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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bewegungsantriebssystem zum Steuern eines Rollringgetriebes.
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Rollringgetriebe sind eine gängige Methode zum Umwandeln einer Drehbewegung in eine lineare Bewegung. Solche Getriebe werden oft mit Hinblick auf ein Wickeln von Draht und dergleichen verwendet. Das Rollringgetriebe bewegt sich in einer Richtung fort, wobei seine Bewegungsrichtung durch Umklappen der innerhalb des Rollringgetriebes enthaltenen Ringe umgekehrt wird. Bisher waren solche Umkehrmechanismen rein mechanisch und die Umkehrung der Ringe wurde erreicht, indem ein an dem Umkehrmechanismus angebrachter Hebel auf einen Anschlag trifft und die Bewegungsrichtung des Getriebes dadurch umgekehrt wird, indem die Rollringe innerhalb davon durch einen federbelasteten mechanischen Mechanismus gedreht werden. Dies weist das Problem auf, dass eine erhebliche Erschütterung durch diese mechanische Umkehr in das Getriebe eingebracht wird. Ein solches Rollringgetriebe wurde in
WO2014128302 von der Anmelderin vorgeschlagen, dessen Inhalt hiermit in seiner Gesamtheit aufgenommen ist.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zum Antreiben eines solchen Rollringgetriebes bereitzustellen, um Erschütterungen und eine Abnutzung des Systems zu reduzieren.
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Dementsprechend bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Bewegungsantriebssystem zum Steuern eines Rollringgetriebes, das die folgenden Schritte umfasst:
a Bestimmen des Totpunkts der Rollringe, um den Betriebsmittelpunkt für einen Schrittmotor beim Umkehren der Rollringe bereitzustellen;
b Ermitteln eines Startpunkts;
c Festlegen eines ersten Umkehrpunkts und eines zweiten Punkts zum Umkehren des Rollringgetriebes, die in Bezug auf den Startpunkt definiert sind;
d Bestimmen der Bewegungsgeschwindigkeit des Rollringgetriebes in Abhängigkeit von dem Material, das gewickelt werden soll, und/oder der Geschwindigkeit des Aufwickelns;
e Bestimmen eines Endpunkts für das Aufwickeln in Abhängigkeit von der benötigten Tiefe des Aufwickelns oder der Menge an aufzuwickelndem Material;
f davon ausgehend wird die Steigung des Rollringes durch das System festgelegt, um die vorausgewählte Geschwindigkeit zu erzielen.
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Dies bietet den Vorteil, dass das System die Parameter zum Steuern des Getriebes bestimmen kann, wobei die Abnutzung des Systems verringert wird und die unterschiedlichen Parameter verschiedener Getriebe entweder aufgrund von Verschleiß oder aufgrund unterschiedlicher Werkstoleranzen in allen Phasen berücksichtigt werden. Dies ermöglicht somit, dass die Inbetriebnahme des Getriebesystems erheblich schneller erreicht wird.
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Vorzugsweise umfasst das System den folgenden zusätzlichen Schritt:
g Bestimmen der Kanten einer eckigen Spule, so dass die vier Punkte eingegeben werden.
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Dies bietet den Vorteil des gleichmäßigen Verlegens von Material auf einer eckigen Spule und ermöglicht, dass die Einstellung der Bewegung dies berücksichtigt, womit gewährleistet wird, dass eine gute Qualität der Wicklung erreicht wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das System den folgenden Schritt: Sicherstellen, dass die Geschwindigkeit auf der Hin- und Rückfahrt der Bewegung des Rollringgetriebes verschieden ist. Dies ermöglicht, dass die verschiedenen Bedingungen des Wickelns und/oder der Zustand des Getriebes berücksichtigt werden. Daher ermöglicht das System erheblich mehr Kontrolle über den Mechanismus, um den reibungslosen Ablauf eines beliebigen Wickelprozesses zu gewährleisten.
