EP1357561A1 - Flat ribbon cable manufacturing - Google Patents
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- EP1357561A1 EP1357561A1 EP02450103A EP02450103A EP1357561A1 EP 1357561 A1 EP1357561 A1 EP 1357561A1 EP 02450103 A EP02450103 A EP 02450103A EP 02450103 A EP02450103 A EP 02450103A EP 1357561 A1 EP1357561 A1 EP 1357561A1
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- drive
- cable
- rollers
- roller
- drive rollers
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
- H01B13/0003—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables for feeding conductors or cables
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
- H01B7/08—Flat or ribbon cables
Definitions
- the invention relates to the manufacture and equipment of ribbon cables, in particular their movement in the course of their manufacture, processing and equipment.
- the invention relates to a method for transporting a flat conductor cable to, between and from processing stations by means of drive rollers, configurations this method and an apparatus for performing the method.
- ribbon cables There are two types of ribbon cables, the laminated and the extruded, both can and will be manufactured continuously, either directly from their location Manufacture, or different from a drum on which they are temporarily stored Processing steps subjected to different, successive stations. These individual processing steps can include removing a piece of an insulating layer to be able to create a window, connecting with any electronic Elements or elements for handling or the like ..
- the object and aim of the invention is to solve these problems.
- this goal is achieved in that the drive rollers with different Speed are driven and that between the roller parts, which contact the ribbon cable and the drive elements a slip clutch is provided. In this way, a measurable and reproducible movement of the Ribbon cable also over long distances and also over many processing stations achieved.
- the slip clutch must be adjusted so that it begins to slip before it Sliding friction between the drive roller and the ribbon cable comes. This Adjustment can be carried out by a person skilled in the art knowing the invention using the data sheets from Ribbon cable and possibly a few simple experiments easily done become.
- Each drive station 4, 5, 6 consists essentially of two Rollers 4 ', 4 "; 5', 5" or 6 ', 6 ", of which always the lower roller as the drive roller 4 ', 5', 6 'is used and is therefore driven while the respective upper roller as Pinch roller 4 ", 5", 6 "is used.
- the last drive station 6 is operated directly by one Motor or a motor-gear unit 7 driven while the other two Drive stations 4 and 5 are driven by toothed belts 8 and 9.
- Figures 2 and 3 show, based on a special embodiment, one of the lower drive rollers 4 'or 5': the outer surface 10 on which the flat cable (Fig. 1) rests with the drive unit (tooth lock washer or direct drive) 11 an (adjustable) slip clutch 12 connected.
- the drive unit teeth lock washer or direct drive
- 11 an (adjustable) slip clutch 12 connected.
- the drive is implemented in such a way that the last lower roller is spikl-free in the transport direction is driven.
- the previous rolls from the bottom row are by timing belts also driven.
- the upper rollers are slightly pretensioned on the lower ones that a contact path is created in the contact points.
- condition (1) can be satisfied by varying 2 parameters, namely the roll diameter and the pulley diameter ,
- the dynamic analysis of the drive flat cable system provides information about the external forces acting on the flat cable and their influence on the position, or machining accuracy and about the boundary conditions for a slip-free Movement of the cable.
- This force is colinear to the x-axis of the model. For this it is necessary to determine the equivalent mass reduced to the x-axis. Then the necessary pressing forces on the flat cable taking into account the by the Machining and friction-induced resistance forces defined. It goes can be seen from the following from Fig. 2 apparent design of the roles from (the reason for the approach follows in the description):
- the run-up time of the system can be determined from the equations of motion:
- This slip clutch enables the drive torque transferred to the roller be limited.
- a predefined elastic stretch i.e. more elastic Force
- one (or both) begins with one to rotate another angular velocity with respect to the driving toothed pulley.
- the slip thus occurs in the slip clutch and not between the drive roller and Electric wire. This creates a defined position of the cable with respect to the surface of everyone Drive role and thus ensured in the room what processing individual allows predetermined areas of the cable with high accuracy.
- the clutch closing force F Cyl is given by:
- V i + 1 is always greater than V i , that is to say that the outgoing cable end, i.e. the point of contact between the rolls i + 1 , moves faster than the incoming end, ie the point of contact between the rolls i .
- This speed difference results in the creation of a mechanical stretch in the cable harness, which causes a smaller or greater elastic force depending on the elastic constant of the cable, which in turn depends on the effective length of the cable. This force does not increase linearly due to the conditions of the drive.
- the cable has the following elastic parameters: ⁇ x j , ej / i, ⁇ j / i , and l j FFC .
- the part of the cable in front of the rolls i has a relative (specific) elongation ⁇ j i- l ( e j i- l ) and the strand after the rolls i + 1 - a relative (specific) elongation ⁇ j i + l ( e j i) .
- the invention provides such a solution.
- the flat cable moves through all without slipping Roll.
- the speeds of the respective pairs of rollers are reasonable Selection of their outer diameter and that of the toothed pulleys chosen such that the last driven roller in the transport direction has the highest peripheral speed has and each previously attached ever lower.
- the frictional forces on the FFC only make sense at the level of the driving forces and are caused by the contact pressure certainly.
