EP3099613B1

EP3099613B1 - Vorrichtung und verfahren zum wickeln eines strangförmigen wickelguts

Info

Publication number: EP3099613B1
Application number: EP15701296.4A
Authority: EP
Inventors: Hans Binder; Markus Karl; Gerhard Schuhbauer; Roland Lederer
Original assignee: Gabo Systemtechnik GmbH
Current assignee: Gabo Systemtechnik GmbH
Priority date: 2014-01-28
Filing date: 2015-01-28
Publication date: 2018-11-07
Anticipated expiration: 2035-01-28
Also published as: WO2015113762A1; PT3099613T; HUE041366T2; PL3099613T3; DK3099613T3; EP3099613A1; ES2718690T3

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum wendelgemäßen Wickeln eines strangförmigen Wickelguts, wie eines kontinuierlich extrudierten Rohres, vorzugsweise aus Kunststoff auf eine rotierende Wickeltrommel. Bei dem Wickelgut, wie einem extrudierten Kunststoffrohr, beispielsweise einem Kabelschutzrohr, in dem ein Glasfaserkabel geschützt verlegt werden kann, kommt es unter anderem darauf an, das Wickelgut in einer Länge von mehreren hundert Metern bei begrenztem Baustellenplatz vorrätig zu halten, um es insbesondere unterirdisch über weite Strecken zu verlegen.
Es ist bekannt, das Wickelgut auf eine Wickeltrommel oder -spule zu wickeln und die gewickelte Trommel zur Baustelle zu transportieren. Vor Ort kann es je nach Bedarf abgewickelt werden.
Der Aufwickelvorgang schließt aus fertigungsökonomischen Gründen unmittelbar an den Herstellprozess, insbesondere an das Extrudieren, des Wickelguts an, so dass das eben extrudierte Kunststoffwickelgut unabgelängt eine Kühlstation verlässt und der Wickelungsvorrichtung zugeführt wird. Der Wickelvorgang selbst wird dann üblicherweise von einer Bedienperson kontrolliert und gegebenenfalls manuell manipuliert.
Bei der Verwendung eines Kabelschutzrohres als Wickelgut wird üblicherweise eine Standard-Wickeltrommel aus Holz verwendet. Das auf die Holz-Wickeltrommel gewickelte Kabelschutzrohr wird an Baustellen geliefert, um es dort je nach Bedarf zu verbauen. Solche günstigen, genormten Holz-Wickeltrommeln oder auch andere Wickeltrommeln haben sich aufgrund eines relativ niedrigen Preises und der möglichen Wiederverwendbarkeit insbesondere im Einsatz auf Baustellen bewährt. Allerdings haben die Wickeltrommeln rotationsunsymmetrische Axial- und Radial-Schläge aufgrund von Unwuchten an den seitlichen Seitenflanschen und an dem Trommelkern. Wegen der geometrischen Unregelmäßigkeit der Wickeltrommel ist gemäß Stand der Technik eine ständig von einer Bedienperson überwachte und manipulierte Aufwickelung des Wickelguts notwendig. Eine Automatisierung ist neben unvorhersehbaren Geometrieunterschieden von Niedrigpreistrommeln auch insofern bisher nicht erreicht, als sich außerdem bei Kunststoffrohren die Materialeigenschaften erst nach längerer Aushärtezeit stabilisieren, so dass sich die Wickeleigenschaft des Kunststoffrohrs nach und während des Wickelns aufgrund von Änderungen der Materialeigenschaften nach dem Extrudieren kaum vorhersagen lässt. Derartige individuelle kaum vorprognostizierbare Wickelbedingungen erfordern ein Bedienpersonal mit langjähriger Wickelerfahrung beim Überwachen und Manipulieren des Wickelguts. Bisher konnte eine zumindest annähernd vollständig automatisierte Wickelung ohne manuelle Unterstützung einer Bedienperson insbesondere bei einer Wickelgeschwindigkeit von über 100 m pro Minute nicht erreicht werden.
