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Umwickelmaschine für elektrische Kabel und ähnliche Kerne mit Bändern
Die Erfindung hat zum Gegenstand eine Bandumwicklungstnaschine mit mehreren Körben,
von denen jeder iriehrere schwenkbare Bandteller zum Umwickeln von elektrischen
Kabeln und ähnlichen Kernen mit Bändern hat.
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Zur Umwicklung von Kabeln sind bereit Maschinen bekannt, bei denen
die die Bandrollen tragenden Organe einzeln in Richtung der Achse des zu umwickelnden
Kabels beweglich und winklig verschwenkbar sind.
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Bei diesen Maschinen werden die beiden Einstellungen von Hand und
für jeden Bandteller getrennt vorgenommen, so daß diese 13instellungen umständlich
und schwierig nur annähernd genau vorzunehmen sind.
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Ferner sind bereits Maschinen bekannt, mit denen Bänder in verschiedenen
Wicklungssteigungen aufgebracht werden können und bei denen mehrere Bandrollen derart
angeordnet sind, daß sie von Hand in Richtung der Achse des zu umwickelnden Kabels
verstellt werden können, und die mit einer Vorrichtung ausgerüstet sind, welche
eine gemeinsame Winkelverstellung der Ebenen aller Bandrollen durchzuführen gestattet.
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Bei diesen Maschinen liegen die Bandrollen in Ebenen, die an den durch
das zu umwickelnde Kabel gebildeten Zylinder tangieren, und das Band erfährt auf
dem Weg zwischen Bandrollen und Oberfläche des Kabels eine Verdrehung, die Spannungen
zur Folge hat, welche ein regelmäßiges glattes Auflegen des Bandes auf das Kabel
erschweren oder verhindern.
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Diese Nachteile werden durch die Erfindung beseitigt, indem die Bandteller
jedes Korbes in unveränderlichen Entfernungen an regelmäßig auf einer zu dem Kabel
oder Kern koaxialen Schraubenlinie verteilten Punkten angeordnet und untereinander
durch eine Einstellvorrichtung verbunden sind, welche die Winkelverstellung aller
Bandteller gemeinsam zu ändern gestattet, und zwar bei aufeinanderfolgenden Bandtellern
in einem fortschreitend verschiedenen Maße. Auf diese Weise werden bei allen von
der Maschine ausführbaren Arbeitsbedingungen die Bandteller bei der erforderlichen
Steigung gemeinsam in Winkelstellungen geführt, die regelmäßig fortschreitend verschieden
sind und sowohl die Größe des Kernes als auch die gewünschte Überdeckung des vorhergehenden
Bandes berücksichtigen.
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Bei diesen Bedingungen bewegt sich, jedes Band von seiner Rolle auf
den Kern, ohne eine Verdrehung oder eine andere Verformung zu erfahren, so daß sich
das Band bei allen Arbeitsbedingungen, die durch die Einstellung der Maschine eintreten,
in der richtigen Weise auf den Kern auflegt.
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In den Abbildungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
und zwar zwei Ausführungsformen einer Maschine mit
einem einzigen
sich .drehenden Korb. Selbstverständlich kann die Maschine auch mit mehreren sich
drehenden Körben ausgerüstet werden.
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Es zeigen: . Abb. i und ia eine schematische Seiter;-ansicht der Maschine,
Abb. 2 einen teilweisen Querschnitt der Abb. i a, Abb.3 einen zwecks besseren Verständnisses
der Zeichnung senkrecht zur Achse des zu umwickelnden Kabels ausgerichteten Bandteller
in Draufsicht und in vergrößertem Maßstab, Abb.4 den Bandteller nach Abb.3 in Stirnansicht,
Abb. 5 den Bandteller in Seitenansicht, von rechts der Abb. 4 gesehen, Abb. 6 die
Teilansicht einer weiteren Ausführungsform, Abb. 7 eine Schemaskizze, welche die
Anordnung der Führungs- und Bremsvorrichtung für die Bänder veranschaulichen soll.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Maschine ist das Fundament,
auf dem eine Trommel 2 in Lagern 3 angeordnet ist, mit i bezeichnet. Die von dem
umwickelten Kabel umschlungene Trommel e übt auf das Kabel einen Zug aus, der erforderlich
ist, um es durch die Maschine zu ziehen, und übergibt das Kabel einer nicht dargestellten
Aufwickelrolle. Ihre Drehung erhält die Trommel durch ein fest mit ihr verbundenes
Zahnrad 4 und die Zahnräder 8, 9, io, ii von der Antriebswelle 5.
