EP0737525A1 - Vorrichtung zum Auf- und Abspulen von Metalldrähten - Google Patents

Vorrichtung zum Auf- und Abspulen von Metalldrähten Download PDF

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EP0737525A1
EP0737525A1 EP96103995A EP96103995A EP0737525A1 EP 0737525 A1 EP0737525 A1 EP 0737525A1 EP 96103995 A EP96103995 A EP 96103995A EP 96103995 A EP96103995 A EP 96103995A EP 0737525 A1 EP0737525 A1 EP 0737525A1
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EP
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wire
metal wires
dancer
dancer system
rotary magnet
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Dietmar Illig
Robert Spangenberg
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Osram GmbH
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Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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    • B21CMANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C1/00Manufacture of metal sheets, metal wire, metal rods, metal tubes by drawing
    • B21C1/02Drawing metal wire or like flexible metallic material by drawing machines or apparatus in which the drawing action is effected by drums
    • B21C1/12Regulating or controlling speed of drawing drums, e.g. to influence tension; Drives; Stop or relief mechanisms
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21C1/04Drawing metal wire or like flexible metallic material by drawing machines or apparatus in which the drawing action is effected by drums with two or more dies operating in series
    • B21C1/08Drawing metal wire or like flexible metallic material by drawing machines or apparatus in which the drawing action is effected by drums with two or more dies operating in series in which the material does not slip on the drums

Definitions

  • the invention relates to a device for winding and unwinding metal wires according to the preamble of claim 1.
  • Such a device is disclosed, for example, in German utility model DE-U 81 06 539.
  • a device for drawing metal wires is described here, in which the metal wires in the individual drawing stages are drawn through drawing dies with the aid of drawing disks which are driven together, which bring about a reduction in the wire diameter or the wire thickness.
  • the drawing disks all have the same diameter, but run at different peripheral speeds.
  • a dancer system consisting of an angle encoder, a dancer roller and several deflection rollers is arranged between the last drawing disk, which has a separate drive, and the end die. This dancer system tensions the wire and enables the wire run-off speed to be automatically adjusted to the length of the metal wire caused by the drawing process.
  • Such dancer systems usually consist essentially of an angle encoder and a dancer roll.
  • the shaft of the angular encoder is rigidly connected via an arm to the axis of the dancer roll, which rests on the wire to be drawn.
  • the wire tension is determined by the torque exerted by the dancer system, which is defined by the connecting arm between the angle encoder and the dancer roll as well as by the dancer roll weight and any additional weights attached to the arm.
  • a disadvantage of this arrangement is that, in addition to the dancer weight, dynamic inertial forces act on the wire and can lead to undefined fluctuating wire tensions. If the dancer load is generated by means of torsion or tension springs, undefined fluctuating wire tensions can also be generated by the occurrence of resonance vibrations and a non-linear force curve.
  • the device according to the invention for winding metal wires has a dancer system which is equipped with a so-called proportional rotary magnet.
  • This proportional rotary magnet is characterized above all by the fact that it generates a torque that increases linearly with its supply current and has a horizontal torque-angle of rotation characteristic. It should also owe its name to the aforementioned properties.
  • the shaft of the proportional rotary magnet is rigidly coupled to the shaft of the angle encoder belonging to the dancer system.
  • the dancer system according to the invention ensures reproducible Wire tensions, ie winding or unwinding of the metal wire with adjustable, constant running force.
  • the invention is particularly advantageously applicable to devices for drawing fine metal wires, in particular tungsten or molybdenum wires with a wire diameter or a wire thickness below 500 ⁇ m.
  • the supply spool of the wire drawing device is equipped with its own drive for unwinding the metal wire, since thin wires of this type cannot be easily removed from the supply spool because of their low tensile strength.
  • the dancer system according to the invention is particularly well suited for regulating the wire tension and the speed of the supply reel drive.
  • This embodiment is a device for drawing metal wires.
  • the figure shows the parts of this device essential for understanding the invention in a highly schematic manner.
  • a detailed description of a device for drawing metal wires to which the invention is applicable can be found, for example, in utility model DE-U 81 06 539 cited as prior art.
  • the for pulling metal wires has a supply coil 2 equipped with tungsten wire 1, which is driven by an electric motor 3 and from which the wire supply is unwound.
  • the tungsten wire 1 is guided in several drawing stages with the aid of drawing disks 4 over the dancer roller 5 and over a deflection roller 6 through several drawing dies 7 until the desired final diameter is reached.