- the last roll is the only one without a slip clutch and directly from the engine is driven.
- the transmission moments in the slip clutches are on one Value between the mass torque and the proportional drive torque on the roller set. This peculiarity of the drive guarantees a continuity of the movement of the flat cable and good deterministic properties of the entire system, which in addition to the correction of the position of the cable or the processing units by the Control also allow a good estimate of the machining tolerances of the FFC.
- the invention is not based on the illustrated and described embodiment limited, but can be modified in various ways.
- the drive belt Toothed belt
- the use of chains or gears or friction wheels is conceivable, which may also take over the function of the slip clutches can.
- the slip clutch can be mechanical, as described in the above Case, or electrically, be designed as a control of the drive torque.
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Insulated Conductors (AREA)
- Transmission Devices (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft die Herstellung und Ausrüstung von Flachbandkabeln, insbesondere deren Bewegung im Zuge ihrer Herstellung, Bearbeitung und Ausrüstung. Im speziellen betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Transport eines Flachleiterkabels zu, zwischen und von Bearbeitungsstationen mittels Antriebsrollen, Ausgestaltungen dieses Verfahrens und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to the manufacture and equipment of ribbon cables, in particular their movement in the course of their manufacture, processing and equipment. in the In particular, the invention relates to a method for transporting a flat conductor cable to, between and from processing stations by means of drive rollers, configurations this method and an apparatus for performing the method.
Es gibt zwei Arten von Flachbandkabel, die laminierten und die extrudierten, beide können kontinuierlich hergestellt werden und werden, entweder direkt vom Ort ihrer Herstellung, oder von einer Trommel, auf der sie zwischengelagert sind, verschiedenen Bearbeitungsschritten an verschiedenen, aufeinander folgenden Stationen unterworfen. Diese einzelnen Bearbeitungsschritte können das Entfernen eines Stückes einer Isolierschichte zur Schaffung eines Fensters sein, das Verbinden mit irgendwelchen elektronischen Elementen oder Elementen zur Handhabung od.dergl..There are two types of ribbon cables, the laminated and the extruded, both can and will be manufactured continuously, either directly from their location Manufacture, or different from a drum on which they are temporarily stored Processing steps subjected to different, successive stations. These individual processing steps can include removing a piece of an insulating layer to be able to create a window, connecting with any electronic Elements or elements for handling or the like ..
Von Bedeutung ist, dass beim kontinuierlichen Durchlaufen mehrerer Stationen, zwischen denen sich die Antriebswalzen für das Flachbandkabel befinden, die Geschwindigkeit des Flachbandkabels zwischen den Stationen unterschiedlich ist und sich in Bewegungsrichtung erhöht. Dabei kommt es zur Ausbildung von Buckeln, Schleifen, etc., zum Auftreten unterschiedlicher Bedingungen an den einzelnen Stationen und schließlich zur Abschaltung der Anlage durch das Überwachungssystem.It is important that when continuously running through several stations, between which are the drive rollers for the ribbon cable, the speed of the ribbon cable is different between the stations and is in Direction of movement increased. This leads to the formation of humps, loops, etc., to the occurrence of different conditions at the individual stations and finally for the shutdown of the system by the monitoring system.
Dieses Problem stellt sich nicht nur bei einer großen Anzahl von hintereinander angeordneten Stationen, sondern immer dann, wenn eine große Länge eines Flachbandkabels in einem Zug verarbeitet werden soll. Es kommt dann bereits bei zwei Bearbeitungsstationen mit insgesamt drei Antriebsstationen zu diesen Problemen. Auch zwischenzeitliches Abschalten und "straffen" nutzt nur zum Teil, da die Kenntnis der genauen Lage der bereits vorgenommenen Bearbeitungsschritte auf dem Flachbandkabel verloren geht.This problem arises not only with a large number of consecutively arranged Stations, but always when a large length of a ribbon cable to be processed in one go. It then comes to two processing stations with a total of three drive stations on these problems. Also in the meantime Switching off and "tightening" only partially because knowing the exact location the processing steps already carried out on the ribbon cable are lost goes.
Diese Probleme zu lösen, ist Aufgabe und Ziel der Erfindung. The object and aim of the invention is to solve these problems.
Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, dass die Antriebswalzen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit angetrieben werden und dass zwischen den Walzenteilen, die das Flachbandkabel kontaktieren und den Antriebselementen eine Rutschkupplung vorgesehen ist. Auf diese Weise wird eine messbare und reproduzierbare Bewegung des Flachbandkabels auch über lange Strecken und auch über viele Bearbeitungsstationen erzielt.According to the invention, this goal is achieved in that the drive rollers with different Speed are driven and that between the roller parts, which contact the ribbon cable and the drive elements a slip clutch is provided. In this way, a measurable and reproducible movement of the Ribbon cable also over long distances and also over many processing stations achieved.