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Ein Beispiel eines Bewegungsantriebssystem-Umkehrmechanismus für ein Rollringgetriebe wird nun in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erörtert, wobei:
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1 einen Querschnitt durch ein Rollringgetriebe zeigt;
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2 eine perspektivische Seitenansicht eines Rollringgetriebes, das auf einer Drehwelle angebracht ist, an der ein Messsystem angebracht ist, zeigt;
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3 einen Querschnitt durch das Rollringgetriebe zeigt, der dem in 1 gezeigten entspricht, wobei darunter eine Draufsicht auf das Rollringgetriebe von der Seite gegenüber dem Motor gezeigt ist, wobei die Abdeckung entfernt ist;
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4 die in 2 gezeigte perspektivische Ansicht zeigt, wobei die Abdeckung des Rollringgetriebes entfernt worden ist;
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5 ein Bildschirmphoto einer Fahrprogrammseite für ein Bewegungsantriebssystem zeigt;
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6 ein Bildschirmphoto einer Reglerparameterprogrammseite für ein Bewegungsantriebssystem zeigt;
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7 ein Bildschirmphoto einer Optionsseite für ein Bewegungsantriebssystem zeigt;
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8 ein Bildschirmphoto eines Steuerbildschirms für eine Spule mit abgewinkelten Rändern zeigt;
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9 ein Bildschirmphoto einer speziellen Einrichtungsseite für ein Bewegungsantriebssystem zeigt;
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10 ein Bildschirmphoto einer Wartungsmanagementseite für ein Bewegungsantriebssystem zeigt;
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11 ein Bildschirmphoto einer Rezeptverwaltungsseite für ein Bewegungsantriebssystem zeigt; und
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12 ein Bildschirmphoto einer Systemeinstellungsseite für ein Bewegungsantriebssystem zeigt.
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Rollringgetriebe sind Kraftschlussgetriebe, die mittels Rollringen, die auf der Welle mit einem verstellbaren Steigungswinkel rollen, die Drehbewegung einer sich konstant drehenden glatten Welle in eine Hubbewegung umwandeln. Das Rollringgetriebe wirkt wie Muttern auf Schraubenspindeln, besitzt jedoch eine feine Steigungseinstellung, die links- oder rechtsgängig sein und auch null werden kann. Die Steigung wird durch schwenkende Rollringe korrigiert, die mit ihrer Geometrie rollen und gegen die Wellenoberfläche drücken.
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In 1 ist der Schrittmotor 12 an der Seite des Rollringgetriebes 10 anstelle eines mechanischen Standard-Umkehrsystems befestigt. Der Schrittmotor 12 ist mit einem inneren Ringgehäuse 16 des Rollringgetriebes 10 durch einen Klemmring 15 verbunden. Der Klemmring ist an einer Welle 18 befestigt, die an dem mittleren Rollring 20 angebracht ist. Der mittlere Rollring 20 ist mechanisch mit den beiden anderen Ringen 22 und 24 verbunden. Somit wird dann, wenn die Welle 18 gedreht wird, die Steigung aller Ringe entsprechend geändert.
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2 zeigt die Positionssteuerung des Rollringgetriebes 10. Ein magnetisches inkrementelles Messsystem 25 ist jeweils an der Seite des Rollringgetriebes angebracht. Das magnetische inkrementelle Messsystem 26 umfasst einen Abtastkopf 13, der an der Seite des Rollringgetriebes 10 befestigt ist und während des Hubs über einen Magnetstreifen 14 läuft, der an der Außenseite der Bahn des Rollringgetriebes 10 angebracht ist. Somit wird der Abschnitt der Fahrt detektiert und über eine Steuerung die Position der Rollringgetriebe 22, 24 und 26 mittels des Schrittmotors 12 verändert.
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3 zeigt einen Querschnitt durch das Rollringgetriebe, wie er in 1 gezeigt ist, wobei die Zapfen 34, um die sich die beiden äußeren Getriebe 22 und 24 drehen, sichtbar sind. Die Figur zeigt zudem eine Draufsicht von der Oberseite des Rollringgetriebes aus, die der Seite gegenüberliegt, an der der Motor 12 montiert ist. Diese zeigt eine T-förmige mechanische Verbindung 26, die über eine Kerbe 28 auf der Unterseite des T und einen Vorsprung 30 auf dem mittleren Rollringgetriebe 20 damit verbunden ist. Die mechanische Verbindung 26 weist ein Loch durch die Mitte seiner T-Form auf, das länglich ist und in dem der Zapfen 34 des mittleren Rollringgetriebes 20 verläuft. Die beiden Seiten der Oberseite des T sind mit den Rollringgetrieben 22 und 24 durch Schwenker 32 befestigt. Das bedeutet, dass dann, wenn das mittlere Rollringgetriebe mittels des Motors 12 gedreht wird, die beiden anderen Ringgetriebe 22 und 24 durch die mechanische Verbindung 26 bewegt werden.