  • the axis of the dancer roll 5 is rigidly connected to the shaft of a proportional rotary magnet 9 by means of a connecting arm 8.
  • the shaft of the proportional rotary magnet 9 is rigidly coupled to the shaft of an angle encoder 10.
  • the angle encoder 10, the dancer roll 5 and the proportional rotary magnet 9 form the dancer or the dancer system of the device according to the invention for pulling metal wires.
  • Both the proportional rotary magnet 9 and the angle encoder 10 are connected to the control unit 11 of the supply reel drive 3.
  • the control unit 11 regulates the wire run-off speed via a connection to the drive 3 of the supply reel 2.
  • the angle encoder 10 measures the angle which the connecting arm 8 forms with the horizontal and forwards an input signal corresponding to this angle to the control unit 11.
  • the wire voltage can be adjusted to the desired value by adapting the proportional rotary magnet supply current.
  • the angular setting of the connecting arm 8 and thus the torque acting on the tungsten wire 1 is determined by the supply current of the proportional rotary magnet 9.
  • the proportional rotary magnet 9 namely has a proportional behavior between the torque it generates and its supply current, as well as a horizontal torque-rotation angle characteristic and a constant torque in its working range.
  • the control unit 11 regulates the wire run-off speed as a function of the preset nominal value of the wire voltage and the input signal which it receives from the angle encoder 10.
  • the dancer system 5, 6, 9, 10 can also be used on others Place, for example in the case of multiple trains, be integrated between the drawing disks to regulate the following drawing disk.
  • the dancer system according to the invention can also be used in a winding machine for producing coils for electric lamps.
  • the dancer system according to the invention is suitable for regulating the wire tension and the wire run-off speed when winding and unwinding the core wire.
  • the dancer system according to the invention can also be used to regulate the wire tension and the wire run-off speed of the illuminant wire to be wound around the core wire and to be unwound from a supply spool.
  • a helical winding machine that can be equipped with the dancer system according to the invention is described, for example, in the published patent application DE 43 43 933.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auf- und Abspulen von Metalldrähten, bei der die Regelung der Drahtspannung sowie der Drahtablaufgeschwindigkeit mit Hilfe eines Tänzersystems (5, 6, 9, 10) erfolgt, das einen Proportional-Drehmagneten (9) aufweist, der an den Winkelcodierer (10) des Tänzersystems gekoppelt ist und der ein proportional zu seiner Versorgungsspannung anwachsendes Drehmoment erzeugt. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auf- und Abspulen von Metalldrähten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise in dem deutschen Gebrauchsmuster DE-U 81 06 539 offenbart. Hier wird eine Vorrichtung zum Ziehen von Metalldrähten beschrieben, bei der die Metalldrähte in den einzelnen Ziehstufen mit Hilfe von gemeinsam angetriebenen Ziehscheiben durch Ziehsteine gezogen werden, die eine Reduktion des Drahtdurchmessers bzw. der Drahtstärke bewirken. Die Ziehscheiben besitzen alle den gleichen Durchmesser, laufen jedoch mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten. Zwischen der letzten Ziehscheibe, die einen separaten Antrieb besitzt, und dem Endziehstein ist ein Tänzersystem, bestehend aus einem Winkelcodierer, einer Tänzerrolle und mehreren Umlenkrollen angeordnet. Dieses Tänzersystem spannt den Draht und ermöglicht eine automatische Anpassung der Drahtablaufgeschwindigkeit an die durch den Ziehvorgang verursachte Längenausdehnung des Metalldrahtes. Üblicherweise bestehen derartige Tänzersysteme im wesentlichen aus einem Winkelcodierer und einer Tänzerrolle. Dabei ist die Welle des Winkelcodierers über einen Arm starr mit der Achse der Tänzerrolle, die auf dem zu