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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verlegen von langgestrecktem Wickelgut wie beispielsweise Draht, isolierten oder nicht-isolierten Litzen, Glasfasern und dergleichen.
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Bei bekannten Wickelvorrichtungen und -verfahren wird ein strangförmiges Gut beispielsweise auf eine sich drehende Spule aufgebracht und damit auf den Kern der Spule aufgewickelt. Um eine lagenweise Wicklung zu erreichen, d. h. die Drahtwindungen nebeneinander auf die Spule zu legen, bewegt sich eine Umlenkrolle, die das Wickelgut zur Spule führt, im Wesentlichen parallel zur Achsrichtung der sich drehenden Spule. Es ist auch bekannt, die Spule feststehend anzuordnen und um die Spule einen sich zusätzlich axial bewegenden Flyer laufen zu lassen, der das Wickelgut lagenweise um die Spule legt.
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Um eine besondere Wicklungsart (Lage an Lage) zu erhalten, ist es auch bekannt, die axial verschiebliche Verlegeeinheit, auf welcher die Umlenkrolle angeordnet ist, der normalen Steigungsrichtung um einen gewissen Betrag nachlaufen zu lassen. Dadurch entsteht zwischen dem auflaufenden Wickelgut und der bereits liegenden Wicklung ein seitlicher Druck, der das Wickelgut bis zu letzten Windung der betreffenden Lage in gewünschter Weise verlegt.
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Erfolgt keine rechtzeitige Umkehr der Bewegungsrichtung der Verlegeeinheit, so erreicht das Wickelgut den Spulenflansch. Es steigt auf die letzte Windung der vollständig gewickelten Lage und bildet, bei weiter ausbleibender Richtungsumkehr direkt am Flansch einen so genannten ”Berg” der Wicklung aus.
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Dabei ergibt sich bei zu spät erfolgender Richtungsumkehr der Verlegeeinheit ein axialer Druck auf den Spulenflansch, der sich hierdurch – insbesondere bei Kunststoffspulen – elastisch verformt. Dies wirkt sich einerseits nachteilig auf die Haltbarkeit der Kunststoffspulen aus, andererseits ergeben sich durch die elastischen Rückstellkräfte des Flansches Probleme beim späteren Abwickeln des langgestreckten Wickelguts von der Spule.
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Direkt nach der Richtungsumkehr der Verlegeeinheit im Wickelprozess fehlt der Gegenflankendruck einer vorausgegangenen Wicklung. Daher hat das Wickelgut an dieser Stelle die Neigung, sich abhängig von der Größe des Einlaufswinkels in anfangs größeren Abständen, also mit größerer Steigung, aufzuwickeln. Dadurch entstehen zu Beginn in jeder Wicklungslage Zwischenräume, sogenannte ”Täler”, in die sich die Windungen der darüber liegenden Lage einwickeln, was zu Schwierigkeiten beim späteren Abwickeln des Wickelguts führen kann.
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Erfolgt die Richtungsumkehr der Verlegeeinheit jedoch zu spät, so überlappen sich, wie oben bereits erwähnt, mehrere Windungen am betreffenden Spulenflansch. Solche Häufungen von Wickellagen werden als Berge bezeichnet. In der Folge dieser Erscheinungsformen bilden sich, vermehrt in den Randbereichen der Wicklung, ungleichmäßige Lagen aus.
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Ebenso wird die Ausbildung von ”Bergen” und ”Tälern” durch eine unsachgemäße Einstellung der Verlegebreite des Wickelguts oder – wie erwähnt – infolge einer Verformung der Spulenflansche verursacht.
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Zusätzlich zu den durch die Ausbildung von Bergen und Tälern bedingten ungleichmäßigen und dadurch ungenügenden Nutzung des Wickelraums wird das jeweilige Wickelgut übermäßig beansprucht und kann somit beschädigt werden.
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Zur möglichst optimalen Nutzung des Wickelraums sowie zur Vermeidung einer elastischen Verformung von Spulenflanschen ist es daher anzustreben, bei der lagenweisen Verlegung des Wickelguts die Entstehung von Bergen und Tälern zu vermeiden.