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Die im Maschinengestell gelagerte Antriebswelle 5 trägt eine feste
und eine lose Riemenscheibe 6 und 7, die mittels eines Riemens von einer beliebigen
Kraftquelle angetrieben werden. Ferner trägt die Antriebsivelle 5, damit mit verschiedenen
Wicklungssteigungen gearbeitet werden kann, eine Stufenscheibe 2o, die mittels des
Riemens i9 auf die entsprechende Stufenscheibe 18 arbeitet. Der als Ganzes mit 13
bezeichnete Korb ist mit der Stufenscheibe 18 starr verbunden. Dieser Korb 13 dreht
sich in den Lagern 12, die am Fundament i befestigt sind. Der Korb besteht aus den
Scheiben 14, 15 und den die Scheiben verbindenden Stangen 22, die die Bandteller
tragen. Die Scheiben besitzen Naben 16 und 17, die sich in den Lagern 12 drehen.
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Der zu umwickelnde Kern 2i wird von einer nicht dargestellten Spule
geliefert und läuft durch die hohlen Naben 16 und 17 :und den Korb 13 auf die Trommel
2 und auf die nicht dargestellte Aufwickelspule.
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Bei der in Abb. i und 2 dargestellten Ausführungsform besitzt der
Korb 13 zweidiametral gegenüberliegende Stangen 22. An jeder Stange sind zwei die
Bänder abgebenden Bandteller 54 52, 53, 54 befestigt. Jeder dieser Bandteller (Abb.
3, 4 und 5) besteht aus einem an der Stange 22 befestigten Trä--.,er 23 und aus
einem Arm 24 mit einem -- V#pfen 25 und ist in einer zur zum Arm -,#ieilkrechten
und durch die Achse des zu um-`" wickelnden Kernes hindurchgehenden Ebene schwenkbar.
Jeder Arm 24 ist mit einem weiteren Arm 26 starr verbunden, der einen Schlitz a7
besitzt. Ferner ist eine Stange 29 mit dem Arm 24 fest verbunden; sie ist zum Zapfen
25 .parallel angeordnet. Auf der Stange 29 kann eine einstellbare Führung 3o für
das Band befestigt sein (Abb. 4).
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Der -Zapfen 25 trägt eine Scheibe 31 (Abb.3). Eine aus Band aufgewickelte
Spule 32 ist auf dem Zapfen 25 frei drehbar gelagert. Die Spule 32 steht in Reibungsverbindung
mit der Scheibe 31 mittels einer ringförmigen Scheibe 33, auf die eine Feder 34
drückt, die sich an einer auf den Zapfen 25 geschraubten Flügelmutter 35 abstützt.
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Auf der Verlängerung der Nabe 17 ist in der Längsrichtung verschieblich
ein Ring 36 gelagert, der durch die Mitnehmer 37 mitgedreht wird.
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Ein mit einem Bedienungsknopf 39 versehener Schraubbolzen 38 ist mit
der Scheibe 15 derart verbunden, daß er sich um seine Achse drehen kann, aber in
Richtung dieser Achse zur Scheibe 15 stets seine Lage beibehält. Der Bolzen greift
in ein mit Gewinde versehenes Loch des Ringes 36 ein, so daß durch Drehen des Schraubenkopfes
39 der Ring 36 auf der Nabe 17 verschoben und darauf festgestellt werden kann. Der
Ring 36 trägt zwei Stangen 4o, die in Richtung der Ringachse liegen.
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Ein anderer ähnlicher Ring 41 befindet sich auf der Nabe 16; er nimmt
infolge der Mitnehiner 42 än der Drehung teil. Der Ring4i wird durch einen mit einem
Kopf 44 ausgerüsteten Schraubbolzen 43 in seiner Lage verstellt oder gehalten. Die
Lenker 45 sind bei 46 an den Ring 41 angebracht. Jeder dieser Lenker ist einer der
Stangen 40 zugeordnet.
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Jede der Stangen 4o ist mit dem dazugehörigen Lenker 45 durch die
bei 48 und 49 angelenkten Stangen 47, die durch in der Scheibe 14 vorgesehene Fenster
59 hindurchgehen, verbunden. Jeder der Stangen 47 trägt Stifte 5o, und jeder Stift
5o greift in den Schlitz 27 des Armes 26 eines eine Bandrolle tragenden Bandtellers.
