DE2529922A1

DE2529922A1 - Vorrichtung zum aufwickeln von draht- oder fadenfoermigem material auf einen spulenkoerper

Info

Publication number: DE2529922A1
Application number: DE19752529922
Authority: DE
Inventors: Alex Ciniglio; Richard Mclaren Hadfield
Original assignee: ROTAWINDER Ltd
Current assignee: ROTAWINDER Ltd
Priority date: 1975-01-30
Filing date: 1975-07-04
Publication date: 1976-08-05
Also published as: DE2529922B2; DE2914426A1

Description

Unsere Akte: 4148-I-2o2oAlII-2o21

ihr zeichen: Pat ent anmeldung ROTAVTJTDEH ΙιΙΜΓΓΕΡ« Hainault. Ilford - Essex (England)

Vorrichtung zum Aufwickeln von draht- oder fadenförmigem Material auf einen Spulenkörper

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufwickeln von draht- oder fadenförmigem Material auf einen Spulenkörper, welcher aus einem drehbar und axial nicht verlagerbaren Flieger und einer konzentrisch zum Flieger drehfest gelagerten und in bezug auf den Flieger axial hin und her verfahrbaren Spulenträgerhalterung besteht.

Bei dem allgemein unter der Bezeichnung "Flugwickeln" bekannten Aufwxckelverfahren wird Draht auf einen feststehenden Spulenkörper aufgewickelt. Diese Art des Aufwickeins weist von Haus aus gewisse Vorteile auf gegenüber Aufwickelverfahren, bei denen der Spulenkörper umläuft. Bei schnell umlaufendem Spulenkörper werden beispielsweise hohe Zentrifugalkräfte erzeugt, welche ein Lockern des aufgewickelten Drahts zur Folge haben, so daß ein einwandfreies Aufwickeln äußerst schwierig und streng genommen sogar unmöglich ist.

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Bei der bekannten Vorrichtung zum Flugwickeln trägt eine Hohlwelle einen gekröpften Arm mit Drahtführungen. Der Spulenkörper wird innerhalb des Schwenkbereichs des gekröpften Arms koaxial zur Hohlwelle angeordnet. Der Draht durchläuft die Hohlwelle, dann die Drahtführungen des gekröpften Arms und wird dann am Spulenkörper oder an einem diesem unmittelbar benachbarten Punkt befestigt. Während die Hohlwelle und der gekröpfte Arm umlaufen und der Spulenkörper axial hin und her bewegt wird, erfolgt die Aufwicklung des Drahts auf dem Spulenkörper, wobei der Draht über die Drahtführungen und durch die Hohlwelle hindurch zugeführt wird. Bei diesem Aufwickelverfahren erfährt der Draht mehrere mehr oder minder starke Richtungsänderungen, die einen Zugwiderstand zur Folge habesi, der ähnlich ist dem Zugwiderstand beim Aufwickeln eines Seils um einen Dalben beim Festmachen eines Schiffs.

Dieser Zugwiderstand wird auch als "Dalbeneffekt" bezeichnet. Die Formel für den "Dalbeneffekt" (d.h. den Faktor, um den die Spannung aufgrund einer Richtungsänderung an einer Drahtführung oder einer Krümmung in einem Führungs-

rohr multipliziert wird) lautet μ , in welcher μ der Reibungskoeffizient und θ die im Bogenmaß gemessene Richtungsänderung ist.

Bei den bekannten Aufwickelvorrichtungen sind in Verbindung mit den gekröpften Armen vier Drahtführungen vorgesehen, nämlich jeweils eine an beiden Enden der Hohlwelle und zwei an dem gekröpften Arm. Der Draht erfährt beim Austreten aus der Hohlwelle und Einlaufen in die erste Drahtführung eine Richtungsänderung von 45°, eine weitere Richtungsänderung von 45°, durch welche er parallel zur Hohlwellenachse ausgerichtet wird, und schließlich noch eine letzte Richtungsänderung um 90° zwischen der letztgenannten Drahtführung und der Aufwicklung auf den Spulenkörper, so daß der

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"Dalbeneffekt" über insgesamt 180° auftritt. Das trifft jedoch nur für den statischen Zustand oder langsames Aufwickeln zu.