In Abhängigkeit von der Oberflächenbeschaffenheit der jeweiligen Antriebswalze und des Flachbandkabels, des Anpressdruckes zwischen Antriebswalze und Flachbandkabel, einer eventuellen Verunreinigung der Oberflächen und der anderen Betriebsparameter ist die Rutschkupplung so zu justieren, dass sie zu rutschen beginnt, bevor es zur Gleitreibung zwischen der Antriebswalze und dem Flachbandkabel kommt. Diese Justierung kann vom Fachmann in Kenntnis der Erfindung anhand der Datenblätter der Flachbandkabel und gegebenenfalls einiger weniger einfacher Versuche leicht vorgenommen werden.Depending on the surface condition of the respective drive roller and the ribbon cable, the contact pressure between the drive roller and the ribbon cable, possible contamination of the surfaces and other operating parameters the slip clutch must be adjusted so that it begins to slip before it Sliding friction between the drive roller and the ribbon cable comes. This Adjustment can be carried out by a person skilled in the art knowing the invention using the data sheets from Ribbon cable and possibly a few simple experiments easily done become.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt
Die Fig. 1 zeigt rein schematisch die Bewegung eines Flachkabels 1 im Bereich zweier Bearbeitungsstationen 2, 3. Die Bewegung des Flachkabels 1 erfolgt durch drei Antriebsstationen 4, 5 und 6, wobei, in Bewegungsrichtung des Flachkabels gesehen, die Antriebsstation 4 die erste ist und die Antriebsstation 6 die letzte, zu der das Flachkabel gelangt. Jede Antriebsstation 4, 5, 6 besteht im wesentlichen aus zwei Rollen 4',4"; 5',5" bzw. 6',6", wovon immer die jeweils untere Rolle als Antriebsrolle 4',5',6' dient und daher angetrieben wird, während die jeweils obere Rolle als Andruckrolle 4",5",6" dient.1 shows purely schematically the movement of a flat cable 1 in the area of two Processing stations 2, 3. The movement of the flat cable 1 is carried out by three Drive stations 4, 5 and 6, wherein, viewed in the direction of movement of the flat cable, the drive station 4 is the first and the drive station 6 is the last to which the Flat cable arrives. Each drive station 4, 5, 6 consists essentially of two Rollers 4 ', 4 "; 5', 5" or 6 ', 6 ", of which always the lower roller as the drive roller 4 ', 5', 6 'is used and is therefore driven while the respective upper roller as Pinch roller 4 ", 5", 6 "is used.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird die letzte Antriebsstation 6 direkt von einem Motor bzw. einer Motor-Getriebe-Einheit 7 angetrieben, während die beiden anderen Antriebsstationen 4 und 5 mittels Zahnriemen 8 und 9 angetrieben sind. In the exemplary embodiment shown, the last drive station 6 is operated directly by one Motor or a motor-gear unit 7 driven while the other two Drive stations 4 and 5 are driven by toothed belts 8 and 9.
Die Figuren 2 und 3 zeigen, anhand eines speziellen Ausführungsbeispieles, eine der unteren Antriebsrollen 4' bzw. 5': Die Mantelfläche 10, auf der das Flachkabel (Fig. 1) aufliegt, wird mit der Antriebseinheit (Zahnscheibe oder auch direkter Antrieb) 11 über eine (einstellbare) Rutschkupplung 12 verbunden. Damit ist sichergestellt, das nur ein voreingestelltes und bevorzugt regelbares Drehmoment übertragen werden kann. Dies wiederum bedeutet, dass nur eine vorbestimmte "Schleppkraft" auf das Flachkabel übertragen wird.Figures 2 and 3 show, based on a special embodiment, one of the lower drive rollers 4 'or 5': the outer surface 10 on which the flat cable (Fig. 1) rests with the drive unit (tooth lock washer or direct drive) 11 an (adjustable) slip clutch 12 connected. This ensures that only one preset and preferably controllable torque can be transmitted. This in turn means that only a predetermined "drag force" on the flat cable is transmitted.
Für die Ermittlung der Bearbeitungsgenauigkeit, die in der Bewegungsrichtung von der
Kinematik des Antriebsstranges und der auf dem Flachkabel wirkenden Kräfte dominiert
ist, muss man eine Antwort auf die folgenden Fragen finden:
Für einen kontrollierten Vorschub des Flachkabels werden bei jeder Applikation zwei Antriebsrollen notwendig - vor und nach der Fertigungseinheit. Sofern die Fertigungseinheiten nicht von einander durch Puffer getrennt sind, ist die Anzahl der Antriebsrollen n+1, wobei n die Anzahl der Einzelprozesse angibt.For a controlled feed of the flat cable, two drive rollers are required for each application - before and after the production unit. If the production units are not separated from each other by buffers, the number of drive rollers is n + 1 , where n indicates the number of individual processes.
Der Antrieb ist derartig realisiert, dass die letzte untere Rolle in Transportrichtung spiclfrei angetrieben ist. Die vorherstehenden Rollen von der unteren Reihe sind durch Zahnriemen mitangetrieben. Die oberen Rollen liegen leicht vorgespannt auf den unteren, so dass in den Berührungsstellen eine Kontaktstrecke entsteht.The drive is implemented in such a way that the last lower roller is spikl-free in the transport direction is driven. The previous rolls from the bottom row are by timing belts also driven. The upper rollers are slightly pretensioned on the lower ones that a contact path is created in the contact points.