In der Automatisierungstechnik sind Wickelungsverfahren sowie Wickelungsvorrichtungen an sich bekannt, bei denen Elektrokabel auf geometriepräzise Rollen aufgewickelt werden. EP 0203046 B1 offenbart beispielsweise einen Kabelwickler, bei dem ein Führungsarm, der zur Wickelrolle gerichtet ist, mehrere Armglieder aufweist, die mittels mehrerer Armgelenkstellen miteinander verbunden sind. Es zeigte sich allerdings, dass bei den bekannten Wickelungsautomatisierungsprozessen sowohl für das Kabel als auch für die rotationssymmetrische Wickeltrommel Idealbedingungen vorliegen, was die Geometrie der Wickeltrommel als auch die Materialeigenschaften des Wickelguts betrifft. Gerade bei Drahtwicklern handelt es sich um Produkte hoher Werkstoffgüte und gleichmäßiger und konstanter Materialeigenschaften. Für derartige Wickelgüter wird ein höherer Kostenaufwand betrieben, um idealgeometrische, unwuchtfreie Wickelspulen bereitzustellen. Es zeigte sich, dass die bekannten automatisierten Wickelungstechniken dann nicht erfolgreich eingesetzt werden können, wenn ein Wickelgut sowie eine Wickeltrommel verwendet werden, deren Material- bzw. Geometrieeigenschaften nicht vorhersehbar sind.
Aus DE 24 41 090 A1 ist eine automatische Kabelwickelvorrichtung zum Aufwickeln von Kabeln auf eine Trommel bekannt, die über eine Traversiereinrichtung für die Führung der Kabel beim Aufwickeln verfügt.
DE 26 49 029 A1 betrifft eine automatische Wickelmaschine zum Aufwickeln eines drahtartigen Gebildes, wie eines elektrischen Drahtes, in mehreren dichten Schichten auf ein Trommelteil, eine Spule bzw. Haspel.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden, insbesondere einen Verlegearm für eine Vorrichtung zum wendelgemäßen Wickeln eines strangförmigen Wickelguts, wie eines kontinuierlich extrudierten Rohres, vorzugsweise aus Kunststoff auf eine Wickeltrommel bereitzustellen, wobei ein höherer Automatisierungsgrad zu erreichen ist, bei dem ein manueller Eingriff durch eine Bedienperson weitestmöglich unnötig ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Danach ist ein Verfahren zum erfindungsgemäßen, wendelgemäßen Wickeln (Changieren) eines strangförmigen Wickelguts, wie eines kontinuierlich extrudierten Rohres, vorzugsweise aus Kunststoff, auf eine drehangetriebene Wickeltrommel, wie einen Spulenkern, vorgesehen. Die Wickeltrommel soll rotierbar gelagert werden, wobei die Rotationsachse vorzugsweise ortsfest verbleibt, so dass die achsfeste Wickeltrommel ausschließlich eine Rotation um deren Rotations- oder Wickelachse ausführt. Beim erfindungsgemäßen Wickelungsverfahren wird das Wickelgut der rotierenden Wickeltrommel über eine für eine axiale Hin- und Herverlegebewegung gelagerte Führung übergeben. Vorzugsweise umfasst die Führung einen Verlegearm, durch den hindurch oder über den das Wickelgut bis zur Abgabe an die Wickeltrommel geführt ist. Vorzugsweise ist der Verlegearm an einem Träger, wie einer Schienenstruktur, schlittenartig gelagert. Es kann eine Schienen-Schlitten-Lagerung zwischen dem Verlegearm und dem Träger ausgebildet sein. Die Führung wird relativ zur Wickeltrommel im Wesentlichen dem Wickelungsfortschritt und dem Verlegearm insbesondere nacheilend gestellt, wobei vorzugsweise der Träger mittels eines Handhabe- oder Stellgeräts, wie eines Roboters, im Wesentlichen dem Wickelungsfortschritt folgend nachgestellt wird. Gemäß dem erfindungsgemäßen Wickelungsverfahren wird bei Erreichen einer insbesondere vorab festgelegten, insbesondere einer örtlich vorab festgelegten, abhängig von der Abmessung der Wickeltrommel, oder einer sensierten Wendeposition eine Wendeoperation durchgeführt.
Die Wendeposition kann vorab durch Bedienpersonal-Eingabe einer spezifischen Ortskoordinate im Wesentlichen relativ zur Wickeltrommel in eine insbesondere elektronische Steuerungs- und/oder Regeleinrichtung festgelegt sein. Sie kann auch durch eine entsprechende Regelungsroutine mit Hilfe von Positionssensoren abhängig vom Wickelbetrieb während des Wickelvorgangs berechnet und gegebenenfalls korrigiert werden. Es zeigte sich, dass die Wendeoperation, gleich für welche radiale Wicklungslage, unter Berücksichtigung einer bestimmten festgelegten, insbesondere gleichen Abfolge von Verfahrensschritten zuverlässig gelingt, auch bei höheren Wickelgeschwindigkeiten, um ein kompaktes und fehlerfreies Wickelergebnis zu erzielen.