Bei Aufwicklung mit hoher Geschwindigkeit, insbesondere auf Spulenkörper von rechteckförmigem Querschnitt, tritt jedoch aufgrund unvermeidbarer Unregelmäßigkeiten an der Drahtzuführspule und aufgrund der sich zwangsläufig ergebenden Geschwxndxgkextsänderungen des Drahts beim Aufwickeln aut rechteckförmige Spulenkörper ein sogenanntes "Schlagen" auf. Dieses "Schlagen" bewirkt einen zusätzlichen "Dalbeneffekt" schwankender Größe an der Einlaufseite der Drahtführungen in der Aufwickelvorrichtung. Dieser schwankende Dalbeneffekt ist besonders nachteilig, da er die Einstellung und Aufrechterhaltung eines mittleren Zugspannungswerts unmöglich macht, wenn die Zugspannungsfestxgkext des Drahts überschreitende Spannungsspitzen vermieden werden sollen.

Anstelle mehrerer Führungen wird manchmal auch ein Rohr als Drahtführung oder "Flieger" verwendet. Dadurch läßt sich zwar das Schlagen an der Einlaufseite der Führungen vermeiden, andererseits ergibt sich jedoch der Nachteil, daß sich die von den Drahtherstellern verwendeten Schmier- und Gleitmittel an den Rohrwänden ansammeln und nach einer gewissen Laufzeit ein Anhaften des Drahts zur Folge haben. Dieses Anhaften führt zu einem wesentlich gesteigerten "Dalbeneffekt".

Aufgabe der Erfindung ist nunmehr die Schaffung einer Vorrichtung zum Aufwickeln von draht- oder fadenförmigem Material, die nicht mit den vorgenannten Nachteilen behaftet ist und ein Aufwickeln mit hoher Geschwindigkeit gestattet.

Die zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene Vorrichtung des eingangs genannten Typs ist erfindungsgemäß

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dadurch gekennzeichnet, daß der Flieger aus einem Hohlkörper mit einem sich über seine Länge symmetrisch zur Drehachse in seinem Durchmesser vergrößernden und eine Drahtführung bildenden Innenraum besteht, das im Durchmesser größere Ende des Innenraums auf der Seite der Spulenträgerhalterung angeordnet und in seinem Durchmesser derart bemessen ist, daß ein auf der Halterung befestigter Spulenkörper in den Innenraum einführbar ist, und daß an dem Ende größeren Durchmessers eine Drahtführung angeordnet ist, durch welche das draht- oder fadenförmige Material vor Aufwickeln auf den Spulenkörper hindurchgeführt ist.

Die an dem größeren Durchmesserende des Innenraums befindliche Drahtführung besteht vorzugsweise aus einer öse. Außerdem verjüngt sich der Innenraum des Fliegers vorzugsweise in etwa kegelförmig, und das draht- oder fadenförmige Material ist an einer im wesentlichen in der Drehachse des Fliegers befindlichen Stelle in den Innenraum einführbar. Mit dieser Anordnung kann das in den Flieger einlaufende draht- oder fadenförmige Material ungehindert eine optimale Lage innerhalb der Drahtführung einnehmen, wobei sich in der Praxis gezeigt hat, daß der sich innerhalb der Drahtführung befindliche" Drahtabschnitt eine schraubenlinienförmig gewendelte Formgebung annimmt, was darauf zurückzuführen ist, daß die Drehgeschwindigkeit des Drahts auf seinem Wege vom Scheitel zum breiteren Ende des kegelförmigen Innenraums stark zunimmt. Aufgrund seiner Massenträgheit bleibt der Draht hinter der umlaufenden Oberfläche zurück und stellt sich in eine Lage ein, in welcher die Drahtspannung die Trägheitskräfte aufhebt. Der schraubenförmig gewendelte Drahtabschnitt dient dabei als Drahtvorrat, welcher Schwankungen in der Drahtzuführgeschwindigkeit beim Bewickeln rechteckförmiger Spulenkörper ausgleicht und aufgrund Unregelmäßigkeiten an der Drahtzuführspule auftretende geringfügige. SpannungsSteigerungen dämpft.