Auf Grund der Fertigungstoleranzen haben sowohl die Zahnscheiben auch die Kabelantriebsrollen
unterschiedliche Außendurchmesser. Anders als bei Zahnradpaaren muss
man bei einem Zahnriemenantrieb für die Ermittlung der tatsächlichen Übersetzung im
Rahmen des Flankenspiels die Außendurchmesser der Zahnscheiben heranziehen (die
theoretische Übersetzung lässt sich natürlich über den Wirkdurchmesser, bzw. über die
Zähnezahl errechnen). Dadurch resultieren zwangsläufig unterschiedliche
Umfangsgeschwindigkeiten an den Kabelantriebsrollen, solange dieses Spiel in der
entsprechenden Richtung vorhanden ist. In Abhängigkeit davon, welche von zwei
nachfolgenden Rollen die größere Umfangsgeschwindigkeit hat, bildet sich im Bereich
zwischen den Rollen entweder eine Zug- oder eine Stauchzonne. Es ist offensichtlich,
dass ein Kabeltransport mit Bildung von Stauchzonnen unzulässig ist. Daher kann man
die Bedingung für einen ordnungsmäßigen Kabelvorschub folgendermaßen formulieren:
Das Flachkabel muss stets leicht angespannt sein!
Ausgehend von der Winkelgeschwindigkeit des Motors
kann man für die Umfangsgeschwindigkeiten an den
Kabelantriebsrollen folgende Ausdrücke ableiten:
- Di
- Außendurchmesser der i. Kabelantriebsrolle
- ω i
- Winkelgeschwindigkeit
der i.
Kabelantriebsrolle - ω M
- Winkelgeschwindigkeit des Motors
- iG
- Getriebeübersetzung
- Außendurchmesser der Zahnscheibe
- D i
- Outside diameter of the i . Cable driving roll
- ω i
- Angular velocity of the i.
Cable driving roll - ω M
- Angular speed of the motor
- i G
- gear ratio
- Outside diameter of the toothed disc
Aus den obigen Formeln ist ersichtlich, dass der Bedingung (1) durch das Variieren von 2 Parametern genügt werden kann, nämlich dem Rollendurchmesser und dem Zahnscheibendurchmesser . It can be seen from the above formulas that condition (1) can be satisfied by varying 2 parameters, namely the roll diameter and the pulley diameter ,
Die Fertigungsprozesse finden jedoch nicht in der unmittelbaren Umgebung einer Rolle statt, sondern i.d.R. in der Mitte zwischen 2 Rollen. Deswegen ist es notwendig, die Verteilung der Flachkabelgeschwindigkeit zwischen den Rollen zu kennen, um ggf. die Geschwindigkeit des Prozesses mit dieser des Kabels synchronisieren zu können.However, the manufacturing processes do not take place in the immediate environment of a role instead, but usually in the middle between 2 rolls. That is why it is necessary that To know the distribution of the flat cable speed between the roles, if necessary the To be able to synchronize the speed of the process with that of the cable.
Betrachten wir demnächst die Bewegung des Flachkabels nur zwischen 2 Rollen i und i-1. Die Geschwindigkeit des Kabels bei den Rollen ist bekannt bzw. kann von (2) ermittelt werden. Let us consider the movement of the flat cable only between 2 rolls i and i-1 . The speed of the cable in the reels is known or can be determined from (2).
Nach Bedingung (1) steigt die Geschwindigkeit zwischen den Rollen kontinuierlich an. Für die Geschwindigkeit des Kabels in einem beliebigen Punkt zwischen den Rollen kann man aufschreiben: According to condition (1), the speed between the rollers increases continuously. For the speed of the cable at any point between the reels you can write down:
Beachtet man weiter, dass kann man (3) nur als Funktion von ausdrucken:
- l
- Abstand zwischen den Rollen
- t1
- Zeit für die Bewegung eines Punktes des Kabels von Rolle i-1 zu r Rolle i
- ∼V
- Durchschnittsgeschwindigkeit eines Punktes des Kabels von n i-1 nach i
- S
- Flächenmaß des Dreiecks Vi-l P Vi
- l
- Distance between the roles
- t 1
- Time to move a point of the cable from roll i-1 to r roll i
- ∼ V
- Average speed of a point on the cable from n i-1 to i
- S
- Area of the triangle V il PV i
Die Differentialform von (3b) - dx / dt = (.....)t-, integriert im Intervall l0-l liefert das Bewegungsgesetz eines Punktes des Kabels bei seiner Bewegung von Punkt i-l nach i: The differential form of (3b) - dx / dt = (.....) t -, integrated in the interval l 0 -l provides the law of motion of a point of the cable as it moves from point il to i :
Als Resume soll das bisher Ermittelte festgehalten werden:
Nun ist eine Antwort auf die Frage zu finden, welche Leistung für die Fortbewegung des Kabels notwendig ist, bzw. durch welche Anpresskräfte ein normaler Betrieb gewährleistet ist.Now you can find an answer to the question of what performance for locomotion the cable is necessary, or by what contact pressure normal operation is guaranteed.
