolgt und dem Vorrat (3) nachgeordnete Führungen vorhanden sind, die das Element (1) senkrecht zu seiner Längsachse (11) fixieren, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (1) derart um seine Längsachse (11) gedreht wird, daß es torsionsfrei ist, und die Drehung in der ersten Führung erfolgt, die dem Vorrat (3) nachgeordnet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung des Elements (1) um die Windungsachse des Vorrats (3) erfolgt.

3. Verfahren zum Legen bzw. Wickeln eines langgestreckten Elements (1) zu einem in Windungen (5) angeordneten Vorrat (3), dadurch gekennzeichnet, daß das Element (1) derart um seine Längsachse (11) gedreht wird, daß es nach einem Ausziehen in Richtung der Windungsachse torsionsfrei ist.

4. Vorrichtung zum Ausziehen eines langgestreckten Elements (1) aus einem in Windungen (5) liegenden Vorrat (3), wobei das Ausziehen in Richtung der Windungsachse mit einer Vorschubeinheit (2) erfolgt und eine Führung des Elements (1) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (1) in der Weise in einer Rotationseinheit (6) um seine Längsachse (11) gedreht wird, daß es nach ihrem Durchlaufen torsionsfrei ist, und die Rotationseinheit (6) die erste Führung des Elements (1) bildet, die dem Vorrat (3) nachgeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationseinheit (6) mehrere Rollen (8) umfaßt, die in Richtung der Längsachse (11) des Elements (1) gegeneinander versetzt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (1) in der Rotationseinheit (6) über eine Gruppe von Rollen (8) verläuft, deren Achsen (9) in einem gemeinsamen Träger (10) befestigt sind, der um die Längsachse (11) des Elements (1) drehbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeit einer Rolle (8) um ihre Achse (9) und die Drehgeschwindigkeit des Trägers (10) um die Längsachse (11) des Elements (1) gekoppelt sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelung mit einer mechanischen Übersetzung (12) erfolgt.