DE69203826T2

DE69203826T2 - Verbesserungen an oder in Beziehung zum Wickeln von Spulen.

Info

Publication number: DE69203826T2
Application number: DE69203826T
Authority: DE
Inventors: Joseph Anthony Mcwilliams; Ali Paybarah
Original assignee: Zortech International Ltd
Current assignee: Zortech International Ltd
Priority date: 1991-11-02
Filing date: 1992-10-13
Publication date: 1995-11-23
Anticipated expiration: 2012-10-14
Also published as: EP0541255B1; GB2260920A; US5301529A; GB2260920B; DE69203826D1; GB9123300D0; EP0541255A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Gerät zum Wickeln von Wendelteilen und kann z.B. zum Wickeln eng gewickelter schraubenförmiger Wendelteile aus Widerstandsdraht verwendet werden.
Es ist bekannt, beim Wickeln eines eng gewickelten Wendelteils aus Draht um einen sich drehenden Dorn den Draht zu einem Wendelteil zu formen, indem man den Draht zuerst um den Dorn führt und danach mit Hilfe eines Druckrades, das sich gegen den Dorn dreht, so daß der Draht an den Dorn angepreßt wird, Druck ausübt. Um das auf diese Weise geformte Wendelteil aus Draht an dem Dorn entlang zu bewegen, ist das Druckrad so geformt, daß es eine schräge, periphere Oberfläche aufweist, die das Wendelteil in der gewünschten Richtung preßt. Eine solche Anordnung ist in US-A-4 569 216 beschrieben. Diese bekannte Methode des Wickelns eines schraubenförmigen Wendelteils hat den Nachteil, daß sowohl zum Formen des Wendelteils als auch zum Weiterbewegen des Wendelteils entlang dem Dorn Druck erforderlich ist. Dies bedingt eine praktische Begrenzung der Dorndrehzahl auf etwa 2 000 bis 4 000 U/min.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein Gerät zum Wickeln von Wendelteilen vorzusehen, das für Betrieb bei höheren Drehzahlen geeignet ist.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Wickeln eines eng gewickelten Wendelteils vorgesehen, das die folgenden Schritte umfaßt:
Zuführen mit Hilfe eines Leitrads eines zu einem Wendelteil zu formenden Drahtes zu einem sich drehenden Dorn, wobei der besagte Dorn ein angetriebenes Ende und ein freies Ende aufweist;
Anpressen des Drahtes an den Dorn mit Hilfe eines Druckrads, und zwar an einem Punkt zwischen dem angetriebenen und dem freien Ende des besagten Dorns, um zu bewirken, daß der Draht verformt wird und rings um den Dorn und in Kontakt mit diesem den Dorn umschließt; und
Dafür sorgen, daß das geformte Wendelteil von einem Punkte aus, der sich unmittelbar nach dem Punkte befindet, an dem der Draht durch das Druckrad an den Dorn angepreßt wird, aus der Umschließung des Dornes und dem Kontakt mit dem Druckrad befreit wird.
Das Leitrad kann in einer ersten Umfangsposition an der Peripherie des Dornes angeordnet werden, und das Druckrad kann in einer zweiten Umfangsposition an der Peripherie des Dornes angeordnet werden, wobei die Umfangspositionen des Leitrads und des Druckrads an der Peripherie des Dornes nahe aneinander sind, um den Abstand zwischen den beiden Positionen auf ein Mindestmaß einzuschränken und dementsprechend den Umfangsabstand, innerhalb dessen der Draht durch das Leitrad und das Druckrad mit dem Dorn in Kontakt gehalten wird, auf ein Mindestmaß einzuschränken.
Der Draht kann dem Dorn über eine in dem Leitrad geformte periphere Rille zugeführt werden.