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Vorzugsweise beträgt der öffnungswinkel, d.h. der Winkel zwischen Kegelfläche und Achse der Drahtführung weniger als 45° und liegt bei beispielsweise nur 10°, damit Richtungsänderungen des Drahts möglichst gering gehalten werden. Auf diese Weise läßt sich die gesamte Richtungsänderung des Drahts auf einen Winkel von 110° verringern. Gleichzeitig damit werden auch schwankende Dalbeneffekte verringert, was einerseits darauf zurückzuführen ist, daß weniger Drahtführungen vorhanden sind, und andererseits darauf beruht, daß der Draht an der Wand des sich kegelförmig verjüngenden Innenraums anhaftet und somit der Drahtweg stabilisiert ist.

Vorzugsweise weist der Flieger eine sich kegelförmig verjüngende Formgebung auf und ist symmetrisch zu seiner Drehachse ausgebildet. Für Hochgeschwindigkeits-Wickelvorgänge ergeben sich damit die Vorteile einer niedrigen Masse und einer inhärent niedrigen Unwucht.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind ein Drehantrieb für den Flieger und eine zum Hin- und Herbewegen der Spulenträgerhalterung dienende Vorrichtung mit gemeinsamem Antrieb vorgesehen, wobei die Drehgeschwindigkeit der Drahtführung proportional zur Geschwindigkeit der Hin- und Herbewegung der Spulenträgerhalterung ausgelegt ist.

Die sich kegelförmig verjüngende Drahtführung verbindet den Vorteil hoher Festigkeit mit niedrigem Gewicht, was aus dem Grunde wichtig ist, weil der Flieger schnell und präzise beschleunigt und verzögert werden muß. Außerdem bildet die sich kegelförmig verjüngende Drahtführung einen Schutzschild zum Auffangen von Teilen, die sich ggf. während des Aufwickeins vom Spulenkörper lösen.

Der Erfindungsgegenstand ist im nachfolgenden anhand des in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher er-

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läutert, in welchen zeigt

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Aufwickeln von Draht bei der Ausbildung einer elektrischen Spule vermittels Flugwickeln ,

; Fig. 2 einen im größeren Maßstab gehaltenen Querschnitt durch den Flieger, und

Fig. 3 eine schaubildliche, schematische Ansicht des Fliegers während eines Aufwickelvorgangs .

Die in den Zeichnungen dargestellte Vorrichtung zum Bewickeln elektrischer Spulen weist einen hohlen Flieger 1 auf, der an seinem einen Ende 2 in zwei mit 3 bezeichneten Kugellagern drehbar um seine Achse gelagert ist. Die Kugellager 3 sind von bekannter Ausführung, so daß sich eine Beschreibung ihrer Einzelheiten erübrigt. Der Flieger 1 ist allgemein von kegelstumpfförmiger Formgebung und weist an dem genannten Ende 2 einen zylindrischen Abschnitt 4 auf, mit welchem der Flieger.in den Kugellagern 3 gelagert ist. In seinem Inneren bildet der Flieger 1 einen von dem einen zum anderen Ende durchgeführten, sich kegelförmig verjüngenden Innenraum 5, so daß der Flieger einem dünnwandigen Hohlkörper entspricht. Der sich kegelförmig verjüngende Innenraum 5 bildet eine zur Fliegerdrehachse konzentrische Drahtführung, wobei der Innenraum an seinem engeren Ende 6 in den Kugellagern 3 gelagert ist. An dem engeren Ende 6 des sich förmig verjüngenden Innenraums 5 befindet sich eine Ke,. führung wie z.B. eine öse 8 als EinlaufÖffnung. An dem breiteren Ende ist eine Drahtführung 9 angeordnet, durch welche der Draht vor dem Aufwickeln auf einen Spulenkörper hindurchgeführt wird.

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Die Drahtführung 9 besteht ebenfalls aus einer keramischen öse, die sich nach beiden Seiten hin erweitert, da der Draht, wie weiter unten ausführlicher erläutert, innerhalb des Fliegers einem schraubenförmig gewendelten Pfad folgt und beim Austreten aus der öse um angenähert 100° abgelenkt wird. Gegenüber der Drahtführung 9 ist ein Ausgleichsgewicht 30 angeordnet.