ziehenden Draht lastet, verbunden. Die Drahtspannung ist durch das vom Tänzersystem ausgeübte Drehmoment bestimmt, das von dem Verbindungsarm zwischen dem Winkelcodierer und der Tänzerrolle sowie von dem Tänzerrollengewicht und eventueller am Arm angebrachter Zusatzgewichte definiert wird. Es ist auch bekannt, die Tänzerlast mittels Torsions- oder Zugfedern, die auf den Verbindungsarm zwischen Winkelcodierer und Tänzerrolle einwirken, zu erzeugen. Nachteilig ist bei dieser Anordnung, daß zusätzlich zum Tänzergewicht dynamische Massenträgheitskräfte auf den Draht einwirken und zu undefiniert schwankenden Drahtspannungen führen können. Wird die Tänzerlast mittels Torsions- oder Zugfedern generiert, so können durch das Auftreten von Resonanzschwingungen und nicht-linearem Kraftverlauf ebenfalls undefiniert schwankende Drahtspannungen erzeugt werden.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Auf- und Abspulen von Metalldrähten bereitzustellen, die eine definierte und möglichst konstante Drahtspannung während des Spulvorganges gewährleistet.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Spulen von Metalldrähten besitzt ein Tänzersystem, das mit einem sogenannten Proportional-Drehmagneten ausgestattet ist. Dieser Proportional-Drehmagnet zeichnet sich vor allem dadurch aus, daß er ein linear mit seinem Versorgungsstrom anwachsendes Drehmoment erzeugt und eine waagerecht verlaufende Drehmoment-Drehwinkel-Kennlinie besitzt. Den vorgenannten Eigenschaften dürfte er auch seinen Namen verdanken. Die Welle des Proportional-Drehmagneten ist erfindungsgemäß starr mit der Welle des zum Tänzersystem gehörenden Winkelcodierers gekoppelt. Dadurch kann über den Versorgungsstrom des Proportional-Drehmagneten die mechanische Spannung des zu spulenden Metalldrahtes auf den gewünschten Wert eingestellt und geregelt werden. Das erfindungsgemäße Tänzersystem gewährleistet reproduzierbare Drahtspannungen, d.h., ein Auf- bzw. Abspulen des Metalldrahtes mit einstellbarer, konstanter Ablaufkraft.
  • Die Erfindung ist besonders vorteilhaft auf Vorrichtungen zum Ziehen von feinen Metalldrähten, insbesondere von Wolfram- oder Molybdändrähten mit einem Drahtdurchmesser bzw. einer Drahtstärke unterhalb von 500 µm, anwendbar. Die Vorratsspule der Drahtziehvorrichtung ist mit einem eigenen Antrieb zum Abspulen des Metalldrahtes ausgerüstet, da derartig dünne Drähte wegen ihrer geringen Reißfestigkeit nicht einfach von der Vorratsspule abgezogen werden können. Das erfindungsgemäße Tänzersystem eignet sich besonders gut zur Regelung der Drahtspannung und der Drehzahl des Vorratsspulenantriebs.
  • Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Vorrichtung zum Ziehen von Metalldrähten. Die Figur zeigt stark schematisert die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen Teile dieser Vorrichtung. Eine detaillierte Beschreibung einer Vorrichtung zum Ziehen von Metalldrähten, auf die die Erfindung anwendbar ist, findet man beispielsweise in dem als Stand der Technik zitierten Gebrauchsmuster DE-U 81 06 539.
  • Die zum Ziehen von Metalldrähten gemaß des Ausführungsbeispiels besitzt eine mit Wolframdraht 1 bestückte Vorratsspule 2, die von einem Elektromotor 3 angetrieben wird und von der der Drahtvorrat abgespult wird. Der Wolframdraht 1 wird in mehreren Ziehstufen mit Hilfe von Ziehscheiben 4 über die Tänzerrolle 5 sowie über eine Umlenkrolle 6 durch mehrere Ziehsteinen 7 geführt, bis der gewünschte Enddurchmesser erreicht ist. In der stark schematisierten Figur ist der Einfachheit halber nur eine Ziehstufe, bestehend aus einer Ziehscheibe 4 mit einem davor angeordneten Ziehstein 7, abgebildet. Die Achse der Tänzerrolle 5 ist mittels eines Verbindungsarmes 8 starr mit der Welle eines Proportional-Drehmagneten 9 verbunden. Die Welle des Proportional-Drehmagneten 9 ist starr an die Welle eines Winkelcodierers 10 gekoppelt. Der Winkelcodierer 10, die Tänzerrolle 5 und der Proportional-Drehmagnet 9 bilden den Tänzer bzw. das Tänzersystem der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ziehen von Metalldrähten.