Der Draht kann über eine in dem Druckrad geformte Rille an den Dorn angepreßt werden.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Gerät zum Wickeln eines eng gewickelten Wendelteils vorgesehen, und zwar umfaßt das besagte Gerät einen drehbaren Dorn, an dem das Wendelteil zu formen ist, wobei der besagte Dorn ein angetriebenes Ende und ein freies Ende aufweist, ein drehbares Leitrad zum Zuführen von Draht zu dem Dorn, wobei das Leitrad zwecks Aufnahme des Drahtes eine periphere Rille umfaßt, und ein drehbares Druckrad zum Anpressen des Drahtes an den Dorn an einem Punkt zwischen dem angetriebenen Ende und dem freien Ende des besagten Dorns, um zu bewirken, daß der Draht verformt wird und rings um den Dorn und in Kontakt mit diesem den Dorn umschließt, wobei das besagte Druckrad zwecks Aufnahme des Drahtes eine periphere Rille umfaßt, während der Dorn und das Druckrad so konstruiert und angeordnet sind, daß der draht unmittelbar nach dem Punkt, an dem er durch das Druckrad an den Dorn angepreßt wird, aus der Umschließung des Dorns und dem Kontakt mit dem Druckrad befreit wird.
Das Leitrad kann an einer ersten Umfangsposition an der Peripherie des Dornes angeordnet werden, und das Druckrad kann an einer zweiten Umfangsposition an der Peripherie des Dornes angeordnet werden, wobei die Umfangspositionen des Leitrads und des Druckrads nahe aneinander sind, so daß der Abstand zwischen den beiden Positionen auf ein Mindestmaß eingeschränkt ist und dementsprechend der Umfangsabstand auf ein Mindestmaß eingeschränkt ist, innerhalb dessen der dem Dorn durch das Leitrad zugeführte Draht durch das Leitrad und das Druckrad mit dem Dorn in Kontakt erhalten wird.
Die Breite der peripheren Rille in dem Leitrad kann im wesentlichen ebenso groß sein wie der Durchmesser des zu wickelnden Drahtes. Die Tiefe der peripheren Rille in dem Leitrad kann im wesentlichen halb so groß sein wie der Gesamtdurchmesser des zu wickelnden Drahtes. Die periphere Rille in dem Leitrad kann im wesentlichen U-förmig sein. Das Leitrad kann an dem peripheren Rand davon, der an das geformte Wendelteil anschließt, abgefast sein, so daß das Leitrad nicht mit dem Draht der anschließenden Windung des nicht eingespannten geformten Wendelteils zum Eingriff gelangt.
Das Druckrad kann aus einem Kunststoff wie einem Polyäthylenkunststoff hoher Dichte bestehen. Die Tiefe der peripheren Rille in dem Druckrad kann im wesentlichen halb so groß sein wie der Radius des zu wickelnden Drahtes. Die periphere Rille in dem Druckrad kann im wesentlichen U-förmig sein. Das Druckrad kann anschließend an dessen Rille mit einem schrägen Abschnitt geformt sein, so daß das Druckrad nicht mit dem Draht der anschließenden Windung des nicht eingespannten Wendelteils zum Eingriff gelangt. Das druckrad kann mit einem sich in Axialrichtung erstreckenden unterschnittenen Abschnitt versehen sein, der so bemessen ist, daß er sich von dem nicht eingespannten geformten Wendelteil in einem gewissen Abstand befindet. Das Druckrad kann so angeordnet werden, daß es im Verhältnis zu dem Dorn frei drehbar ist.
Zwecks ausführlicherer Erläuterung der vorliegenden Erfindung und um klarer herauszustellen, wie diese verwirklicht werden kann, wird nun beispielweise auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
Bild 1 eine Endaufrißansicht in diagrammatischer Form eines erfindungsgemäßen Geräts zum Wickeln von Wendelteilen ist;
Bild 2 in einem anderen Maßstab als in Bild 1 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles A in Bild 1 ist;
Bild 3 eine Ansicht des peripheren Teiles eines in den Bildern 1 und 2 dargestellten Leitrads ist; und