Die dynamische Analyse des Systems Antrieb-Flachkabel bringt Aufschlüsse über die auf das Flachkabel wirkenden äußeren Kräfte und deren Einfluss auf die Positions-, bzw. Bearbeitungsgenauigkeit und über die Grenzbedingungen für eine schlupffreien Fortbewegung des Kabels. Als erstes muss man die Antriebskraft auf das Flachkabel bestimmen. Diese Kraft ist kolinear zu der x-Achse des Models. Dafür ist es notwendig, die auf die x-Achse reduzierte äquivalente Masse zu ermitteln. Anschließend werden die notwendigen Anpresskräfte auf das Flachkabel unter Berücksichtigung der durch die Bearbeitung und Reibung hervorgerufenen Wiederstandskräfte definiert. Dabei geht man von der folgenden aus Fig. 2 ersichtlichen konstruktiven Ausprägung der Rollen aus (die Begründung für den Ansatz folgt in der Darlegung):The dynamic analysis of the drive flat cable system provides information about the external forces acting on the flat cable and their influence on the position, or machining accuracy and about the boundary conditions for a slip-free Movement of the cable. First you have to drive the flat cable determine. This force is colinear to the x-axis of the model. For this it is necessary to determine the equivalent mass reduced to the x-axis. Then the necessary pressing forces on the flat cable taking into account the by the Machining and friction-induced resistance forces defined. It goes can be seen from the following from Fig. 2 apparent design of the roles from (the reason for the approach follows in the description):
Die äquivalente Masse kann man durch die Gleichsetzung der kinetischen Energien des Models und des realen Systems ermitteln. Das dynamische System werden wir bedingt in zwei teilen - Subsystem FFC und Subsystem Antrieb. Demnach kann man für die kinetische Energie beiden Subsystemen aufschreiben:
- li
- Abstand zwischen den Rollen i und i+l
- ∼V
- Durchschnittsgeschwindigkeit eines Punktes des Kabels von n i nach i+l
- mFFC
- Masse des FFC in kg/m
- l i
- Distance between the roles i and i + l
- ~V
- Average speed of a point on the cable from n i to i + l
- m FFC
- Mass of the FFC in kg / m
Der Einfachheit halber setzen wir
in (5) statt ∼V -> Vi , also:
und
- EM
- Kinetische Energie des Motors
- EG
- KE des Getriebes
- EoR
- KE der oberen Rolle
- EuR
- KE der unteren Rolle
- ESR
- KE der Spannrolle
- EZR
- KE des Zahnriemens
- E M
- Motor kinetic energy
- E G
- KE of the transmission
- Eo R
- KE of the upper role
- Eu R
- KE of the lower role
- E SR
- KE of the tension pulley
- E ZR
- KE of the timing belt
Der Index L steht für Lager, bei RRUi und RROi handelt es sich um Außenradius der
unteren und oberen Rolle, rn und ri bedeuten den Radius der entspr. Zahnscheibe.
Indices: D - Deckel, GS - Gleitscheibe, ZS - Zahnscheibe,
AXL - Axiallager
wo:
- ρ -
- Materialdichte
- li ―
- Abstand zwischen zwei Rollen
- ρ -
- material density
- l i -
- Distance between two roles
Jetzt kann man für die äquivalente Masse Mä , reduziert auf die x- Achse, schreiben:
Unter der Berücksichtigung der Formel (2) und der Vernachlässigung der geringfügigen
Unterschiede der kinematischen Parameter der Rollen und der Zahnscheiben ( alle
Antriebsrollen in einer Reihe sowie alle Zahnscheiben und Spannrollen haben ideale
Maße, sprich jeweils gleiche Außendurchmesser), d.h.
Somit reduziert sich das System zum folgenden Modell, wobei die ganze Masse im FFC "konzentriert" ist The system is thus reduced to the following model, with the entire mass being "concentrated" in the FFC
Die Differentialgleichung des Systems ist demnach:
wo FA ―resultierende Antriebskraft
FP ― resultierende Prozesskraft
β dx / dt = FR ― resultierende Reibungskraft
η - Wirkungsgrad des GesamtantriebsThe system's differential equation is therefore: where F A ― resulting driving force
F P - resulting process force
β dx / dt = F R - resulting frictional force
η - efficiency of the overall drive
Die Hochlaufzeit des Systems lässt sich aus den Bewegungsgleichungen ermitteln: The run-up time of the system can be determined from the equations of motion:
Die Vorschubskonstante KV des Systems ist gegeben durch: The feed constant K V of the system is given by:
Der Vollständigkeit halber wird noch gezeigt, welche Antriebskräfte an den jeweiligen Antriebsrollen entstehen. Diese Kräfte kann man annähernd berechnen, indem man den Antriebsmoment durch die Anzahl der Rollen und den Radius der Antriebsrolle dividiert. For the sake of completeness, it is also shown which drive forces arise on the respective drive rollers. These forces can be roughly calculated by dividing the drive torque by the number of rollers and the radius of the drive roller.