  • Sowohl der Proportional-Drehmagnet 9 als auch der Winkelcodierer 10 sind an die Steuerungseinheit 11 des Vorratspulenantriebs 3 angeschlossen. Die Steuerungseinheit 11 regelt über einen Anschluß zum Antrieb 3 der Vorratsspule 2 die Drahtablaufgeschwindigkeit. Der Winkelcodierer 10 mißt den Winkel, den der Verbindungsarm 8 mit der Horizontalen bildet und gibt ein diesem Winkel entsprechendes Eingangssignal an die Steuerungseinheit 11 weiter. An der Steuerungsvorrichtung 11 kann die Drahtspannung durch Anpassen des Proportional-Drehmagnet-Versorgungsstromes auf den gewünschten Wert eingestellt werden. Durch den Versorgungsstrom des Proportional-Drehmagneten 9 wird die Winkeleinstellung des Verbindungsarmes 8 und damit das auf den Wolframdraht 1 einwirkende Drehmoment festgelegt. Der Proportional-Drehmagnet 9 weist nämlich ein proportionales Verhalten zwischen dem von ihm erzeugten Drehmoment und seinem Versorgungsstrom sowie eine waagerecht verlaufende Drehmoment-Drehwinkel-Kennlinie und ein in seinem Arbeitsbereich konstantes Drehmoment auf.
  • Die Steuerungseinheit 11 regelt die Drahtablaufgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem voreingestellten Sollwert der Drahtspannung und dem Eingangssignal, das sie von dem Winkelcodierer 10 erhält.
  • Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das näher beschriebene Ausführungsbeispiel. Beispielsweise kann das Tänzersystem 5, 6, 9, 10 auch an anderer Stelle, z.B. bei Mehrfachzügen zwischen den Ziehscheiben zum Regeln der folgenden Ziehscheibe integriert sein. Außerdem kann das erfindungsgemäße Tänzersystems auch in einer Wickelmaschine zur Herstellung von Gewendel für elektrische Lampen eingesetzt werden. Beispielsweise eignet sich das erfindungsgemäße Tänzersystem zur Regelung der Drahtspannung sowie der Drahtablaufgeschwindigkeit beim Auf- und Abspulen des Kerndrahtes. Ebenso kann das erfindungsgemäße Tänzersystem auch zur Regelung der Drahtspannung und der Drahtablaufgeschwindigkeit des um den Kerndraht zu wickelnden und von einer Vorratsspule abzuspulenden Leuchtmitteldrahtes verwendet werden. Eine Wendelwickelmaschine, die mit dem erfindungsgemäßen Tänzersystem ausgestattet werden kann, ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 43 43 933 beschrieben.

Claims (9)

  1. Vorrichtung zum Auf- und Abspulen von Metalldrähten, bei der die Regelung der Drahtspannung sowie der Drahtablaufgeschwindigkeit mit Hilfe eines Tänzersystems erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Tänzersystem (5, 6, 9, 10) einen Proportional-Drehmagneten (9) aufweist, der an den Winkelcodierer (10) des Tänzersystems gekoppelt ist und der ein proportional zu seiner Versorgungsspannung anwachsendes Drehmoment erzeugt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Vorrichtung zum Ziehen von Metalldrähten ist, bei der die Metalldrähte (1) in einzelnen Ziehstufen mittels Ziehscheiben (4) durch Ziehsteine (7) gezogen werden.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Wickelmaschine zur Herstellung von Gewendel für elektrische Lampen ist, bei der die Regelung der Drahtspannung sowie der Drahtablaufgeschwindigkeit des Kerndrahtes und/oder des Leuchtmitteldrahtes mit Hilfe eines Tänzersystems erfolgt.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle des Proportional-Drehmagneten (9) starr mit der Welle des Winkelcodierers (10) gekoppelt ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine motorgetriebene Vorratsspule (2) für den Metalldraht (1) besitzt, wobei die Drehzahl des Motors (3) der Vorratsspule (2) mittels einer Steuerungseiltheit (11) geregelt wird, so daß der Metalldraht (1) mit einer an der Steuerungseiltheit (11) einstellbaren, konstanten Abziehkraft von der Vorratsspule (2) abgespult wird.
  6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinheit (11) die Versorgungsspannung des Proportional-Drehmagneten (9) regelt.
  7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinheit (11) die Stellung bzw. das Ausgangssignal des Winkelcodierers (10) überwacht.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalldrähte (1) Wolfram- oder Molybdändrähte sind.
  9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalldrähte (1) nach dem Ziehvorgang eine Stärke bzw. einen Durchmesser von weniger als 500 µm besitzen.
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