Bild 4 eine Ansicht des peripheren Teiles eines in den Bildern 1 und 2 dargestellten Druckrads ist.
Die Bilder zeigen ein Gerät zum Wickeln eines eng gewickelten Wendelteils, wobei das Gerät einen Dorn 1 umfaßt, der mit Hilfe von dem Fachmann gut bekannten Mitteln wie einer in Bild 1 diagrammatisch dargestellten Riemenscheiben- und Riemenanordnung drehbar ist. Dorn 1 ist mit stufenlos regelbaren Drehzahlen bis zu z.B. 10 000 U/min oder mehr drehbar. Anschließend an den Dorn 1 doch in einem Abstand davon ist ein Druckrad 2 angeordnet, das so montiert ist, daß es sich frei drehen läßt.
Ebenfalls nahe an dem Dorn 1 doch in einem Abstand davon angeordnet, befindet sich ein frei drehbares Leitrad 3 zum Zuführen von Draht 4, z.B. einem Eisen-Chrom-Aluminium- Widerstandsdraht mit einem Durchmesser von etwa 0,25 bis 1 mm, zu dem Dorn 1. Der Dorn 1 und das Leitrad 3 können z.B. aus Metall oder Cermet bestehen, während das Druckrad 2 z.B. aus einem relativ harten Kunststoff wie Polyäthylen hoher Dichte bestehen kann. Wie dies in Bild 1 ersichtlich ist, sind das Druckrad und das Leitrad so angeordnet, daß der Draht 4 innerhalb eines minimalen Winkel- oder Umfangsabstands mit dem Dorn 1 in Kontakt ist und daher in Folge der auf den Draht einwirkenden Biegekräfte unter Spannung steht, bevor er durch das Druckrad an den Dorn angepreßt wird. In der dargestellten Ausführungsform ist das Leitrad bei einem Dorn mit einem Durchmesser von etwa 3 bis 6 mm, einem Druckrad mit einem Durchmesser von 50 bis 150 mm und einem Leitrad mit einem Durchmesser von 50 bis 150 mm vorzugsweise um einen solchen Abstand von dem Dorn entfernt, der unter Berücksichtigung des Drahtdurchmessers und der in dem Wendelteil, indem sich dieses von dem Dorn befreit, stattfindenden Rückfederung gerade ausreicht. Das Wendelteil wird somit von dem Punkt aus geformt, an dem der Draht 4 mit dem Dorn 1 in Kontakt kommt, bis zu dem Punkt, an dem das Druckrad 2 den Draht an den Dorn anpreßt, d.h. in der dargestellten Ausführung in einem Winkel von etwa 90º.
Der Prozeß des Formens eines eng gewickelten schraubenförmigen Wendelteils ist eingehender in Bild 2 veranschaulicht, wobei das Leitrad in den Bildern 2 und 3 und das Druckrad in den Bildern 2 und 4 dargestellt ist. Das Leitrad 3 ist so angeordnet, daß es dem Dorn 1 in einer zu der Dornachse im wesentlichen senkrechten Richtung Draht zuführt, und es ist mit einer im allgemeinen U-förmigen peripheren Rille 5 versehen, die so bemessen ist, daß ihre Breite knapp größer ist als der Durchmesser des Drahtes, während ihre Tiefe zwischen dem halben und dem vollen Durchmesser des Drahtes liegt. Die Tiefe der Rille 5 sollte nicht so groß sein, daß sie den Abstand zwischen dem Dorn und dem Leitrad unnötig vergrößert, und sie sollte nicht so gering sein, daß sie ungenügend wäre, um zu gewährleisten, daß der Draht innerhalb der Rille in Position bleibt. Das Leitrad 3 ist auch mit einem abgefasten Rand 6 an der an das geformte Wendelteil anschließenden Seite des Leitrads versehen. Das Maß der Abfasung läßt sich von dem Fachmann ohne weiteres bestimmen und ist so beschaffen, daß das Leitrad nicht mit dem Draht der anschließenden Windung des Wendelteils, wo der Kontakt zwischen dem Wendelteil und dem Dorn 1 abgebrochen wurde, in Eingriff gelangt.