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4 zeigt zunächst einen Querschnitt durch das Rollringgetriebe, wie er in 1 gezeigt ist, wobei die Zapfen 34, um die sich die beiden äußeren Getriebe 22 und 24 drehen, leicht sichtbar sind. Die Figur zeigt zudem eine Draufsicht von der Oberseite des Rollringgetriebes her, die der Seite gegenüberliegt, an der der Motor 12 montiert ist. Diese zeigt eine mechanische Verbindung 26, die über eine Kerbe und einen Vorsprung 30 an dem zentralen Rollringgetriebe 20 befestigt ist. Die Verbindung weist ein Loch durch die Mitte ihrer T-Form auf, das länglich ist und in das der Zapfen 34 des mittleren Rollringgetriebes 20 passt. Die beiden Seiten der Oberseite des T sind an den Rollringgetrieben 22 und 24 durch Schwenker 32 befestigt. Das bedeutet, dass dann, wenn das mittlere Rollringgetriebe mittels des Motors gedreht wird, die beiden anderen Ringgetriebe 22 und 24 durch die mechanische Verbindung 26 bewegt werden.
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4 zeigt 2, wobei das Gehäuse des Rollringgetriebes 10 entfernt ist. Dies zeigt deutlich, dass der Motor 12 auf dem Rollringgetriebe der mechanischen Verbindung 26 gegenüberliegt.
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Dieser elektronische Umkehrmechanismus für ein Rollringgetriebe ersetzt das mechanische Umkehrsystem mit einem Schrittmotor-Umkehrmechanismus der ein Steuersystem umfasst. Bei dem mechanischen Standard-Umkehrsystem wird der Schaltvorgang durch einen federbetätigten Mechanismus ausgelöst, der bei Kontakt mit festen Anschlägen betätigt wird. Der entscheidende Vorteil des vorliegenden Umkehrmechanismus gegenüber dem mechanischen Standard-Umkehrsystem ist, dass während eines Hubs der Steigungswert und der Umkehrpunkt (Umschaltung) des Rollringgetriebes individuell für spezielle Wicklungs- oder Bewegungsaufgaben geändert werden können. Wicklungs- oder Bewegungsaufgaben mit variablen Parametern während eines Hubes können erfüllt werden. Ein Steigungswert pro Wellendrehung und die Umschaltung des Rollringgetriebes können individuell durch die Schrittmotorsteuerung verändert werden. Die genaue Position oder der Abstandsweg des Rollringgetriebes können durch den Regler durch ein inkrementelles magnetisches Messsystem, einen Kabelsensor oder ähnliches überwacht werden.
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Durch Verwendung eines Schrittmotor-Umkehrmechanismus können Beschleunigungs- und Verlangsamungsrampen bei konstanter Wellengeschwindigkeit durch einfache Steigungsregelung während des Hubes durchlaufen werden. Durch die Kombination des Schrittmotor-Umkehrmechanismus und der Positionsdetektion des Rollringgetriebes ist es auch möglich, mehrere Spulen Seite an Seite zu einem Getriebe aufzuwickeln, wenn die genauen Umkehrpunkte in dem Regler gespeichert sind.
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Ein Bewegungsantriebssystem für ein Rollringgetriebe wird nun unter Bezugnahme auf 5 bis 12, die die Bildschirmphotos der verschiedenen Seiten des Steuerprogramms umfassen, beschrieben.
