DE3912305A1 - Verfahren und vorrichtung zum automatischen und gleichmaessigen aufwickeln eines drahtes auf einer wickelspule - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung hat zum Gegenstand ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatischen und gleichmäßigen Aufwickeln eines Drahtes auf einer Winkelspule.

Das Wickeln von Spulen mit Draht (einfach oder mehrfach), der normalerweise vor seiner Verwendung dazu bestimmt ist, weiteren Verarbeitungsgängen unterzogen zu werden, erfolgt beim Austritt aus der Maschine, normalerweise aus der Draht­ ziehmaschine, die den Draht selbst herstellt.

Gegenüber dem Austritt der Drahtziehmaschine wird eine Ma­ schine oder ein Aggregat zum Aufwickeln angeordnet, versehen mit einer Spule, die um eine üblicherweise horizontale Achse angetrieben wird. Zwischen der Spule und der Draht­ ziehmaschine ist ein Drahtführelement vorgesehen, das nor­ malerweise zu der Wickelmaschine gehört und wechselweise geradlinig entlang einer parallel zu der Achse der Spule verlaufenden Richtung beweglich ist.

Die Probleme, denen man üblicherweise bei diesen Maschinen begegnet, sind die, die sich auf eine korrekte Wicklung des Drahtes vor allem dort beziehen, wo das Drahtführelement seine Richtung wechselt, also in der Nähe der Endflansche. Oft sind auch bei gleichen Abmessungen die Spulen nicht gleich untereinander, und zwar durch die Verformungen, denen sie durch die Einwirkung des Drahtes während dessen Abküh­ lung unterliegen, Verformungen, die besonders deutlich vor allem in der Nähe der Endflansche hervortreten, wo eine stärkere Konzentration der Spannungen vorhanden ist.

In der Nähe dieser Flansche kann man ein Fehlen oder einen Überschuß an Material feststellen (Vertiefungen oder Wül­ ste), was nicht so sehr nur zu einem schlechten Aussehen der Spule führt, sondern vielmehr ein schwieriges anschließen­ des Abwickeln des Drahtes bewirkt. Es muß tatsächlich be­ rücksichtigt werden, daß das Aufwickeln des Drahtes beim Austritt aus der Drahtziehmaschine normalerweise eine Zwi­ schenstufe der Bearbeitung ist. Von dieser und noch weiteren Spulen wird der Draht zur Herstellung beispielsweise von Litzen abgewickelt, die wiederum zur Herstellung von Litzen größerer Abmessungen oder zur Ummantelung oder noch weite­ ren Verarbeitungen verwendet werden können.

Dies bedeutet also, daß je mehr Draht gleichmäßig, ohne Vertiefungen oder stellenweisen Anhäufungen auf den Spulen aufgewickelt ist, dieser um so gleichmäßiger und ohne Ri­ siko des Reißens oder der Unterbrechung des Produktions­ zyklus abgewickelt werden kann.

Eine Lösung einer Wickelmaschine sieht eine starre Verbin­ dung zwischen der Umdrehung der Spule und dem Vorschub des Drahtführelementes vor, während die Einstellung des Um­ kehrpunktes des Drahtführelementes normalerweise durch ei­ nen Bedienenden vorgenommen wird, der durch Sichtkontrolle das Fortschreiten der Wickelphase verfolgt und durch ent­ sprechende Vorrichtungen (z. B. Veränderungen in der Posi­ tionierung der Endanschläge für die Umkehr) die vorzeitige oder verzögerte Umkehr je nach dem Zustand der Wicklung vornimmt.

Es ist einzig eine Vorrichtung bekannt, welche indirekt die Kontrolle des gleichmäßigen Aufwickelns des Drahtes auf der Spule erlaubt, wobei eine Kontrolle der Spannung des Drahtes selbst durchgeführt wird.

Diese Vorrichtung wird zwischen der Drahtziehmaschine und der Wickelmaschine angeordnet und besteht im wesentlichen aus einem Arm, der an seinem einen Ende mit der Möglichkeit angelenkt ist, sich um eine horizontale Achse zu drehen. Der Arm trägt eine Reihe von leerlaufenden Rollen, um die sich der Draht wickelt, und löst eine elektrische Reguliervor­ richtung der Winkelgeschwindigkeit der Spule aus.

