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Vorrichtung zum Aufwickeln von Kabeln oder biegsamen
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Leitungen auf Trommeln Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum
Aufwickeln von Kabeln, biegsamen Leitungen oder Seilen auf Trommeln nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1. Im folgenden werden die Begriffe Kabel, biegsame Leitungen
und Seile zur Vereinfachung allgemein mit dem Ausdruck Kabel zusammengefaßt.
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Eine Kabelwickelvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist
z. B. durch die DE-OS 2441090tbekannt geworden.
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Diese. Vorrichtung weist einen dreh- und schwenkbaren Traversierarm
mit Führungsrollen für das zu wickelnde Kabel und eine Andrückrolle auf, die das
Kabel seitlich gegen die vorhergehende Windung drückt. Da die Breite der AndrUckrolle
- wie dort auf Seite 6 Abs. 1 erwähnt - vorteilhaft größer ist als der Außendurchmesser
des Kabels, kann das Kabel nur seitwärts gedrückt werden, bevor es auf die Trommel
aufläuft.
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Dies ist auch aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich. Durch die Andrückrolle
wird somit die Wirkung eines leichten Schrägzuges erreicht, wie das auch mit einer
Verlegegabel möglich ist. Die Führungsrollen am Traversierarm sind noch weiter von
der Auflaufstelle des Kabels entfernt. Diese Wollenanordnung mit Schrägzugwirkung
sichert nicht eine lückenfreie Anlage des Kabels an der Nachbarwindung und an seiner
Untexlage (Trommelkern bzw. vorhergehende Wickellage) Die Herstellung
eines
dichten Wickels ist deshalb nicht gewährleistet. Außerdem ist die pneumatisch über
Magnetventile erfolgende Steuerung des Traversierarmes baulich aufwendig.
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Weiter ist aus der DE-OS 2556484 eine Kabelwickelmaschine mit einem
parallel zur Achse der Kabeltrommel hin- und hergehenden Kabel führer sowie mit
mechanisch tastenden Lagenwächtern bekannt, die nach Vollendung jeder Wickellage
die Bewegungsrichtung des Kabeleührers umsteuern. Auch bei dieser Vorrichtung sind
die Führungsrollen des Kabelführers im Abstand von der Auf lauf stelle des Kabels
auf die Trommel angeordnet, so daß nur geringe Andrückkräfte auf das Kabel ausgeübt
werden können und ein dichter Wickel nicht mit Sicherheit zu erzielen ist.
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In der DE-OS 2525762 ist ein Verfahren zum Aufwickeln eines Kabels
auf eine Trommel beschrieben, bei dem eine Kabelführung beim Übergang einer jeden
sonst in Umfangsrichtung kreisförmig verlaufenden Kabelwindung zur benachbarten
Windung einen schräg verlaufenden Obergangsabsnitt erzeugt. Durch diese Wicklungsform
soll das Eindringen einzelner Windungen in Spalte der darunter liegenden Wicklungslage
und die dabei mögliche Verklemmung der Windungen vermieden werden. Auch hier erfolgt
die Führung des Kabels in erheblichem Abstand von der Auflaufstelle des Kabels,
so daß ein unbedingt dichter Wickel nicht erzeugt werden kann. Außerdem ist die
für den
unstetigen Vorschub der Kabelführung vorgesehene, mit Nuten
versehene Steuerwalze aufwendig in der Herstellung und muß zudem bei unterschiedlichen
Kabeldurchmessern ausgewechselt werden.
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Schließlich ist in der Druckschrift Aromat der Fa. Rosendahl Industrie-Handels
AG in Cli - 5012 Schönenwerd eine Wickelmaschine für strangförmige Güter offenbart,
bei der der Wickelverlauf durch eine Videokamera erfaßt und eine Führungseinrichtung
für das Wickelgut mittels eines Mikroprozessors elektronisch gesteuert wird. Die
dabei angestrebte exakte Aufwicklung kann aber auch hier nicht immer sichergestellt
werden, weil sich die aus Rollen und einer Verlegegabbestehende Führungseinrichtung
in großem Abstand von der Wickeltrommel bewegt.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Kabelwickelvorrichtung
der im Oberbegriff des Patentspruchs 1 angegebenen Art so auszubilden, daß unter
Verwendung von mechanisch und steuerungstechnisch einfachen Mitteln das Kabel in
einer Vielzahl von Lagen dicht und lückenfrei auf die Trommel aufgewickelt werden
kann. Dabei soll es auch möglich sein, die Vorrichtung nachträglich an vorhandene
Trommelwickler anzubauen.
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Die Lösung dieser Aufgabe geschieht erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale des Patentanspruchs 1. Bauliche
Weiterbildungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 angegeben. Die Ansprüche 10 bis 12 richten sich
auf Verfahren zum Justieren und Anwenden der Wickelvorrichtung.