Das Druckrad 2 ist in einer zu der axialen Richtung des Dornes 1 im wesentlichen senkrechten Ebene angeordnet und ebenfalls mit einer peripheren Rille 7 versehen. Die Breite der Rille ist nicht so wichtig wie bei dem Leitrad, da das Druckrad aus einem Kunststoff besteht, der in der rage ist, sich an die Maße des Drahtes anzupassen. Die Tiefe der Rille 7 ist etwa halb so groß wie der Radius des Drahtes, was gewährleistet, daß der Draht genügend aus der Rille 7 vorsteht, um an den Dorn 1 angepreßt zu werden, ohne daß das Druckrad mit dem Dorn in Kontakt kommt. Die Rille 7 hat einen im allgemeinen symmetrischen Querschnitt, so daß sie den Draht 4 an den Dorn 1 anpreßt, den Draht aber nicht in der axialen Richtung des Dornes preßt. Anschließend an die periphere Rille 7 und an der an das geformte Wendelteil anschließenden Seite der Rille befindet sich ein schräger Abschnitt 8, dessen Neigung so beschaffen ist, daß das Druckrad nicht mit dem Draht der anschließenden Windung des geformten Wendelteils zum Eingriff gelangt. Anschließend an den schrägen Abschnitt 8 des Druckrads befindet sich ein unterschnittener Abschnitt 9, der so bemessen ist, daß er sich von dem geformten Wendelteil 10 in einem Abstand befindet, der den Durchmesser des Drahtes 4 sowie die Rückfederung, durch die das Wendelteil von dem Dorn befreit wird, berücksichtigt. Der unterschnittene Abschnitt 9 trägt dazu bei, daß das Druckrad genügend steif ausgeführt werden kann. Auf Wunsch kann, wie dies in Bild 4 ersichtlich ist, der unterschnittene Abschnitt 9 des Druckrads in einem im Verhältnis zu der axialen Richtung des Dornes spitzen winkel geformt sein.
Im Einsatz wird das Formen des Drahtes in dem Bereich bewirkt, der sich zwischen dem Punkt anfänglichen Kontaktes mit dem Dorn 1 und dem Punkt, an dem das Druckrad den Draht an den Dorn anpreßt, befindet. Unmittelbar danach ist das Wendelteil zu dessen natürlichen Rückfederung in der Lage, die zur Folge hat, daß der Innendurchmesser des geformten Wendelteils um einen kleinen Betrag zunimmt, der aber groß genug ist, damit das Wendelteil von dem Dorn 1 befreit wird, so daß zwischen der äußeren Peripherie des Dornes 1 und dem inneren Umfang des Wendelteils 10 ein ringförmiger Raum der radialen Tiefe 'd' entstehen kann, wie dies in Bild 2 ersichtlich ist. In der Praxis mag der Raum natürlich nicht ringförmig sein, sondern er kann auch andere Formen annehmen. Das geformte Wendelteil ist daher nicht auf das Anliegen an dem Dorn 1, dem Druckrad 2 und dem Leitrad 3 beschränkt, obgleich das geformte Wendelteil von dem Dorn entlang dessen Länge getragen wird. Indem weitere Windungen des Wendelteils geformt werden, ist der unter Spannung stehende Bereich des Drahtes, d.h. der Bereich zwischen dem Punkt anfänglichen Kontakts mit dem Dorn bis zu dem Druckrad, in der Lage, das nicht eingespannte Wendelteil den Dorn 1 entlang und von dessen Ende weg zu fördern. Dies wird erfindungsgemäß insbesondere bei größeren Drahtdurchmessern, z.B. zwischen 0,7 und 1,0 mm, dadurch erleichtert, daß der Winkel- oder Umfangsabstand zwischen dem Punkt, an dem das Wendelteil durch das Druckrad geformt wird und dem Abweichpunkt des Drahtes, der sich in einer ähnlichen Winkel- oder Umfangsposition befindet wie der Punkt anfänglichen Kontaktes zwischen dem Draht und dem Dorn, möglich groß gewählt wird. Es ist somit kein besonderer Mechanismus erforderlich, um das geformte Wendelteil den Dorn entlang zu fördern, wie dies bisher der Fall war. Das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Gerät gestatten erfolgreichen Betrieb bei Drehzahlen bis 510 000 U/min oder mehr.