Der genaue Wert ist durch den Ausdruck gegeben:
wobei:
Aus der bisherigen Darlegung ist klar geworden, dass ein kontinuierlicher Betrieb mit berechenbarem Verhalten des Flachkabels nur dann gewährleistet ist, wenn es zwischen jeweils zwei Antriebsrollen einem gewissen Zug unterzogen ist. Dadurch entsteht im diesem Bereich eine nicht linear ansteigende elastische Kraft. Der maximale Wert dieser Zugkraft muss allerdings begrenzt werden, ansonst wird das FFC u.U. im plastischen Bereich gedehnt, möglicherweise werden schmale FFC sogar zerstört. Dieser Wert kann auf zwei Arten eingeschränkt werden: man stellt die Anpresskraft zwischen den Rollen so ein, dass beim Erreichen eines Grenzwerts der Zugkraft das FFC auf die entsprechende Antriebsrolle zum Gleiten beginnt oder man sieht eine Rutschkupplung bei jeder Antriebsrolle vor mit Ausnahme der Rolle, die direkt durch den Motor angetrieben ist.From the previous explanation it has become clear that a continuous operation with predictable behavior of the flat cable is only guaranteed if it is between two drive rollers are subjected to a certain train. This creates in a non-linearly increasing elastic force in this area. The maximum value of this However, tractive effort must be limited, otherwise the FFC may be in plastic Area stretched, narrow FFCs may even be destroyed. This value can be restricted in two ways: you set the contact pressure between the rollers such that when a traction limit is reached the FFC switches to the corresponding one The drive roller for sliding begins or you can see a slip clutch on everyone Drive roller ahead with the exception of the roller that is driven directly by the motor.
Durch diese Rutschkupplung kann das auf die Rolle übertragene Antriebsmoment begrenzt werden. Beim Erreichen einer vordefinierten elastischen Dehnung (sprich elastischer Kraft) zwischen zwei Rollen beginnt eine von beiden (oder beide) sich mit einer anderen Winkelgeschwindigkeit gegenüber der antreibenden Zahnscheibe zu drehen. Der Schlupf entsteht somit in der Rutschkupplung und nicht zwischen Antriebsrolle und Kabel. Damit wird eine definierte Lage des Kabels bezüglich der Oberfläche jeder Antriebsrolle und damit im Raum sichergestellt, was die Bearbeitung einzelner vorbestimmter Bereiche des Kabels mit hoher Genauigkeit ermöglicht.This slip clutch enables the drive torque transferred to the roller be limited. When a predefined elastic stretch is reached (i.e. more elastic Force) between two roles, one (or both) begins with one to rotate another angular velocity with respect to the driving toothed pulley. The slip thus occurs in the slip clutch and not between the drive roller and Electric wire. This creates a defined position of the cable with respect to the surface of everyone Drive role and thus ensured in the room what processing individual allows predetermined areas of the cable with high accuracy.
Die Bedingungen für einen Schlupffreien Betrieb in der Umgebung einer Rolle kann
man, ausgehend aus dem Modell des Antriebes, folgendermaßen definieren:
- ƒ
- Reibungskoeffizient bei Rollen
- µ0
- Reibungskoeffizient bei Gleiten
- r
- Radius der Rolle
- R
- Reaktionskraft = Fn
- ƒ
- Coefficient of friction for rollers
- µ 0
- Friction coefficient when gliding
- r
- Radius of the roll
- R
- Reaction force = F n
Bei ΣFX > 0 und
Durch den Einbau der Rutschkupplung gewinnt man einen Parameter, mit dem man die Erfüllung von (12) und (13) immer erreichen kann. Die Gleichung der Kräfte auf x ändert sich wie folgt: wo: tH - Hochlaufzeit und By installing the slip clutch, you gain a parameter with which you can always achieve (12) and (13). The equation of the forces on x changes as follows: where: t H - ramp-up time and
Die Kupplungsschließkraft FZyl ist gegeben durch: The clutch closing force F Cyl is given by:
Um den Antrieb des Flachkabels durch die Maschine korrekt einstellen zu können, müssen die elastischen Eigenschaften des Kabels bekannt sein. Es ist insbesondere zu ermitteln, ob mit einer konstanten Einstellung des Grenzwertes der Dehnung alle Kabelbreiten bearbeitet werden können, oder ob je nach Zusammensetzung des Kabelquerschnittes eine individuelle Einstellung für einen schlupffreien Betrieb im Kabelstrang notwendig ist. Da die Elastizität des Kabels durch das Kupfer dominiert sind, wird für Übersichtlichkeit bei den folgenden Betrachtungen nur dieser Werkstoff betrachtet. In order to be able to correctly set the drive of the flat cable by the machine, be aware of the elastic properties of the cable. It is particularly too determine whether all with a constant setting of the limit value of the elongation Cable widths can be edited, or whether depending on the composition of the Cable cross-section an individual setting for slip-free operation in the Harness is necessary. Because the elasticity of the cable is dominated by the copper only this material is used for clarity in the following considerations considered.