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Bevor die Parameter für eine bestimmte Aufgabe in das Steuersystem für das Rollringgetriebe eingegeben werden, wird eine Standard-Kalibrierung ausgeführt, um das ordnungsgemäße Funktionieren des Rests des Steuersystems zu gewährleisten. Die Antriebswelle wird mit einer festgelegten Geschwindigkeit gedreht. Diese Geschwindigkeit ist so gewählt, dass sie nicht zu schnell ist, da dies zu einer erheblichen Bewegung des Rollringgetriebes führen würde. Dann wird der Totpunkt der Rollringe bestimmt. Das Programm überprüft die Position des Rollringgetriebes und bestimmt, ob es sich auf der Welle bewegt. Das Programm ändert dann die Winkel der Ringe, so dass die Bewegung langsam verringert wird, bis das Getriebe gestoppt ist. Sobald das Getriebe für eine ausreichende Zeit angehalten worden ist, wird bestimmt, dass der Totpunkt erreicht worden ist. Als Beispiel wird eine Zeitspanne von 550 ms als ausreichend angesehen. Dieser dient dann als Bezugspunkt für die Eingabe der Steigung in die Systemsteuerung. Dies hat den Vorteil, dass der Totpunkt von jedem einzelnen Getriebe bestimmt wird, auch wenn sich dieser aufgrund der Abnutzung der Ringe verändert. Dadurch verringert sich die Notwendigkeit einer umfassenden Optimierung in der Fabrik des Rollringgetriebes.
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Das Steuersystem bestimmt dann den Startpunkt des Rollringgetriebes. Dieser ist in der Regel an dem einen oder dem anderen Ende der Welle. Jedoch muss die genaue Position möglicherweise je nachdem, welche Aufgabe betrachtet wird, bestimmt werden, so dass das Rollringgetriebe an diesem Punkt frei von jeglichen Arbeitsteilen ist, auf die beispielsweise zum Wechseln von Spulen und anderer Ausrüstung, die an dem Antriebssystem angebracht ist, zugegriffen werden muss.
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5 zeigt den Startbildschirm für einen einfachen Wickelvorgang. Punkt 1 ist der erste Umkehrpunkt und Punkt 2 ist der zweite Umkehrpunkt. Diese sind auf dem Bildschirm als 100 mm und 400 mm angezeigt. Dann wird die erwünschte Geschwindigkeit, mit der sich das Rollringgetriebe entlang der Welle für eine festgelegte Wellengeschwindigkeit bewegen wird, in das Programm eingegeben. Dies bestimmt dann die Steigung der Rollringe. Das Programm ermöglicht, dass die Steigung in alternativer Weise festgelegt wird. Die Steigung kann auch basierend auf Beobachtungen der Geschwindigkeit durch den Sensor 13 geändert werden. In dem Bildschirm sind zwei Steigungen gezeigt, die sich auf unterschiedliche Bewegungsrichtungen beziehen. Dies beruht darauf, dass in Abhängigkeit von den jeweiligen Vorgängen nicht notwendigerweise in jeder Richtung eine gleich große Bewegungsgeschwindigkeit erwünscht ist. Sobald Punkt 1 oder Punkt 2 erreicht ist, wird ein Impuls erzeugt, der ein Umschalten oder eine Umkehr der Ringe verursacht. Die Geschwindigkeit des Rollringgetriebes wird gemessen und an die festgelegten Parameter angepasst. Das Bildschirmphoto ermöglicht einen Zugang zu weiteren Bildschirmen, die sich auf Reglerparameter und Optionen beziehen.
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6 zeigt die Reglerparameterseite. Diese weist festgelegte Grenzen für die zwei in 5 definierten Geschwindigkeiten auf, um sicherzugehen, dass die Geschwindigkeit des Rollringgetriebes innerhalb eines festgelegten Parameters liegt. GW 1o ist die obere Grenze und GW 1u ist die untere Grenze, wobei das gleiche für GW 2 gilt. Falls diese Parameter überschritten werden, wird manuelle Aufmerksamkeit auf das System gelenkt. Die Verzögerungszeit vermerkt die Zeit, für die die Geschwindigkeitssteuerung nicht in Gebrauch ist (Totzonenzeit).
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7 zeigt die Optionsseite. Zunächst ermöglicht sie dem Anwender, eine Punktoptimierung auszuwählen, die die Berechnung des Schlupfes, während eine Veränderung der Richtung auftritt, beinhaltet. Daher beziehen sich bikonische Parameter auf die Startpunkte, an denen die Umkehr der Bewegung beginnt, und die Breite der Distanz, über die die Umkehr stattfindet. Die Anzahl an Fahrten bestimmt die Tiefe, die ein korrekt gewickeltes Material auf einer Spule erreichen wird.