Solange die Zuführgeschwindigkeit der Drahtziehmaschine und die Tangentialgeschwindigkeit des Drahtes auf der Spule übereinstimmen, bleibt der Arm in seiner ausgeglichenen Po­ sition, ohne die Winkelgeschwindigkeit der Spule zu ändern. Wenn sich der Draht dagegen mehrere Male in der gleichen Po­ sition aufwickelt oder auf eine Vertiefung trifft und seine Geschwindigkeit praktisch zur Erhöhung bzw. zur Verringe­ rung neigt, tritt der Arm aus seiner ausgeglichenen Position aus und beginnt zu schwingen. Als Folge davon (wenn nicht bereits die obengenannten Endanschläge ausgelöst sind) hat man die unmittelbare Umkehr der Vorschubrichtung des Draht­ führelementes oder dessen Verzögerung, je nach den festge­ stellten anomalen Zuständen der Wicklung, und die Speiche­ rung dieser Anomalie. Bei dem nächsten Ablauf erfolgt eine Kontrolle der Position, in der diese Anomalie aufgetreten ist, und sollte diese weiter vorhanden sein, erfolgt das Anhalten der Maschine.

In der Praxis ist diese Vorrichtung jedoch nicht sehr genau, da sie immer erst verspätet korrigiert, weil erst ein Feh­ ler auftreten muß, um entsprechend wirken zu können. Au­ ßerdem berücksichtigt sie nicht die eventuelle Verformung der Spule, die ein ungleichmäßiges Aufwickeln bewirkt.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist daher der, eine Vor­ richtung zu liefern, die ein gleichmäßiges Aufwickeln auch im Falle von geometrischen Anomalien der Spulen ermöglicht. Die Erfindung, die durch die Ansprüche gekennzeichnet ist, löst das aufgegriffene Problem durch ein Verfahren und eine Vorrichtung, verbunden mit einem in seiner Umkehr durch End­ anschläge gesteuerten Drahtführelement, welche das Messen der Durchschnittslänge der Windungen auf einem mittleren Abschnitt der Spule vorsehen, das Messen der tatsächlichen Länge der Windungen in der Nähe der Flansche, das Spei­ chern dieser Abweichung und das Einstellen der Endanschläge des Drahtführelementes für den anschließenden Weg dessel­ ben in der gleichen Richtung und je nach der erfaßten Ab­ weichung. Die Bestimmung des mittleren Abschnittes zum Able­ sen der Durchschnittslänge wird erhalten durch zusammen mit dem Drahtführelement bewegliche Mittel, die in der Lage sind, während ihrer Verschiebung das Vorhandensein des End­ flansches der Spule zu erfassen.

Einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung besteht im we­ sentlichen in der Möglichkeit, die Endanschläge korrekt einstellen zu können, und zwar je nach der Länge der Spu­ le, die von der Vorrichtung selbst bei laufender Spule ohne zugeführten Draht gemessen wurde.

Die Erfindung wird nachstehend mit Hilfe der Zeichnungen deutlicher beschrieben, die eine rein beispielhafte und nicht begrenzende Verwirklichungsform darstellen.

Die einzige Abbildung zeigt in schematischer Plandarstellung eine Spule zum Aufwickeln des Drahtes, die mit einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ver­ bunden ist.

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der vorliegenden Er­ findung sind bei Wickelmaschinen anwendbar, die im wesentli­ chen und was die vorliegende Erfindung betrifft mit einer Wickelspule 3 mit normalerweise horizontaler Achse versehen sind, welche sich um die eigene Achse dreht, sowie mit einem Drahtführelement oder einfach Drahtführer 2, der sich wechselweise geradlinig entlang einer parallel zu der Dreh­ achse der Spule 3 bewegt.

Die Umkehr der Bewegung des Drahtführelementes 2 wird durch Endanschlagmittel oder einfach Endanschläge 2 verschiedener Art gesteuert, wie beispielsweise in der Abbil­ dung gezeigt durch Mikroschalter, die durch das Drahtführ­ element 2 selbst ausgelöst werden oder vorzugsweise durch Encoder, die mit der Translation der Endanschläge verbunden sind.

Die Endanschläge 5 sind je nach der Wickelbreite der Spule 3 einstellbar. Im Falle von Mikroschaltern können sie ein­ stellbar positioniert werden, während sie bei Encodern über eine Steuerung ihrer Emissionsimpulse einstellbar sind.

Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung sieht für je­ den Weg des Drahtführelementes 2 wie folgt vor:

• - Messen der Länge des auf der Wickelspule 3 abgelegten Drahtes 1, während das Drahtführelement 2 einen bestimmten Abschnitt (1) zurücklegt, der regulierbar ist und im we­ sentlichen in der Mitte seines gesamten Weges liegt;
• - Berechnung der Zahl der Windungen 4, die hergestellt wer­ den, während sich das Drahtführelement 2 entlang dem ge­ nannten mittleren Abschnitt (1) bewegt;
• - Berechnung der Durchschnittszahl dieser Windungen 4 auf dem mittleren Abschnitt (1), der als Abschnitt für gleich­ mäßiges Aufwickeln gilt;
• - Messen der Länge der auf der Spule 3 abgelegten Windungen 4, während das Drahtführelement 2 den Endabschnitt seines Weges (L) zurücklegt;
• - Berechnung der eventuellen Abweichung letzterer von der bereits errechneten Durchschnittslänge;
• - Speicherung dieser Abweichung;
• - Einstellung der Endanschläge 5 für den anschließenden Weg in der gleichen Richtung je nach dem auf diese Weise er­ faßten Fehler.

Die Vorrichtung, die in der Lage ist, dieses Verfahren aus­ zuführen, besteht im wesentlichen aus:

• - Aufnehmern 6 eines bestimmten Abstandes von dem Ende des Wickelbereiches des Drahtes 1 auf der Spule 3;
• - Endanschlägen 5, die durch eine Verarbeitungseinheit 7 einstellbar sind;
• - Aufnehmern 9 der Drehzahlen der Spulen 3;
• - Meßvorrichtung der Länge des abgewickelten Drahtes 1;
• - einer Verarbeitungseinheit 7, von der die Mittel 6, 9 und 10 abhängen und durch die die Endanschläge 5 verriegelt sind.

Praktisch bestehen die Erfassungsmittel aus mit dem Draht­ führelement 2 beweglichen Aufnehmern 6, die durch die Kante eines jeden Endflansches 8 der Spule 3 auslösbar sind. Die­ se Aufnehmer 6 bestehen aus Ultraschallsendern, wobei der Ultraschall anschließend von diesen nicht entlang einer bestimmten Richtung aufgefangen wird, sondern entlang eines Kegels von einer bestimmten Öffnung, wie mit durchgehender Linie in der Abbildung gezeigt wird. Daraus er­ gibt sich, daß die Aufnehmer 6 das Vorhandensein der Kante eines jeden Flansches 8 ablesen, bevor das Drahtführelement 2 an das Ende seines Weges gelangt ist.

Da der Draht 1 sich fast ausschließlich am Ende des Weges L des Drahtführelementes 2 ungleichmäßig aufwickelt, be­ ziehungsweise in der Nähe der Flansche 8, werden die Auf­ nehmer 6 so eingestellt, daß sie das Vorhandensein der Flansche 8 erfassen, wenn sich das Drahtführelement 2 in einem Abstand von diesen befindet, der aufgrund der Erfah­ rungen als frei von Wickelfehlern betrachtet werden kann. Die Aufnehmer 9 können einfache Drehzahlmesser sein, und die Meßvorrichtungen 10 können aus einem Drehzahlmesser bestehen, der mit dem Drahtführelement 2 verbunden ist, wo­ bei letzterer normalerweise eine leerlaufende Rolle ist.

Die Verarbeitungseinheit 7 ist in der Lage, alle ihr zu­ geführten Daten zu verarbeiten und die Position der Endan­ schläge 5 einzustellen.

Die Aufgabe der Verarbeitungseinheit 7 geht noch deutlicher aus der nachstehenden Beschreibung der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung hervor.

Es wird angenommen, daß sich das Drahtführelement 2 ent­ lang dem mittleren Abschnitt (1) seines Weges (L) in Rich­ tung eines der Flansche 8 bewegt, zum Beispiel nach links, wie in der Abbildung mit f angedeutet wird. Während sich das Drahtführelement 2 entlang dem mittleren Abschnitt (1) bewegt, zählen die Aufnehmer 9 und 10 die Drehzahlen der Spule 3 und des Drahtführelementes 2 und senden die Daten an die Einheit 7.