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Zum Zweck der Geschwindigkeitssynchronisation sind Steuereinrichtungen, so genannte ”Tänzer” bekannt, die entweder die Laufgeschwindigkeit der Spule oder die Laufgeschwindigkeit des die Spule umkreisenden Flyers beeinflussen. Zur Erfassung von ”Bergen” und ”Tälern” wird beispielsweise die Geschwindigkeit des Wickelguts über das Tänzersignal oder mittels eines Analogtachos ermittelt. Diese Verfahren liefern relativ ungenaue Signale, aufgrund derer keine Aussage über die Amplituden der Berge und Täler gemacht werden kann.
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Aus der
DE 196 45 992 A1 ist eine Steuervorrichtung bekannt, die einen Drehzahlsensor zum Ermitteln der Drehzahl eines Flyers oder eines Wicklers aufweist, weiterhin eine Steuereinheit zum Aufnehmen von Signalen des Drehzahlsensors und eine Verlegeeinheit zum Aufbringen des langgestreckten Wickelguts auf die Spule. Zum Ansteuern der Verlegeeinheit kann die Steuereinheit entsprechend eines ermittelten Verlegegeschwindigkeits-Sollwerts die Verlegeeinheit ansteuern und eine Verlegebreitenverstellung durchführen. Auch eine automatische Verlegebreiteneinstellung kann realisiert werden. Dabei werden z. B. die Toleranzen der Spule berücksichtigt oder auch die Veränderung der Spulenmaße, die durch eine elastische Verformung der Flansche beim Wickeln entstehen kann. Zusätzlich kann die Steuereinheit eine automatische Umschaltpunktkorrektur durchführen. Die Verlegebreitenabweichung wird dabei im Bereich langsamer Drehzahlen über eine Änderung der Drehzahl im Verhältnis zu einer Referenzdrehzahl ermittelt, die mitten auf der Spule gemessen wird. Bei höheren Drehzahlen wird ein Tänzersignal herangezogen, welches den Wickler steuert.
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Andere bekannte gewordene Systeme verwenden zur digitalen Erfassung von Bergen und Tälern die Drahteinlauflänge, bezogen auf eine bestimmte Anzahl von Spulenumdrehungen, als Parameter. Dabei wird ein Mittelwertsdurchmesser auf der Spule ermittelt und dieser mit den Durchmessern an den Umschaltpunkten verglichen.
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Nachteilig an diesen beiden Systemen ist die indirekte Erfassung der Wicklungsqualität anhand von Parametern wie der Drehzahl, der Drahteinlauflänge oder der Verlegegeschwindigkeit. Eine Verlegebreitenverstellung kann erst vorgenommen werden, wenn Abweichungen dieser Parameter auftreten oder die Spulenflansche schon verformt sind, es also bereits zu einem ”deutlich” ungleichmäßigen Wicklungsbild gekommen ist.
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In der
DE 200 084 05 U1 wird vorgeschlagen, dass ein Laserabstandssensor mit seinem Laserstrahl so angebracht wird, dass er mit dem aufzuspulenden Draht eine fluchtende Linie bildet. Dieser Laserabstandssensor erfasst den Abstand zu einem auf einen Spulenkörper gewickelten Wickelgut und gibt den Wert an eine SPS-Steuerung aus. Diese vergleicht den Wert mit hinterlegten Daten, errechnet und wertet Änderungen aus und sendet damit Steuersignale an eine Verlegeeinheit, die hierdurch ihre Geschwindigkeit ändert, so dass eine gleichmäßige Wicklung auf der Spule entsteht. Dabei erkennt der Laserabstandssensor auch den Flansch des Spulenkörpers. Diese große Abstandsänderung wird in der Steuerung als Wendesignal ausgewertet und führt zur einer automatischen Reversion der Bewegungsrichtung der Verlegeeinheit.
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Nachteilig an diesem System ist, dass mit dem Laserabstandssensor nur der Abstand der Umlenkrolle zum Wickelgut erfasst wird. Der Durchmesser der Wicklung wird nicht ermittelt und bleibt unberücksichtigt. Damit kann zwar ein Signal zur Beschleunigung oder Verlangsamung der Verschiebeeinheit abgeleitet werden, eine exakte Berechnung der zum Ausgleich der ungleichmäßigen Oberfläche erforderlichen Geschwindigkeit der Verlegeeinrichtung ist in der beschriebenen Weise jedoch nicht möglich.