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Einer der Stifte 48, welcher die Stange 47 mit der Stange 40 verbindet,
greift in den Schlitz des Armes 26; der zu dem mit 53 bezeichneten Bandteller gehört.
In die Arme 26 der Bandteller 5i, 52, 54 greifen die Stifte 5o ein. Diese Stifte
sind auf den Stangen 47
in Abständen befestigt, die den Abständen
der Arme 24 auf den Trägerstangen 22 entsprechen.
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Die den Außenscheiben 14, 15 des Korbes 13 am nächsten liegenden
Bandteller 52, 53 haben in an sich bekannter Weise je eine Skala 55, über die sich
ein Zeiger 56 bewegt, der auf dem zu dem Bandteller gehörigen Arm 24- angebracht
ist.
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Wie aus Abb.2 ersichtlich ist, sind zwischen dem Führungsteil
30 und dem Kern 2i zwei der Achse des Kernes 2 i und den Trägerstangen 22
parallele Stangen 57 angebracht. Diese beiden Stangen bilden eine zusätzliche Führung
für das Band. Eine solche Führung ist nur dann erforderlich, wenn die Durchinesser
der zu umwickelnden Kerne große Verschiedenheiten aufweisen. Wie aus Abb. 2 ersichtlich,
gleitet der Teil des Bandes zwischen dem Führungsstück 30 und dem Kern 2
1 in einer durch die Achse des Kernes gehenden Ebene, wobei sich der letzte Teil
des Bandes aus dieser Ebene um einen kleinen Winkel entfernt, der vom Durchmesser
des zu umwickelnden Kabels oder Bandes abhängt.
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Die Ebene, die zwischen den Stangen 57 hindurchgeht und die Führung
30 tangiert, steht senkrecht zum Arm 24 (Abt. 2). Infolgedessen liegt, wie
die Stellung der Spule 32 zum Arm auch sein mag, der Teil des Bandes, der sich zwischen
der Führung 30 und den Stangen 57 befindet, immer in derselben Ebene und ist immer
gleich gut geführt.
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Bei dein Erfindungsgegenstand sind die Fußpunkte der Achsen von den
die Bandspulen tragenden Bandtellern auf einer Schraubenlinie angebracht, die sie
im Sinne der Drehung des Korbes verbindet, d. h. in dein Sinne, in welchem die Bänder
beim Limwickeln auf den Kern gelegt werden.
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Die Schraubenlinie ist gleichachsig mit der Dreckachse des Korbes.
Ihr Durchmesser ist etwas kleiner als derjenige des Zylinders, auf dein die Mittellinien
der Trägerstangen 22 liegen. Die Bandteller sind um gleiche Winkel -voneinander
entfernt angeordnet und .die dazugehörigen Trägerstangen 22 desgleichen.
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Die Abstände zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bandtellerachsen,
in Richtung der Achse gemessen, sind alsountereinander gleich. Dieser Abstand muß
in einem bestimmten Verhältnis zu den Wicklungssteigungen stehen, die mit der Maschine
durchgeführt werden können. Das Verhältnis zwischen diesem Abstand und einer Wicklungssteigung
ist gleich der Summe aus drei Teilgrößen. Die erste der Teilgrößen, die von der
Bauart der Maschine abhängt, ist gleich der Umdrehung des Korbes von einer Bandtellerachse
bis zur folgenden in Teilen einer vollen Umdrehung. Die zweite Teilgröße ist gleich
dem Verhältnis der gewählten Überdeckung zu der Bandbreite.
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Die dritte Teilgröße ist die Anzahl voller Wicklungssteigungen, welche
sich von einem Bandteller bis zum unmittelbar folgenden aufbringen lassen und hat
daher einen ganzen Zahl-enwert, der bei jeder folgenden Wicklungssteigung, die mit
der Maschine ausgeführt werden kann, sich um eine Einheit ändert. Er wird also für
die größte Wicklungssteigung gleich o sein. Für die nächste unmittelbar kleinere
Wicklungssteigung wird er .gleich i sein, für die dann nächstkleintere Wicklungssteigung
wird er gleich 2 sein usf.
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Bei dem in Abb. i a gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Teilgröße,
die der Bauart der Maschine entspricht, gleich 1/12, da die beiden aufeinanderfolgenden
Bandteller um 1/2 Umdrehung (i8o°) voneinander entfernt sind. Die Teilgröße für
die Überdeckung ist gleich 11
wenn die Bandwindung eines Tellers die des vorhergehenden
Tellers zur Hälfte überdecken soll, wie es meist der Fall sein wird.