Der Spulenkörper 10 ist an dem Ende einer als Spulenträgerhalterung dienenden Trägerwelle 11 befestigt, welche hin und her bewegbar ist, so daß der Spulenkörper dementsprechend zwischen einer (entsprechend der Darstellung) ganz innerhalb des Fliegers befindlichen Stellung und einer Stellung verfahrbar ist, in welcher sich nur das freie Ende des Spulenkörpers innerhalb des Fliegers befindet. Beim Aufwickeln durchläuft der Draht die Führung 8, den sich kegelförmig verjüngenden Innenraum 5 und die Führung 9, und wird hinter dieser auf den Spulenkörper 10 aufgewickelt. Bei seinem Durchgang durch den sich kegelförmig verjüngenden Innenraum 5 des Fliegers nimmt der Draht 31 wie in Fig. 3 dargestellt eine schraubenförmig gewendelte Formgebung an, welche darauf zurückzuführen ist, daß die Drehgeschwindigkeit des Drahts mit zunehmendem Durchmesser der Führungsfläche fortlaufend zunimmt.

Der Drehantrieb für den Flieger und die zum Hin- und Herbewegen der Spulenträgerhalterung 11 dienende Vorrichtung haben folgenden Aufbau: Eine in Lagern 16 gelagerte Transmissionswelle 15 wird durch einen (nicht dargestellten) Elektromotor angetrieben. Die Welle 15 trägt zwischen den Lagern 16 ein Zahnrad 12, das über einen (in gestrichelten Linien angedeuteten) Zahnriemen 13 mit einer auf dem Ende 2 des Fliegers 1 befestigten Zahntrommel 14 gekoppelt ist. Die Zahntrommel 14 ist in ihrer Länge so bemessen, daß sie ggf. zwei Zahnriemen nebeneinander aufnehmen kann. An dem

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dem Flieger abgewandten Ende trägt die Transmissionswelle 15 eine Riemenscheibe 17, welche über einen Riemen 18 mit einer weiteren Riemenscheibe 19 auf der Antriebswelle eines Getriebes 20 gekoppelt ist. Dieses Getriebe besteht beispielsweise aus einer Schneckenraduntersetzung mit dem Untersetzungsverhältnis 40 : 1. Zur Änderung des Untersetzungsverhältnisses kann eine Nockenvorrichtung vorgesehen sein.

Die Abtriebswelle des Getriebes 20 treibt ein Zahnrad 21 an, das mit einem zweiten Zahnrad 22 kämmt, welches seinerseits wiederum mit einem dritten Zahnrad 23 kämmt. Das zweite und das dritte Zahnrad 22 bzw. 23 sind jeweils einer rechten und einer linken Kupplung 24 bzw. 25 zugeordnet. Die rechte Kupplung 24 dient zum Antrieb eines Ritzels 26, während die linke Kupplung 25 zum Antrieb eines Ritzels 27 dient. Beide Ritzel 26, 27 stehen in Eingriff mit einer fest mit der Trägerwelle 11 verbundenen Zahnstange 28. In der Einrückstellung der rechten Kupplung 24 werden die Zahnstange 28 und damit die Trägerwelle 11 in der einen Axialrichtung verlagert, während in der Einrückstellung der linken Kupplung 25 die Zahnstange 28 und die Trägerwelle 11 in der entgegengesetzten Axialrichtung verstellt werden. In beiden Fällen läuft das jeweils nicht angetriebene Ritzel 26 oder 27 frei mit.

Zur Begrenzung der Axialverstellung der Zahnstange 28 sind (nicht dargestellte) Endschalter vorgesehen, welche entsprechende Signale liefern, durch welche eine Kupplung in die Ausrückstellung und die jeweils andere Kupplung in die Einrückstellung gebracht wird. Einrücken und Ausrücken der Kupplungen erfolgen vermittels der in Fig. 1 unterhalb der Kupplungen dargestellten Iheumatikvorrichtung, welche von an sich bekannter Ausführung ist.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich, ist die

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Drehgeschwindigkeit des Fliegers proportional der Geschwindigkeit der Hin- und Herbewegung der Trägerwelle 11. Dieses Merkmal ist aus dem Grunde wichtig, um gleichförmige Abstände zwischen den Windungen der gewickelten Spule zu erhalten.