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Der Spulenflansch wird aufgrund der mit dem aufzuspulenden Wickelgut fluchtenden Anordnung des Laserabstandssensors erst dann erkannt, wenn sich die Verlegeeinheit mit dem Wickelgut auf Höhe des Spulenflansches befindet. Der optimale Zeitpunkt zum Umschalten der Verfahrrichtung der Verlegeeinheit ist dann bereits vorbei. In der Folge entsteht eine elastische Verformung des Spulenflansches und die Ausbildung eines sich am Flansch anlehnenden Berges.
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Der Einsatz der bekannten Vorrichtungen und Verfahren zur Verbesserung des Wickelbildes bei der Verlegung von Wickelgut ist zudem erschwert, wenn die Energieversorgung und der Signalaustausch wie beispielsweise bei Verlitzmaschinen nur über rotierende Bauelemente möglich ist.
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Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung zum Verlegen von langgestrecktem Wickelgut zur Verfügung zu stellen, welche ein möglichst gutes Wickelbild ohne Berge und Täler auf beliebigen Spulen erzeugt. Zudem soll die Verwendung der Vorrichtung möglichst bedienerfreundlich gestaltet sein und auf allen Spulsystemen eingesetzt werden können. Ferner soll die Vorrichtung die Energieversorgung und den Signalaustausch über rotierende Bauelemente ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Vorrichtung des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine Möglichkeit zur Erzielung eines möglichst guten Wickelbildes ohne Berge und Täler auf beliebigen Spulen zur Verfügung gestellt, die gleichzeitig eine elastische Verformung der Spulenflansche vermeidet und gegenüber den im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen erhebliche Vorteile aufweist.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich die Wickelspule während des Wickelvorgangs dreht. In diesem Fall wird dann eine sich hin- und her bewegende Verlegeeinheit verwendet, die das strangförmige Gut in der jeweils gewünschten Position zur Spule führt und sich im Wesentlichen parallel zur Achse der Spule bewegt. Dabei kann die Spule sowohl horizontal als auch vertikal angeordnet sein.
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In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung steht die Wickelspule während des Wickelvorgangs still. In diesem Fall bewegt sich die Verlegeeinrichtung mit einem sogenannten Flyer auf einer im Wesentlichen zylindrischen Fläche um die Spule herum und legt dabei das Wickelgut auf die Wickelspule.
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Das Wickelgut wird über eine Umlenkrolle zur Spule geführt, welche auf der Verlegeeinheit angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet bevorzugt eine Sensoreinrichtung mit mindestens einem Laserabstandssensor, der nach dem Triangulationsverfahren arbeitet und ebenfalls auf der Verlegeeinheit angeordnet ist.
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Zur Messung des Abstands des Wickelguts bzw. des Spulenkörpers von der Verlegeeinheit ist es möglich Sensoren zu verwenden, welche die Laufzeit von Schallwellen, Lichtwellen beispielsweise im sichtbaren oder Infrarotbereich oder generell elektromagnetischem Wellen, insbesondere im Mikrowellenbereich, erfassen und bevorzugt nach dem Triangulationsverfahren auswerten. Dabei kann, bei einer Aussendung von Pulsen beispielsweise auch das Pulslaufzeitverfahren zur Ermittlung des Abstandswerts verwendet werden. Ferner können dabei auch Sensoren mit einer Laser- oder LED-Lichtquelle eingesetzt werden, die zur Messwertbestimmung vorzugsweise das Triangulationsverfahren verwenden.
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Die Sensoreinheit vermisst bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung während der Fahrt der Verlegeeinheit die Spule sowie die Position der Spulenflansche und ermittelt so Spulenwinkel, Wickelgutwinkel, sowie Berge und Täler der Wicklung. Zur Steuerung der Vorrichtung werden vorzugsweise keine festen Spulengeometrien vorgegeben, so dass die Vorrichtung für alle bekannten Spulenformen, wie beispielsweise zylindrische, konische und bi-konische Spulen eingesetzt werden kann.