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Wenn die gewünschte größte Wicklungssteigung z. B. 70 mm betragen
soll, so wird dann die Entfernung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bandtellerachsen
auch 7o mm betragen müssen. Kleinere Wicklungssteigungen, die mit der Maschine unter
Beibehaltung der Drehzahl des Korbes oder der Abzugsgeschwindigkeit des Kabels und
des Achsenabstandes der Bandteller ausgeführt werden können, betragen dann 35; 23,3;
17,5; 14 und ri,66 mm usw. Unter diesen sind beispielsweise zweckmäßig die
Steigungen 70, 35 und 14 zu wählen. Die Bandbreite ist in jedem Fall gleich der
Wicklungssteigung multipliziert mit dem Kosinus des Wicklungswinkels a abzüglich
des erforderlichen Spieles zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bandkanten der gleichen
Wicklungslage.
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Eine so ausgebildete Maschine gestattet es, allein durch die Betätigung
der gemeinsamen Einstellvorrichtungeine genaue L?mwicklung und Überdeckung zu erhalten.
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Die Wirkungsweise der Maschine ist die folgende: In der Ruhestellung
sind die Lenker 45 dicht an der Nabe 16, und die Stangen 47 liegen auf einem Zylinder,
dessen Achse die Achse des Kernes 2 i, d. h. die Drehachse des Korbes 13 ist. In
dieser Stellung, also in der Ruhestellung, greifen die Stifte 50 im gleichen
Abstand von der Schwingachse der Arme 24 in die Arme 26, so daß sie zueinander parallel
sind und in bezug auf die Achse des Kernes die gleiche Neigung haben. Es sind also
die Zapfen 25 der verschiedenen Bandteller gegeneinander parallel und die
Spulen
32, die in diesen Bandtellern gelagert sind, gleichfalls gegeneinander parallel
und in demselben Winkel gegen die Achse des Kernes geneigt.
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Durch axiales Verschieben des Ringes 36 durch Drehung des Schraubbolzens
38 verstellen sich die Stangen 40 und die Gelenke 48 sämtlicher Stangen 47 in axialer
Richtung. Infolge der Verbindung mittels Lenker 45 wird eine Neigungsänderung der
Stangen 47 um das Gelenk 48 erzielt. Während dieser Schwingung verschieben die Stifte
5o der Stangen 47 um fortschreitend verschiedene bzw. wachsende Winkel die Arme
26 der Bandteller 54 52, 54. Während dieser Regelung wird der Arm 26 des Bandtellers
53 durch die Neigung der Stange 47 nicht beeinflußt, da er mit dem Zapfen 48 verbunden
ist, der den Schwingungspunkt der Stange 47 bildet.
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Mit dem Verschieben des Ringes 36 wird aufgehört, wenn die Neigung,
welche theoretisch dem Umwickeln entspricht, auf der Skala 55 am Bandteller 53 abgelesen
wird. Inzwischen hat auch der Zeiger am Bandteller 52 eine gewisse Neigung angenommen,
die jedoch nicht der theoretischen Neigung des Bandtellers 5a entspricht. Sodann
wird der Ring 4z nach links oder rechts verschoben durch Drehen des Schraubbolzens
43, so daß sich die Neigung der Stangen 47 ändert, bis die Skala des Bandtellers
52 die theoretisch erforderliche Neigung anzeigt.
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Durch die beschriebene Regelung werden die Bänder in die für das Umwickeln
geeignete Stellung und in die der Überdeckung entsprechende Lage gebracht, und zwar
für jede Wicklungssteigung der Maschine.
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Die theoretische Neigung erhält man aus folzender Gleichunz:
in der p die Wicklungssteigung der Maschine ist, d. h. die Steigung der Wicklung,
D der Durchmesser des Kernes oder des Kabels an der Stelle, an welcher das Band
aufgewickelt wird, d. h. der Durchmesser des nackten Kabelkernes für das erste Band
oder für die anderen Bänder der um die Dicke der bereits aufgewickelten Bänder verstärkte
Durchmesser.
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Wie aus dieser Gleichung hervorgeht, dient die erst beschriebene Regelung
(welche die Neigung der verschiedenen Bandteller in entsprechend wachsendem Maße
verändert) dazu, der Tatsache Rechnung zu tragen, daß die verschiedenen Bänder auf
Kernquerschnitte mit wachsendem Durchmesser aufgewickelt werden, da sich auf dem
Kern oder dem Kabel bereits Bandlagen befinden. Durch die andere, die 'Neigung der
Bandteller ändernde Regelung wird die Neigung des ersten und aller aufeinanderfolgenden
Bandteller auf den Wert gebracht, der der Wicklungssteigung entspricht, mit der
die Umwicklung durchgeführt werden soll. ' Hierauf wird umwickelt, nachdem die Bänder,
die von verschiedenen Rollen ablaufen, auf dem zu umwickelnden Kern oder Kabel befestigt
sind.