Die Federkonstante c eines flachen Kupferleiters ist gegeben durch:
- E
- Elastizitätsmodul
- S
- Querschnittfläche
- l
- Länge des Leiters
- e
- modulus of elasticity
- S
- Cross-sectional area
- l
- Length of the conductor
Die Federkonstante eines Flachkabels ist demnach mit der allgemeinen Formel gegeben: mit
- h
- Höhe des Leiters
- bj
- Breite des Leiters
- i
- Anzahl Leiter mit gleicher Breite
- H
- Height of the ladder
- b j
- Width of the ladder
- i
- Number of conductors with the same width
Die elastische Kraft, die zwischen 2 Rollen entsteht, ist von dem Weg x abhängig, sprich von der Zeit t. Der Prozess der Entstehung der elastischen Kraft wird durch das nachstehende Bild verdeutlicht:
- δx
- Verschiebung des Berührungspunktes der Räder
- Δx
- Absolute Dehnung des Kabels
- ε
- Relative Dehnung des Kabels
- eS
- Spezifische Dehnung des Kabels
- lFFC
- Ungedehnte Länge des Kabels
- l
- Abstand zwischen den Rollen
- Ax
- Shift of the contact point of the wheels
- Ax
- Absolute extension of the cable
- ε
- Relative elongation of the cable
- e p
- Specific elongation of the cable
- l FFC
- Unstretched length of the cable
- l
- Distance between the roles
Laut Bedingung (1) ist Vi+1 immer größer als Vi , d.h., dass sich das auslaufende Kabelende, sprich der Berührungspunkt zwischen den Rollen i+1, schneller bewegt als das Einlaufende, sprich der Berührungspunkt zwischen den Rollen i. Diese Geschwindigkeitsdifferenz resultiert in Entstehung einer mechanischen Dehnung im Kabelstrang, welche eine in Abhängigkeit von der elastischen Konstante des Kabels, die ihrerseits von der effektiven Länge des Kabels abhängt, kleinere oder größere elastische Kraft hervorruft. Diese Kraft steigt, bedingt durch die Gegebenheiten des Antriebes, nicht linear an.According to condition (1), V i + 1 is always greater than V i , that is to say that the outgoing cable end, i.e. the point of contact between the rolls i + 1 , moves faster than the incoming end, ie the point of contact between the rolls i . This speed difference results in the creation of a mechanical stretch in the cable harness, which causes a smaller or greater elastic force depending on the elastic constant of the cable, which in turn depends on the effective length of the cable. This force does not increase linearly due to the conditions of the drive.
Betrachtet man den Zustand des Kabelstranges in einem beliebigen Zeitpunkt tj . Das Kabel hat folgende elastische Parameter: Δxj, e j / i, ε j / i, und lj FFC . Das Teil des Kabels vor den Rollen i hat eine relative (spezifische) Dehnung εj i- l (ej i- l ) und der Strang nach den Rollen i+1 - eine relative (spezifische) Dehnung εj i+l ( eji) .Looking at the condition of the wire harness at any time t j . The cable has the following elastic parameters: Δx j , ej / i, ε j / i , and l j FFC . The part of the cable in front of the rolls i has a relative (specific) elongation ε j i- l ( e j i- l ) and the strand after the rolls i + 1 - a relative (specific) elongation ε j i + l ( e j i) .
In einem unendlich kleinen Intervall dt bewegt sich das linke Ende des Kabels um δxj+l i+l und das Rechte um δxj+l i gemäß Formel (2), und somit verändern sich die Parameter wie folgt: In an infinitely small interval dt the left end of the cable moves by δx j + l i + l and the right by δx j + l i according to formula (2), and thus the parameters change as follows:
Somit kann man die elastische Kraft für jedes unendlich kleines Zeitintervall definieren als: Thus one can define the elastic force for every infinitely small time interval as:
Beim Transport des Flachkabels durch mehr als einer Rolle ist ein schlupffreier Betrieb unter der Idealisierung der Komponenten der kinematischen Kette theoretisch gegeben, in der Praxis jedoch aufgrund ihrer Fertigungstoleranzen und der elastischen Eigenschaften des Kabels ohne Zusatzmaßnahmen nicht realisierbar. Deshalb muss bei der konstruktiven Umsetzung des Maschinenkonzeptes nach Lösungen gesucht werden, die den Kabelschlupf in den Rollen eliminieren und dadurch das kinematische Verhalten des Kabels berechenbar machen. When transporting the flat cable through more than one reel, there is no slip given the idealization of the components of the kinematic chain theoretically, in practice, however, due to their manufacturing tolerances and elastic properties the cable cannot be implemented without additional measures. Therefore, at constructive implementation of the machine concept are looking for solutions that eliminate the cable slip in the rollers and thereby the kinematic behavior make the cable predictable.
Eine solche Lösung schafft die Erfindung. Bei der erfindungsgemäßen kinematischen Lösung des Vorschubantriebes bewegt sich das Flachkabel ohne Schlupf durch alle Rollen. Die Geschwindigkeiten der jeweiligen Rollenpaare sind durch angemessene Auswahl ihrer Außendurchmesser und dieser der Zahnscheiben derartig gewählt, dass die in der Transportrichtung letzte angetriebene Rolle die höchste Umfangsgeschwindigkeit hat und jede vorher angebrachte immer niedrigere. Die Reibungskräfte auf dem FFC sind nur in der Höhe der Antriebskräfte sinnvoll und werden durch die Anpresskräfte bestimmt.The invention provides such a solution. In the kinematic according to the invention Solution of the feed drive, the flat cable moves through all without slipping Roll. The speeds of the respective pairs of rollers are reasonable Selection of their outer diameter and that of the toothed pulleys chosen such that the last driven roller in the transport direction has the highest peripheral speed has and each previously attached ever lower. The frictional forces on the FFC only make sense at the level of the driving forces and are caused by the contact pressure certainly.