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Vorzugsweise wird zusätzlich mittels einer Geschwindigkeitsmesseinrichtung die Zufuhrgeschwindigkeit des Wickelguts erfasst und anhand der ermittelten Werte der Sollwert für die Positionssteuerung der Verlegeeinheit sowie für die Antriebsgeschwindigkeit der Wickelspule bzw. des Flyers abgeleitet.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Sensoreinheit auch zur Erkennung der Spulenflansche verwendet. Dabei wird bevorzugt bei jedem Verlegehub anhand der Messwertänderungen der Sensoreinheit die Position des Flansches ermittelt und die Werte für die darauf folgende Steuerung der Richtungsumkehr verwendet. Vorzugsweise sorgt die erfindungsgemäße Vorrichtung automatisch für die notwendige Nachführung der Umschaltpunkte. Durch diese permanente Korrektur der Umschaltpunkte wird eine unerwünschte Berg- bzw. Talbildung des Wickelgutes am Flansch verhindert. Zudem ergibt sich eine sehr hohe Bedienerfreundlichkeit, da keine Korrektur der Umschaltpunkte durch das Bedienpersonal erforderlich ist. Zudem ist diese Funktion unabhängig vom verwendeten Verlegemuster der Wicklung.
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Wird die Spule beispielsweise nach dem in der Patentschrift
EP 0 334 211 B1 bekannt gewordenen Wickelverfahren bewickelt, so ist eine bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehene Erfassung des Spulen- bzw. Wickelgutwinkels erforderlich. Bei der Verlegung nach dem in dieser Patentschrift beschriebenen Muster wird der Spulenkern gezielt schief bewickelt. Der Wickelgutwinkel kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der Sensoreinheit vermessen, überwacht und mittels einer geeigneten Verlegesteuerung nachgeregelt werden. Hierzu sieht die Vorrichtung vor, den Spulendurchmesser an beiden Spulenseiten kurz vor dem Flansch zu speichern. Über die Differenz der Spulendurchmesser (d
1 und d
2) und der Distanz der Messpunkte (Länge l) kann der Winkel des Wickelgutes wie folgt berechnet werden:
α = arctan l / d₁ – d₂ -
Durch die Ermittlung des Spulen- bzw. Wickelgutwinkels und die automatische Flanscherkennung ist es möglich, diese Vorrichtung unabhängig vom Spulenaufbau einzusetzen. Die ermittelten Winkel werden in die Steuerung der automatischen Verlegung, bzw. in die Flanscherkennung mit einbezogen. Daher kann beispielsweise eine in der
EP 0 334 211 B1 beschriebene schiefe Wicklung sowie die Verlegung auf zylindrischen, konischen und bi-konischen Spulen gesteuert werden. Dabei kann, nach dem Erfassen von Tälern, die Wickelgeschwindigkeit über eine Verminderung der Drehgeschwindigkeit der Spule bzw. des Flyers gesenkt und/oder die axiale Geschwindigkeit der Verlegeeinheit gedrosselt werden. Bei einer Erfassung von sogenannten Bergen kann, um ein gleichmäßiges Wickelbild wieder herzustellen, die Wickelgeschwindigkeit erhöht und/oder sogenannte Schiebeschritte der Verlegeeinheit in Richtung der Spulenachse durchgeführt werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigt:
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1 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Wickelvorrichtung,
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2 die Anordnung von Steuerelementen der erfindungsgemäßen Vorrichtung am Beispiel einer Verlitzmaschine und
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3 ein schematisches Blockschaltbild der Steuereinrichtung.
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1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Wickelvorrichtung 1. In der Figur ist links die rechte Hälfte einer Wickelspule 11, bestehend aus dem Spulenkern 12 und den beiden Flanschen 13 und 14 im Schnitt gezeigt. Aufgabe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es, den Spulenkern 12 möglichst gleichmäßig zur optimalen Nutzung des Wickelvolumens der Wickelspule 11 mit langgestrecktem Wickelgut 20 zu bewickeln. Dabei sind in der Figur die beispielhaft dargestellten unterwünschten Täler mit 22 und die Berge mit 21 bezeichnet.
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Rechts in der 1 ist die Verlegeeinrichtung 31 dargestellt. Die Verlegeeinheit 32 ist auf einer Spindelachse 39 gelagert. Eine Drehbewegung der Spindelachse 39 im oder gegen den Uhrzeigersinn bewirkt eine Bewegung der Verlegeeinheit 32 in einer mit dem Doppelpfeil 30 angedeuteten Richtungen im Wesentlichen parallel zur Spulenachse. Angetrieben wird die Spindelachse 39 durch den Motor 38. Die Verlegeeinheit 32 weist einen Träger 33 auf, auf dem die Umlenkrolle 34 sowie die Sensoreinheit 37 angeordnet sind.