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In Abb.6 ist eine weitere Ausführungsform mit nur zwei Bandtellern
dargestellt, bei der zu jeder Trägerstange nur ein einziger Bandteller gehört.
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Die Stangen 22, die die Bandteller tragen, befinden sich an gegenüberliegenden
Punkten einer Scheibe i4', die mittels ihrer hohlen Nabe 16' um die Kernachse drehbar
angeordnet ist. Die Ringe 36' und 41" sind, wie bereits beschrieben, auf der Nabe
16' gelagert. Der Ring 36' trägt einen Stift 48', der in dem Schlitz des Armes 26
des nächstliegenden Bandtellers eingreift. Auf den Ringen 36' und 41" ist mittels
Lenker 45' eine Stange 47' angelenkt. Die Stange 47' ist schwenkbar und mit einem
Stift 5o' ausgerüstet, der in den zu dem nächstliegenden Bandteller gehörigen Arm
a6 greift. Die Wirkungsweise ist dieselbe wie die der oben beschriebenen Maschine.
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Die Erfindung umfallt auch Mittel zur Regelung und zur gleichmäßigen
Spannung der Bänder. Zu diesem Zweck wird jedes zur Führung eines Bandes dienende
Teil3o dazu benutzt, der Vorwärtsbewegung eines Bandes einen Reibungswiderstand
entgegenzustellen, der sich, je nachdem wie der Durchmesser der Bandrolle. kleiner
wird, vermindert. Hierdurch wird die Verkleinerung des Armes, an welchem der Zug
des Bandes auf die Bandrolle drehend wirkt, ausgeglichen. Dieses Ergebnis wird erreicht,
indem dem Führungsteil 30 eine derartige Form und Stellung gegeben wird,
daß die vom Band berührte Fläche dieses Führungsteiles einen maximalen Wert hat,
wenn die Bandrolle ihren maximalen Durchmesser hat, und daß die Berührungsfläche
zwischen Band und Führungsteil 3o kleiner wird, je nachdem wie sich der Durchmesser
der Rolle verringert.
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Um .das Profil des Führungsteiles 30 zu finden, kann beispielsweise
die Tangente an die Nabe des Führungsteiles 30 und an den Kreis der Bandrolle
gelegt werden, wenn diese den kleinsten Durchmesser hat, und an diese Tangente wird
von ihrem Berührungspunkt mit der Nabe des Führungsteiles 3o ab ein willkürlich
langes Stück angesetzt, das je nach der Länge, die man -der Stütze geben will, mehr
oder weniger groß ist.- Von dem Encle dieses Teiles ab wird eine Tangente
an
einen Kreis gezogen, der einem größeren Durchmesser der Bandrolle entspricht, und
an diese Tangente wird ein anderes Stück angesetzt, und von dem Ende dieses Stückes
wird wiederum eine Tangente an einen Kreis gelegt, der einem noch größeren Durchmesser
der Bandrolle entspricht usf.
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Die an die aufeinanderfolgenden Tangenten angesetzten Stücke können
unter sich gleiche Länge haben oder nach einem logarithmischen exponentiellen o.
dgl. Gesetz an Länge abnehmen.
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Die benutzten Teile der verschiedenen Tangenten begrenzen in jedem
Falle ein Profil, das annähernd gekrümmt ist und das, wie aus der Fig. 7
zu ersehen ist, mit dem Band auf einem Teil in Berührung ist, der, je nachdem
wie der Durchmesser der Bandrolle abnimmt, kleiner wird.
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Durch diese Ausbildung des Führungsteiles bleibt, trotzdem der durch
das Kabel im Lauf der Umwicklung auf das Band ausgeübte Zug mit einem Hebelarm ausgeführt
wird, der, je nachdem wie der Durchmesser der Bandrolle abnimmt, kleiner wird, die
Spannung des Bandes immer annähernd gleich, denn die durch den Führungsteil
30
ausgeübte Bremswirkung ist ein Maximum, wenn der Durchmesser der Bandrolle
ein Maximum ist, und wird fortschreitend mit der Verringerung des Durchmessers der
Bandrolle kleiner.