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Die Erfindung beruht auf der experimentell erhärteten Erkenntnis,
daß die Verwirklichung eines dichten Wickels am besten gelingt, wenn das auflaufende
Kabel in dem Bereich, wo es den Untergrund (Trommelkern oder untere Wickellage)»
berührt, axial gegen die vorherige Windung und radial gegen den Untergrund gepreßt
wird und zwar mit voneinander unabgängig steuerbaren axialen bzw. radialen Kraftkomponenten.
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Durch die Erfindung wird die besonders bei größeren Trommel-und Kabeldurchmessern
bisher noch für das Andrücken des Kabels benötigte menschliche Hand von dieser gefährlichen
Tätigkeit befreit und hinsichtlich ihrer Verlegekraft und Beweglichkeit sowie ihrer
geometrischen Anpassungsfähigkeit und ihrer Feinfühligkeit durch eine elektronisch
gesteuerte Verlegehand ersetzt. Dabei wird die Position der Verlegehand innerhalb
des Wickelraumes der Trommel1 z. B. durch inkrementale Drehimpulsgebererfaßt und
ihre Bewegung entsprechend gesteuert.
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Ausführungsbeispiele des mechanischen Teiles einer erfindungsgemäßen
Kabelwickelvorrichtung sind im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Die
zugehörige elektronische Steuerung
mit den Servo-Verstärkern für
die Motoren ist nicht dargestellt, weil sie vom Fachmann aufgrund der geforderten
Wirkungen ohne nähere Angaben aufgebaut werden kann. Es zeigen die: Figuren 1 und
2 einen bekannten Trommelwickler mit einer erfindungsgemäßen Kabelaufwickelvorrichtung
in Vorder- und Seitenansicht; Figuren 3 bis 5 Einzelheiten eines Verlegearmes mit
Verlegehand in zwei Ansichten und im Schnitt; Figuren 6 und 7 eine andere Ausführungsform
einer Verlegehand.
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In den Figuren 1 und 2 bezeichnet 1 einen Trommelwickler mit einem
traversierenden Einlauf-Rollenpaar 2 zur Kabelführung, wie sie in verschiedenen
Ausführungen bekannt sind.
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3 und 4 sind die Flansche einer Kabeltrommel, 5 ist das Kabel beim
Aufwickeln. Ein Gestell 6, das die erfindungsgemäße Wickelvorrichtung trägt, kann
für einen nachträglichen Anbau einem vorhandenen Trommelwickler angepaßt werden.
Es besitzt Träger 7 und 8 mit Lagerungen für radiale Führungswellen 9 und Kugelgewindespindeln
10, die Synchronschlitten 14 und 15 führen und radial zur Trommelachse bewegen.
Die Kugelgewindespindeln 10 werden durch einen trägheitsarmen Motor 11, an den ein
Drehimpulsgeber 12 angekuppelt ist, aber einen Zahnriemen 13 angetrieben. Die Schlitten
14 und 15
tragen Lagerungen für Führungswellen 16 und eine als
Kugelgewindespindel ausgebildete axiale Traversierspindel 17.
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Die Teile 16 und.17 führen und bewegen einen Schlitten 21 in axialer
Richtung. Der Radialschlitten 14 trägt überdies einen tsägheitsarmen Motor 18 mit
angekoppeltem Drehimpulsgeber 19, der über eine Kupplung 20 die Kugelgewindelspindel
17 antreibt. In den Axialschlitten 21 ist ein Verlegearm 22 aus Federstahl oder
einem anderen elastischen Material eingespannt, der eine schwenkbar gelagerte Verlegehand
23 trägt.
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Elemente zum Schwenken der Verlegehand 23 sind Zug- und Druckstangen
24, ein Getriebe 25 (z. B. Maltesergetriebe) und ein Motor 26.
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Die Figuren 3 bis 5 zeigen Einzelheiten des Verlegearms 22 und der
Verlegehand 23, die hier die Form einer kippbaren Rolle 27 mit im Querschnitt senkrecht
zueinander stehenden Rillenflanken aufweist. 5 ist wieder das Kabel beim Aufwickeln,
dem von der Rolle 27 axial entgegen der Wickelrichtung x mit der Kraft FA und'in
vertikaler Richtung mit der Kraft FR gegengehalten wird (Figur 5). 21 ist ein Ausschnitt
des Schlittens für die Horizontalbewegung, 22 der in den Schlitten eingespannte
Verlegearm aus Feder stahl oder einem anderen elastischen Material. Weitere Komponenten
der Verlegehand 23 sind ein Tragrahmen 28 mit Zapfen 29.und 30 und ein Schalthebel
31 mit vorzugsweise konischem Sitz. 24 sind im Schalthebel 31 gelagerte Schaltstangen.