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Bei der Verlegung des Wickelguts auf der Spule wird dieses über die Umlenkrolle 34 zur Wickelspule 11 geführt. Dabei wird zur gleichmäßigen Verteilung des Wickelguts auf der Spule die Verlegeeinheit 32 mittels des Motors 38 und der Spindelachse 39 bewegt.
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Die bereits verlegte Wicklung und die Spule werden während des Betriebs der Vorrichtung von der Sensoreinheit 37 vermessen. Die Sensoreinheit ist in der Lage, die Spulenflansche 13 und 14 sowie den Wicklungsdurchmesser der zuletzt verlegten Lage zu erfassen. Die optischen Sensoren der Sensoreinheit 37 arbeiten in einer bevorzugten Ausführungsform nach dem Triangulationsverfahren und benötigen somit keinen Reflektor.
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Die Sensoreinheit 37 dient auch zur Erkennung der Position der Spulenflansche. Bei jedem Verlegehub wird anhand der Messwertänderungen der Sensoreinheit die Position des Flansches ermittelt und für die darauffolgende Richtungsumkehr verwendet. Alternativ zur Benutzung zweier Sensoren, die zu beiden Seiten der Umlenkrolle angeordnet sind, kann die Vorrichtung auch mit einer Sensoreinheit, bestehend aus nur einem Sensor, arbeiten. Die Sensoreinheit muss in diesem Fall derart ausgeführt sein, dass dieser eine Sensor während des Betriebes zu den Umschaltpunkten hin verfahrbar bzw. schwenkbar ausgeführt ist.
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2 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 1, bei der die datenverarbeitenden Elemente der Steuereinrichtung 51 weitgehend im Spulenträger eingebaut ist. In dieser Ausführungsform der Vorrichtung weist die Steuereinrichtung 51 eine Mikroprozessorrecheneinheit 55 sowie einen dieser zugeordneten Speicher 53 auf. Die Energieversorgung und der Signalaustausch zwischen den Elementen der Steuereinrichtung 51 gestaltet sich bei der beispielhaft dargestellten Verlitzmaschine besonders schwierig, da die Energieversorgung und der Signalaustausch nur über eine rotierende Welle möglich sind. Die Verbindungsleitung zum Motor 38 der Verlegeeinrichtung 31, ist in 2 beispielhaft durch die Leitung 52 gezeigt. Auf die Darstellung der weiteren Elemente der Steuereinrichtung 51, die in 3 schematisch gezeigt ist, wird in 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.
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3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild der Steuereinrichtung 51 für die erfindungsgemäße Vorrichtung. Die Eingangswerte der Mikroprozessoreinheit 55 werden im Wesentlichen von der Sensoreinheit 37 und der Geschwindigkeitsmesseinrichtung 57 für die Zuführung des Wickelgutes erfasst. Die Mikroprozessorrecheneinheit 55 ist mit einem Speicher 53 verbunden, der in beliebig viele, auch unterschiedliche Speicherbereiche aufgeteilt sein kann. In diesem Speicher 23 ist ein Programm gespeichert, welches die Mikroprozessorrecheneinheit 55 steuert. Aus den Eingangsdaten der Sensoreinheit 37 und der Geschwindigkeitsmesseinrichtung 57 für die Zuführung des Wickelguts leitet die Mikroprozessorrecheneinheit 55 die Steuersignale für den Motor 38 der Spindelachse 39 sowie für den Wickelantrieb 56 ab, der bei der beispielhaft beschriebenen Verlitzmaschine die Wickelspule 11 antreibt.
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Die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendete Steuereinrichtung 51 beinhaltet eine diskrete Schnittstelle zu gängigen Antriebssystemen. Im Falle der Verlitzmaschine, welche die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielhaft darstellt, ist dies eine Schrittmotorlösung, die mit analogen und digitalen Signalen angesteuert wird. Zusätzlich erfolgt hierüber eine Positions-Ist-Wert-Erfassung für das Positioniermodul. Als weitere Schnittstelle zum Antrieb weist die Steuereinrichtung 51 eine CAN-Bus Schnittstelle auf. Die Kommunikation erfolgt in der bevorzugten Ausführungsform über die Schnittstelle RS485. Eine Profi-Bus Ansteuerung zur Kommunikation mit gängigen Steuerungstypen ist vorgesehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19645992 A1 [0012]
- DE 20008405 U1 [0015]
- EP 0334211 B1 [0029, 0030]