Die verschiedenen Umfangsgeschwindigkeiten verursachen im Bereich zwischen jeweils zwei Rollen ungleichmäßige Verschiebungen des Kabels. Diese Verschiebungen bewirken die Entstehung elastischer Kräfte im jeweiligen Kabelstrang. Sie steigen nichtlinear an, solange sie die niedrigere Reibungskraft zwischen einem von beiden Rollenpaaren nicht überschreiten oder wenn die Differenz von den Produkten von den Peripheriegcschwindigkeiten der Rollen mit den spezifischen Dehnungen in den vorgelagerten Bereichen gegen Null geht. Wenn das Erste eintritt, sollte das Flachkabel auf die entsprechende Antriebsrolle rutschen und dadurch ein Ausgleich der elastischen Kräfte von beiden Seiten der Rolle stattfinden. Da dieses Rutschen für das Kabel und die Fertigungsgenauigkeit ungünstig ist, sind in allen Antriebsrollen bis auf die Letzte Rutschkupplungen eingebaut.The different peripheral speeds cause in the range between two rolls each uneven displacements of the cable. These shifts cause the creation of elastic forces in the respective cable harness. they climb nonlinear as long as it has the lower frictional force between either one Roll pairs do not exceed or if the difference of the products from the Peripheral speeds of the rollers with the specific elongations in the upstream areas goes to zero. When the first occurs, the flat cable should slip on the corresponding drive roller and thereby compensate for the elastic Forces take place from both sides of the role. Because this slipping for the cable and the manufacturing accuracy is unfavorable in all drive rollers except for the last one Slip clutches installed.
Der o.ä. Abgleich der elastischen Kräfte findet nämlich in den Kupplungen statt, was die relative Bewegung zwischen Kabel und Rollen unterbindet und einen Schlupffreien Betrieb gewährleistet. Die auf die x-Achse reduzierten Kräfte von den Reibungsmomenten in den Kupplungen sollen bei der Beschleunigung des Systems als Wiederstandskräfte und beim Bremsen als aktive Kräfte berücksichtiget werden.The like Adjustment of the elastic forces takes place in the couplings, what prevents the relative movement between cable and reel and prevents slippage Operation guaranteed. The forces reduced to the x-axis by the Frictional moments in the clutches are said to accelerate the system as Resistance forces and when braking are considered as active forces.
Die letzte Rolle ist die einzige, die ohne Rutschkupplung und unmittelbar vom Motor angetrieben ist. Die Übertragungsmomente in den Rutschkupplungen sind auf einem Wert zwischen dem Massenmoment und dem anteiligen Antriebsmoment an der Rolle eingestellt. Diese Besonderheit des Antriebes garantiert eine Kontinuität der Bewegung des Flachkahels und gute deterministische Eigenschaften des gesamten Systems, welche neben der Korrektur der Position des Kabels bzw. der Bearbeitungsaggregate durch die Steuerung auch eine gute Abschätzung der Bearbeitungstoleranzen des FFC ermöglichen.The last roll is the only one without a slip clutch and directly from the engine is driven. The transmission moments in the slip clutches are on one Value between the mass torque and the proportional drive torque on the roller set. This peculiarity of the drive guarantees a continuity of the movement of the flat cable and good deterministic properties of the entire system, which in addition to the correction of the position of the cable or the processing units by the Control also allow a good estimate of the machining tolerances of the FFC.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann verschiedentlich abgewandelt werden. Statt der Treibriemen (Zahnriemen) ist die Verwendung von Ketten oder Zahnrädern bzw. Reibrädern denkbar, die unter Umständen auch gleich die Funktion der Rutschkupplungen übernehmen können.The invention is not based on the illustrated and described embodiment limited, but can be modified in various ways. Instead of the drive belt (Toothed belt) the use of chains or gears or friction wheels is conceivable, which may also take over the function of the slip clutches can.
Es ist auch möglich, jede Antriebsrolle für sich mit der vorherbestimmten Drehzahl anzutreiben, die Rutschkupplung kann dabei mechanisch, wie im oben beschriebenen Fall, oder elektrisch, als Regelung des Antriebsmomentes, ausgebildet sein.It is also possible to have each drive roller on its own at the predetermined speed to drive, the slip clutch can be mechanical, as described in the above Case, or electrically, be designed as a control of the drive torque.
Es wird in der Beschreibung und den Ansprüchen immer von Drehzahl gesprochen, dies gilt streng nur für Antriebsrollen mit untereinander gleichem Durchmesser, streng genommen müßte man jeweils die tangentiale Oberflächengeschwindigkeit als Vergleichsparameter heranziehen, was dem Fachmann aber geläufig ist.It is always spoken in the description and the claims of speed, this strictly applies only to drive rollers with the same diameter, strictly one would have to take the tangential surface speed as a comparison parameter use what is known to the expert.
Claims (8)
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