Claims

1. Ein Verfahren zum Wickeln eines eng gewickelten Wendelteils (10), das die folgenden Stufen umfaßt:

Zuführen mit Hilfe eines Leitrads (3) eines zu einem Wendelteil zu formenden Drahtes (4) zu einem sich drehenden Dorn (1), wobei der besagte Dorn ein angetriebenes Ende und ein freies Ende aufweist;

Anpressen des Drahtes an den Dorn mit Hilfe eines Druckrads (2), und zwar an einem Punkt zwischen dem angetriebenen und dem freien Ende des besagten Dorns, um zu bewirken, daß der Draht verformt wird und rings um den Dorn und in Kontakt mit diesem den Dorn umschließt; und

Dafür sorgen, daß das geformte Wendelteil (10) von einem Punkte aus, der sich unmittelbar nach dem Punkte befindet, an dem der Draht durch das Druckrad (2) an den Dorn (1) angepreßt wird, aus der Umschließung des Dorns und Kontakt mit dem Druckrad befreit wird.

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitrad (3) in einer ersten Umfangsposition an der Peripherie des Dornes (1) angeordnet ist und das Druckrad (2) in einer zweiten Umfangsposition an der Peripherie des Dornes angeordnet ist, wobei sich die Umfangspositionen des Leitrads und des Druckrads an der Peripherie des Dornes nahe aneinander befinden, so daß der dazwischen befindliche Abstand auf ein Mindestmaß eingeschränkt wird und dementsprechend der Umfangsabstand, innerhalb dessen der Draht durch das Leitrad und das Druckrad mit dem Dorn in Kontakt erhalten wird, auf ein Mindestmaß eingeschränkt wird.

3. Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (4) dem Dorn (1) über eine in dem Leitrad (3) geformte periphere Rille zugeführt wird.

4. Ein Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (4) über eine in dem Druckrad (2) geformte Rille (7) an den Dorn (1) angepreßt wird.

5. Gerät zum Wickeln eines eng gewickelten Wendelteils (10), umfassend einen drehbaren Dorn (1), an dem das Wendelteil zu formen ist, wobei der besagte Dorn ein angetriebenes Ende und ein freies Ende aufweist, ein drehbares Leitrad (3) zum Zuführen von Draht (4) zu dem Dorn, wobei das Leitrad zwecks Aufnahme des Drahtes eine periphere Rille (5) aufweist, und ein drehbares Druckrad (2), um den Draht an einem Punkte zwischen dem angetriebenen Ende und dem freien Ende des Dornes an den besagten Dorn anzupressen, so daß der Draht verformt wird und rings um den Dorn (1) und in Kontakt mit diesem den Dorn umschließt, wobei das Druckrad (2) zwecks Aufnahme des Drahtes eine periphere Rille (7) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn und das Druckrad so konstruiert und angeordnet sind, daß der Draht unmittelbar nach dem Punkt, an dem er durch das Druckrad an den Dorn angepreßt wird, aus der Umschließung des Dornes und dem Kontakt mit dem Druckrad befreit wird.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitrad (3) in einer ersten Umfangsposition an der Peripherie des Dornes (1) und das Druckrad (2) in einer zweiten Umfangsposition an der Peripherie des Dornes angeordnet ist, wobei die Umfangspositionen des Leitrads und des Druckrads nahe aneinander sind, so daß der dazwischen befindliche Abstand auf ein Mindestmaß eingeschränkt wird und dementsprechend der Umfangsabstand auf ein Mindestmaß eingeschränkt wird, innerhalb dessen der dem Dorn von dem Leitrad zugeführte Draht (4) durch das Leitrad und das Druckrad mit dem Dorn in Kontakt erhalten wird.

7. Gerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der peripheren Rille (5) in dem Leitrad (3) im wesentlichen ebenso groß ist wie der Durchmesser des zu wickelnden Drahtes (4).

8. Gerät nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der peripheren Rille (5) in dem Leitrad (3) im wesentlichen halb so groß ist wie der Gesamtdurchmesser des zu wickelnden Drahtes (4)

9. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die periphere Rille (5) in dem Leitrad (3) im wesentlichen U-förmig ist.

10. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitrad (3) an dessen anschließend an das geformte Wendelteil (10) befindlichem peripherem Rand (6) abgefast ist, so daß das Leitrad mit dem Draht der anschließenden Windung des nicht eingespannten geformten Wendelteils nicht in Eingriff gelangt.

11. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckrad (2) aus einem Kunststoff wie Polyäthylenkunststoff hoher Dichte besteht.

12. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der peripheren Rille (7) in dem Druckrad (2) im wesentlichen halb so groß ist wie der Radius des zu wickelnden Drahtes (4).

13. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die periphere Rille (7) in dem Druckrad (2) im wesentlichen U-förmig ist.

14. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckrad (2) mit einem anschließend an dessen Rille schrägen Abschnitt (8) geformt ist, so daß das Druckrad nicht mit dem Draht der anschließenden Windung des nicht eingespannten geformten Wendelteils (10) in Eingriff gelangt.

15. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckrad (2) mit einem sich in Axialrichtung erstreckenden unterschnittenen Abschitt (9) versehen ist, der so bemessen ist, daß er sich in einem Abstand von dem nicht eingespannten geformten Wendelteil (10) befindet.

16. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckrad (2) so angeordnet ist, daß es sich im Verhältnis zu dem Dorn (1) frei drehen kann.