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8 zeigt den V-Kurven-Bildschirm der sich mit der Umkehrphase des Rollringgetriebes beschäftigt. Die Punkte P1, P2, P3 und P4 befinden sich auf der Auswärtsrichtung und die Punkte P5, P6, P7 und P8 befinden sich auf der Rückkehrrichtung der Bewegung des Rollringgetriebes. Der Punkt 1 befindet sich an dem Start der Bewegung, der Punkt 2 ist dort, wo das Getriebe auf die erwünschte Geschwindigkeit beschleunigt hat, Punkt 3 befindet sich an dem Punkt, an dem die Verzögerung beginnt und Punkt 4 ist dort, wo das Getriebe anhält. Dies ist für die Punkte P5, P6, P7 und P8 ähnlich. V1 bezieht sich auf die Geschwindigkeit auf der Hinfahrt und V1 bezieht sich auf die Geschwindigkeit auf der Rückfahrt. Dies ermöglicht eine genaue Steuerung des Verlegens von gewickeltem Material auf eine Spule mit abgewinkelten Rändern.
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9 zeigt zusätzliche spezielle Informationen, die hinzugefügt werden können. Dies umfasst die Möglichkeit, die Breite des zu wickelnden Materials und die Ränder der Spule links und rechts, die für verschiedene Spulen angepasst werden können, hinzuzufügen. Ebenso kann die Steigung in Abhängigkeit von der Anzahl der notwendigen Windungen und der Tiefe der benötigten Wicklungen verändert werden. Die Geschwindigkeit der Wickeltrommel kann ebenfalls eingegeben werden. Es kann auch vermerkt werden, ob es eine Überbrückung für kleine Spulen gibt, womit gemeint ist, dass es weitere Teile zwischen dem Rollringgetriebe und der Spule, auf die das Material gewickelt wird, gibt. Der Bildschirm sieht ebenso eine Start- und eine Halteschaltfläche für den Betrieb des Getriebes vor.
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In 10 ist der Wartungsmanagement-Bildschirm gezeigt. Damit können die aktuell erreichte Anzahl und die maximale Anzahl, bei der eine Wartung stattfinden sollte, eingestellt werden. So können die Anzahl der gewickelten Trommeln, die Anzahl an Durchläufen der Fahrt, die Gesamtzahl der Umschaltungen bzw. Umkehrungen und die Gesamtbetriebszeit aufgewiesen sein. Es kann die Betriebslänge, die Betriebszeit an diesem Tag und die des vorherigen Tags angegeben sein. Dies ermöglicht es einer Bedienperson der Maschine, einen exakten Überblick über die Abnutzung, die dem Rollringgetriebe zugefügt wird, zu behalten.
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11 zeigt den RezeptverwaltungsBildschirm für das Programm, worin die Anzahl der geladenen Spulen und die Anzahl derer, die mit Material beladen sind, vermerkt sein können. Diese Inhalte können an weitere Managementsysteme in der Fabrik über die Übernehmen-Schaltfläche übermittelt werden. Der Rezepturname ermöglicht es, den betroffenen Materialtyp und die notwendige Anzahl auszuwählen. Der Datensatzname ermöglicht es, den Materialtyp in einer Datenbank zu speichern oder aus einer Datenbank für zukünftige Verwendung durch den Anwender abzurufen.
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12 zeigt die Systemeinstellungsseite, die einen Anwender dazu befähigt, verschiedene Funktionen in Anhängigkeit von der dem Anwender gegebenen Lizenz auszuwählen. Somit wird dem Anwender Zugang zu freigegebenen Funktionen, die nachfolgend aufgelistet sind, ermöglicht: Basislizenz, Geschwindigkeitssteuerung, Punktoptimierung, Wickeln von konischen Spulen, V-Kurve, kundenspezifische Steuerung, Visualisierung, Wartungsmanagement. Unten sind die Basiseinstellungen angegeben, die sich auf die ausgeführte Arbeit beziehen, nämlich: Auftragsnummer, die Länge der Antriebswelle, der Durchmesser der Antriebswelle, der eingesetzte Sensor, das Datum, die Anzahl und die Diagnose zur Fehlersuche.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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