Mit Dehnungsmeßstreifen 32 und 33 wird der Istwert der Radialkraft FB und
und
mit den Dehnungsmeßstreifen 34 und 35 der Istwert der Axialkraft FA erfaßt.
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Das Steuerprogramm ist beispielsweise so aufgebaut, daß nach jedem
Trommelwechsel oder - bei Verwendung maßlich gleicher Kabeltrommeln - einmalig nach
dem Einlegen der ersten Trommel in den Trommelwickler 1 die Verlegehand 23 den Wickelraum
der Trommel nach Höhe und Breite abgreift, indem sie etwa mittig zwischen den Trommelflanschen
3 und 4 beginnend den Trommelkern anfährt, dann den Flansch 3 vom Trommelkernbis
zum Außendurchmesser und schließlich den Flansch 4 ebenso abtastet. Dabei können
durch Tastschalter Eilbewegungen des Vorschubs in einen Schleichgang übergeführt
werden, bevor Widerstandsänderungen der Dehnungsmeßstreifen 32 bis 35 Berührungen
zwischen Verlegehand und Trommel signalisieren, die Bewegung der Verlegehand stoppen
und deren nächsten programmierten Bewegungsschritt auslösen. Hindernisse, wie eine
Kabel-Einlaufschnecke auf der Flanschseite 4 werden durch das Steuerprogramm berücksichtigt
und bei langsamer Trommeldrehung umfahren. Die Drehimpusgeber 12 und 19 erfassen
die abgefahrenen Wickelraummaße, und die Steuerung speichert sie. Somit sind sie
der Steuerung nach ihrer Lage im Raum relativ zur Verlegehand 23 und in ihren Grenzen
eindeutig bekannt. Programmgesteuert fährt nun die Verlegehand in eine Ausgangsstellung,und
es beginnt die Trommel: das manuell oder automatisch angeschlagene Kabel 5 auf zuspulen,
wobei die Rolle 27 der Verlegehand 23 in die vorgeschriebene
Andrückorientierung
(s. Figur 5) kippt und sich gegenhaltend auf das Kabel 5 niedersenkt. Die Antriebe
für die Bewegung der Verlegehand werden in Regelkreisen, in denen die unmittelbar
am Verlegearm 22 mit den Dehnungsmeßstreifen 32 bis 35 gemessenen Istwerte der axialen
Andrückkraft FA und der radialen Andrückkraft FR die Regelgrößen sind, so 'A gesteuert,
daß die Größe der vorgewählten, prograiflierten Andrückkräfte FA, FR konstant bleibt.
In je zwei Richtungen rückt also die Verlegehand 23 nach oder vor, wenn der Sollwert
der Andrückkraft FA, FR über- oder unterschritten wird, und zwar solange, bis er
wieder ansteht. Dies kann bei stetiger Steigung der Kabelwindungen in Achsrichtung
der Trommel gleichförmig und bei wellenförmigem Verlauf, besonders aber bei treppenförmigem
Übergang von einer Windung auf die nächste diskontinuierlich geschehen. Der Verlegearm
22 besteht aus Federstahl oder einem anderen elastischen Material, damit er bei
stoßartigem Kraftanstieg, wie er bei hohen Wickelgeschwindigkeiten in axialer Richtung
möglich ist, als Kraftspeicher wirken kann, so daß die Dynamik des Axialantriebs
18 nicht überfordert wird. Die Steuerung verarbeitet laufend die Weginformationen
der Drehimpulsgeber 19;'.. 12 und deren zeitliche Zuordnung. Sie weiß mithin, wie
sich die Formen der Windungen während des Auftrommelns stochastisch entwickeln (treppenförmige
Übergänge verändern sich z. B.
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zu wellenförmigem Verlauf mit zum Teil auch rückläufigen Partien).
Dies ist wichtig für die Steuerung der Verlegehand im Nahbereich der Trommelflansche.
Hipr kann nämlich, bedingt
durch die endlichen Abmessungen der
Verlegehand, dem Kabel in axialer Richtung nur bis zu einem Abstand von beispielsweise
zwei bis drei Kabeldurchmessern gegengehalten werden.