Sobald die Aufnehmer 6 das Vorhandensein des Flansches 8 er­ fassen, berechnet die Einheit 7 aufgrund der Messungen durch die Aufnehmer 9 und 10 die Durchschnittslänge der Windungen 4, die aufgewickelt wurden, während sich das Drahtführele­ ment 2 entlang dem mittleren Abschnitt (1) bewegt hat. Von diesem Moment an und bis zum Ende des Weges des Drahtführ­ elementes 2 berechnet die Einheit 7, immer aufgrund der von den Aufnehmern 9 und 10 empfangenen Daten, die tatsächliche Länge der Windungen 4, die sich nach und nach um die Spule 3 wickeln. Gleichzeitig vergleicht die Einheit 7 diese Daten mit denen, die während des vorangegangenen Weges in dem gleichen Bereich links gespeichert wurden. Sobald das Draht­ führelement 2 an das Ende seines durch den Endanschlag 5 bestimmten Weges (L) gelangt, vergleicht die Einheit 7 die tatsächlichen Längen der letzten gewickelten Windungen 4 mit der vorher errechneten Durchschnittslänge. Sollte sie eine Veränderung im positiven wie im negativen Sinne fest­ stellen, so speichert sie sie und stellt die Position des Endanschlages 5 links für den anschließenden Weg in der gleichen neu ein, beziehungsweise nach links in Richtung des Pfeiles f. Dies bedeutet, daß, wenn eine übermäßige Länge der Windungen in diesem Bereich festgestellt wurde, die Endanschläge 5 in Richtung Mitte der Spule 3 bewegt werden, so daß das Drahtführelement 2 einen kürzeren Weg (L) zurücklegt als den augenblicklich ausgeführten. Die Einheit 7 berechnet weiter die tatsächliche Länge der Win­ dungen 4, bis die Aufnehmer 6 nicht mehr das Vorhandensein des linken Flansches 8 erfassen. Von diesem Moment an bis zum Erfassen des rechten Flansches 8 empfängt die Einheit 7 die Daten von den Aufnehmern 9 und 10, ohne sie zu verarbei­ ten. Die erneute Verarbeitung aller empfangenen Daten er­ folgt sobald der Aufnehmer 6 das Vorhandensein des rechten Flansches 8 erfaßt, beziehungsweise dessen Kante. An diesem Punkt berechnet die Einheit 7 die Durchschnittslänge der gewickelten Windungen 4, während sich das Drahtführelement 2 entlang dem mittleren Abschnitt (1) seines Weges (L) be­ wegt und wiederholt die bereit in bezug auf den linken Flansch 8 beschriebenen Vorgänge.

Praktisch sehen das Verfahren und die Vorrichtung, die letz­ teres ausführt, vor, das Aufwickeln zu regulieren, indem die Durchschnittslänge der Windungen 4 in einem bestimmten Zwischenabschnitt gemessen wird, in dem man annimmt, daß die Aufwicklung gleichmäßig ist, wobei die tatsächliche Länge der an den kritischen Punkten bzw. in der Nähe der Flansche 8 gewickelten Windungen 4 gemessen wird, und wobei diese Werte miteinander verglichen und folglich die Endan­ schläge 5 für den anschließenden Korrekturweg eingestellt werden.

Außerdem ist diese Vorrichtung, die ohne Zuführung des Drahtes 1 aktiviert wird, in der Lage, korrekt die Wickel­ länge der Spule 3 zu messen und ohne nennenswerte Fehler die Position der Endanschläge 5 einzustellen, vor allem bei Veränderung der Spulenabmessungen.

Die ausgelegte Erfindung unterliegt zahlreichen Änderungen und Varianten, die alle in den Bereich des erfinderischen Konzepts fallen. Außerdem können alle Details gegen tech­ nisch gleichwertige Elemente ausgetauscht werden.