Wenn sehr hohe Aufwickelgeschwindigkeiten erwünscht sind, kann der Elektromotor ggf. durch eine Turbine ersetzt werden.

Der vorstehend beschriebene Flugwickler erbringt den Vorteil, daß die bei Drahtrichtungsänderungen auftretenden Zugwiderstände verringert sind. Bei derartigen Richtungsänderungen liegt der Draht gegen die Drahtführung an, mit dem damit unvermeidbar verbundenen Zugwiderstand oder "Dalbeneffekt", dessen Größe durch die Größe der Richtungsänderung und den Reibungskoeffizienten zwischen Draht und Auflagefläche vorgegeben ist. Durch Verringerung des Gesamtwinkels, um den der Draht beim übergang von einer Äbwickelspule auf den Spulenkörper umgelenkt wird, ist somit der Zugwiderstand verringert. Ein Zugwiderstand wird ebenfalls erzeugt, wenn der Draht in bekannten Aufwickelvorrichtungen das umlaufende enge Führungsrohr durchläuft, da der Draht beim Bewickeln von insbesondere flächen Spulenkörpern mit sich entsprechend periodisch ändernder Zuführgeschwindigkeit an vielen Stellen in Berührung mit der Führungsrohrwandung gelangt. Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Flugwickler können diese Schwierigkeiten gar nicht oder nur in sehr geringem Umfang auftreten. Außerdem bildet der sich in schraubenförmiger Wendelung einstellende Draht einen "Drahtvorrat", der Schwankungen in der Drahtzuführgeschwindigkeit ausgleicht.

Die beschriebene und dargestellte Vorrichtung läßt sich nicht nur zum Aufwickeln von Draht auf elektrische Spulen, sondern auch zum Bewickeln von Spulenkörpern jeder Art mit ganz allgemein draht- oder fadenförmigem Material verwenden.

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Claims

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Patentansprüche :

(Ty Vorrichtung zum Aufwickeln von draht- oder fadenförmigem Material auf einen Spulenkörper, bestehend aus einem drehbar und axial nicht verlagerbaren Flieger und einer konzentrisch zum Flieger drehfest gelagerten und in bezug auf den Flieger axial hin und her verfahrbaren Spulenträgerhalterung, dadurch gekennzeichnet, daß der Flieger (1) aus einem Hohlkörper mit einem sich über seine Länge symmetrisch zur Drehachse in seinem Durchmesser vergrößernden und eine Drahtführung bildenden Innenraum (5) besteht, das im Durchmesser größere Ende des Innenraums auf der Seite der Spulenträgerhalterung (11) angeordnet und in seinem Durchmesser derart bemessen ist, daß ein auf der Halterung befestigter Spulenkörper (10) in den Innenraum (5) einführbar ist und daß an dem Ende größeren Durchmessers eine Drahtführung (9) angeordnet ist, durch welche das draht- oder fadenförmige Material (3"i) vor Aufwickeln auf den Spulenkörper hxndurchgeführt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Innenraum (5) des Fliegers (1) in etwa kegelförmig verjüngt, und das draht- oder fadenförmige Material (31) an einer im wesentlichen in der Drehachse des Fliegers befindlichen Stelle in den Innenraum einführbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flieger eine sich kegelförmig verjüngende Formgebung aufweist und symmetrisch zu seiner Drehachse ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1- 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehantrieb (12, 13, 14) für den Flieger (1) und eine zum Hin- und Herbewegen der Spulenträger-

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halterung (11) dienende Vorrichtung (20 - 28) mit gemeinsamem Antrieb (15) vorgesehen sind und die Drehgeschwindigkeit der Drahtführung (5) proportional zur Geschwindigkeit der Hin- und Herbewegung der Spulenträgerhalterung (11) ausgelegt ist.

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