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Erreicht die Verlegehand einen im Betriebsprogramm der Steuerung vorgegebenen
Abstand zum Trommelflansch, dann werden programmgesteuert die Sollwerte der Andrückkräfte
FA' FR auf Null gesetzt, die Andrückkräfte aus der Regelung genommen, die Verlegehand
um einen bestimmten, von ihrer geometrischen Form abhängigen Betrag radial verfahren,
wobei sie axial die Bewegungen, die sie im Verlauf der vorangegangenen Windungen
vollführte, beibehält, während des Hochfahrens um 450 gekippt und radial blockiert,
so daß ein Kabel-Aufklettern unmöglich gemacht wird. In diesem Bereich hat das traversierende
Einlaufrollenpaar 2, dessen Vorschub je Kabeltrommelumdrehung kleiner gestellt oder
geregelt wird als der Kabeldurchmesser beträgt, soviel Nacheilung gegen über der
letzten Windung, daß der Schrägzug hinreicht, um die wenigen weiteren Windungen
dieser Wickellage dicht zu verlegen. Bei hohem Reibungskoeffizient des Kabelmantels
kann dosiert ein Gleitmittel aufgebrachtz.B. gesprüht oder gerollt) werden, um ein
Aufklettern sicher zu verhindern.
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Haben sich Verlegehand und Kabel dem TrommelElansch bis zu einem weiteren,
vorprammierten Wert genähert, wird die Verlegehand abermals um 450 gekippt und in
eine radial um etwas weniger als einen Kabeldurchmesser höher gelegene Ausgangsposition
für die nächste Wickellage mit umgekehrter Wickelrichtung erbracht. In dieser Stellung
verharrt die
Verlegehand in Erwartung der planmäßigen Wickelaudickung
am Trommelflansch und bleibt in beiden Bewegungsrichtungen (axial und radial) blockiert,
bis das gegen die Verlegehand radial drückende Kabel eine Druckkraft von der Größe
der vorgegebenen Andrückkraft aufgebaut hat. Hiermit wird der Regelkreis für die
radiale Andrückkraft FR wiederum eingeschaltet, die Bewegungsrichtung des Kabel-Einlaufrollenpaares
2 umgeschaltet und ein schnelles Vorziehen der Verlegehand um einen Kabeldurchmesser
in axialer Richtung ausgelöst, dem das Kabel infolge des Schrägzuges zeitgleich
folgt. Unmittelbar danach wird der Regelkreis für die axiale Andrückkraft FA wieder
eingeschaltet und die neue Lage verlegt. Dieser Vorgang wiederholt sich Wickellage
um Wickellage solange, bis die vom Drehimpulsgeber 12 laufend erfaßte Radialposition
der Verlegehand das in der Steuerung gespeicherte Endmaß erreicht und die letzte
Wickellage vollendet hat. Im Steuerungsprogramm lassen sich unterschiedliche Andrückkräfte,
Schaltpositionen und -Verläufe im Zusammenwirken mit den gespeicherten Raumkoordinaten
programmieren. Für die Antra:be werden die bekannten und bewährten Verfahren der
Lageregelung, der Synchronisation mehrerer Achsen sowie der geführten Beschleunigung
und Verzögerung eingesetzt.
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Die Verlegehand 23 kann unterschiedlich gestaltet-sein. Sie kann z.
B. aus mehreren, vorzugsweise zwei in ihren Achsen um beliebige Winkel, vorzugsweise
900 versetzten Rollen mit zylindrischen oder positiv balligen oder negativ balligen
Laufflächen bestehen. Sie kann auch Gleitfinger ader
Gleitmulden
besitzen mit oder ohne Kühl- und Schmiervorrichtungen. Sie kann schließlich so gestaltet
sein, daß sie sich mit den zuvor genannten Elementen manuell oder automat tisch
auf verschiedene Kabeldurchmesser einstellen läßt, die ihrerseits abgetastet werden
und als Stellgröße in einen Regelkreis zum Einstellen der Verlegehand eingehen können.
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Die Figuren 6 und 7 zeigen eine auf verschiedene Kabeldurchmesser
einstellbare Verlegehand 23. 22 ist wieder der Verlegearm aus Feder stahl oder einem
anderen elastischen Material. 24 sind die Schaltstangen, die über den Hebel 31 die
Verlegehand um ihre Lagerzapfen 29 und 30 kippen. Der Rahmen 28 trägt ein Kernstück
36a mit einer sich in Umfangsrichtung erweiternden exzentrischen Gleitmulde 36.
Das Kernstück 36a ist um einen Bolzen 37 mittels einer Schnekkenwelle mit Schnecke
38 schwenkbar. Dabei erweitern oder verengen sich die dem zu verlegenden Kabel zugewandten
Führungsflanken der Gleitmulde 36, so daß sie innerhalb eines vorgegebenen Bereiches
auf den jeweiligen Kabeldurchmesser eingestellt werden können. Das' Kernstück 36a
weist zum Verdrehen ein Schneckenradsegment auf, das mit der Schnecke 38 kämmt.
Zum Antreiben dienen ein Zahnradpaar 39 und ein Kegelradpaar 40.