Claims (4)

1. Verfahren zum automatischen und gleichmäßigen Aufwic­ keln eines Drahtes auf einer Wickelspule, wobei der genannte Draht (1) in den Bereich der entsprechenden Wickelspule (3) gebracht wird, und zwar durch ein Drahtführelement (2), das wechselweise geradlinig parallel zu der Achse der genannten Wickelspule (3) beweglich ist und in der Umkehr seiner Bewe­ gungsrichtung durch entsprechende Endanschläge (5) gesteu­ ert wird, dadurch gekennzeichnet, daß es wenigstens die folgenden Phasen vorsieht, die sich an einen jeden Hub des genannten Drahtführelementes (2) anschließen:

• - Messen der Länge des auf der genannten Wickelspule (3) abgelegten Drahtes (1), während das entsprechende Draht­ führelement (2) einen bestimmten, einstellbaren und im we­ sentlichen mittleren Abschnitt (1) seines gesamten Weges (L) durchläuft;
• - Berechnung der Zahl der Windungen (4), die hergestellt werden, während sich das genannte Drahtführelement (2) entlang dem genannten mittleren Wegabschnitt (1) bewegt;
• - Berechnung der Durchschnittslänge der Windungen (4) auf dem genannten mittleren Abschnitt (1), der als gleichmä­ ßige Aufwicklung betrachtet wird;
• - Messen der Länge der Windungen (4), die auf der genannten Spule (3) abgelegt sind, während das genannte Drahtführ­ element (2) den Endabschnitt des Weges (L) durchläuft;
• - Berechnung der eventuellen Abweichung der letztgenannten Länge im Verhältnis zu der genannten berechneten Durch­ schnittslänge;
• - Speicherung dieser Abweichung;
• - Einstellen der genannten Endanschläge (5) für den näch­ sten Weg in der gleichen Richtung im Verhältnis zu dem so ermittelten Fehler.

2. Vorrichtung zum automatischen und gleichmäßigen Auf­ wickeln eines Drahtes auf einer Wickelspule, wobei der ge­ nannte Draht (1) in den Bereich der entsprechenden Wickel­ spule (3) gebracht wird, und zwar durch ein Drahtführele­ ment (2), das wechselweise geradlinig und parallel zu der Achse der genannten Wickelspule (3) beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie wie folgt enthält:

• - Mittel (6) zum Erfassen eines bestimmten Abstandes vom En­ de des Aufwickelbereiches des genannten Drahtes (1) auf die genannte Wickelspule (3) während der Bewegung des genannten Drahtführelementes (2) in der einen oder der entgegenge­ setzten Richtung;
• - Endanschläge (5), die je nach der Achsabmessung des Auf­ wickelbereiches der genannten Wickelspule (3) einstellbar sind und auf das genannte Drahtführelement (2) wirken, so daß sie dessen Bewegung umkehren;
• - Mittel (9) zum Erfassen der Drehzahl der genannten Spule (3);
• - Mittel (10) zum Messen der Länge des Drahtes (1);
• - eine Verarbeitungseinheit (7), von der die genannten Er­ fassungsmittel (6, 9) und die genannten Meßmittel (10) ab­ hängen und die genannten Endanschläge (5) verriegelt wer­ den, und die in der Lage ist,
  • - die Länge des Drahtes (1) zu berechnen, der auf ei­ nem bestimmten mittleren Abschnitt (1) der genannten Wickelspule (3) aufgewickelt ist;
  • - die Zahl der Windungen (4) zu berechnen, die um den genannten mittleren Abschnitt (1) laufen;
  • - die Durchschnittslänge der Windungen (4) zu berech­ nen, die um den genannten mittleren Abschnitt (1) lau­ fen;
  • - die Länge der Windungen (4) auf dem verbleibenden Abschnitt der Wickelspule (3) zu berechnen und sie mit dem zuvor errechneten Durchschnittswert zu vergleichen;
  • - die Endanschläge (5) einzustellen, die sich auf das Ende der Wickelspule (3) beziehen, an dem der Längen­ fehler der Windungen (4) erfaßt wurde, und zwar ent­ sprechend zu dem erfaßten Fehler und für den nachfol­ genden Weg in der gleichen Richtung.

3. Vorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die genannten Abtastmittel (5) dazu dienen, das Vorhandensein der Begrenzungsflansche (8) der genannten Wic­ kelspule (3) zu erfassen, bevor das genannte Drahtführele­ ment (2) seine Wege beendet.

4. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die genannten Abtastmittel (5) aus Sende- und Em­ pfangsmitteln von Ultraschall nach einem bestimmten Emis­ sionskegel bestehen.