Zum Auftakt der Wendeoperation wird die in einer Hin-Verlegebewegung zur Wendeposition ankommende Führung insbesondere in im Wesentlichen radialer Vertikalrichtung von der Wickeltrommel weg entfernt, insbesondere in Vertikalrichtung angehoben, um insbesondere ein vorzugsweise an der Wickeltrommel abrollendes Kontaktende der Führung, das an der Wickeltrommel oder der zuletzt gewickelten Wendellage anliegt, insbesondere abrollt, von dessen Kontakteingriff vollständig und dauerhaft zu befreien.
Gemäß einem ersten Erfindungsaspekt ist die Wendeoperation dadurch spezifiziert, dass bei oder nach dem Entfernen die Führung, insbesondere der Träger, um eine insbesondere vorab festgelegte axiale Nachrückstrecke (ausgehend von der Wendeposition) weiter in axialer Hin-Verlegebewegungsrichtung relativ zur Wickeltrommel vorgerückt wird, um insbesondere ein axiales Überfahren der vorbestimmten oder sensierten Wendeposition zu ermöglichen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Führung an der Innenseite eines sich radial erstreckenden Seitenwandflansches der Wickeltrommel während des Umlaufs der Wickeltrommel stets in lateralem Anlagekontakt mit dem Seitenwandflansch steht. Das Vorrücken soll bewirken, dass ein auch nur zeitweiser Kontaktverlust zwischen der Führung und dem Seitenwandflansch der Wickeltrommel vermieden wird. Sollte bereits beim Erreichen der Wendeposition die Führung in Kontakt mit dem Seitenwandflansch der Wickeltrommel stehen, so bewirkt das Vorrücken entweder (nur) ein Verlagern des den Verlegearm beweglich tragenden Trägers der Führung, was zu einer Erhöhung einer zwischen dem Verlegearm und dem Träger wirkenden Vorspannkraft einer Vorspanneinrichtung führen kann, und/oder ggf. eine Änderung des Neigungswinkels einer Längserstreckung des Verlegearms relativ zur Radialrichtung der Wickeltrommel. In diesem Fall ist der Verlegearm im Wesentlichen in einer Hin- und Her-Verlegebewegungsebene schwenkbar an dem Träger gelagert, um unterschiedliche Neigungswinkel der Längserstreckung des Verlegearms relativ zur Wickeltrommel, insbesondere zum Seitenflansch der Wickeltrommel, zu ermöglichen. Erfindungsgemäß wird mit dem Vorrücken der Führung nach dem Erreichen der Wendeposition eine sichere Kontaktaufnahme der Führung mit dem Seitenwandflansch der Wickeltrommel erreicht, was bei der Wendeoperation für einen sicheren Referenzpunkt und eine stabile axiale Abstützung des Verlegearms sorgt.
Zudem kann nach dem Vorrücken ein Positionssensor die Position des Verlegearms, insbesondere dessen freien Kontaktendes, im Raum feststellen, um eine örtliche Initialisierung, also eine Null-Position, des Verlegearms für den Beginn des Aufbaus der nächsten Wendellage zu definieren.
Mit der erfindungsgemäßen Maßnahme kann eine betriebssichere Automatisierung des Wickelguts, insbesondere eines inhomogen verhaltenden Kunststoffrohrs, auf eine nicht idealsymmetrische Wickeltrommel, selbst bei hohen Wickelgeschwindigkeiten von bis zu 100 m (Meter) pro Minute und darüber hinaus erreicht werden.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die Wendeposition dann erreicht, wenn der sich hin zur Wickeltrommel erstreckende Verlegearm der Führung in einem Anlagekontakt zu einem Seitenwandflansch der Wickeltrommel steht oder ein an einem wickeltrommelseitigen Ende des Verlegearms angeordneter Kontaktgeber ein Kontaktsignal auslöst. Der Kontaktgeber kann an einem wickeltrommelseitigen Ende des Verlegearms der Führung angeordnet sein. Das wickeltrommelseitige Ende soll in dem Anlagekontakt mit dem Seitenflansch der Wickeltrommel während der Wendeoperation stehen, weswegen das wickeltrommelseitige Ende einen dem Seitenwandflansch zugewandten Anlagebereich aufweist, an dem der Verlegearm mit dem Seitenwandflansch in Anlage kommen soll. Der Anlagekontakt kann als Anlageschleifkontakt oder als Abrollkontakt ausgebildet sein. Der Kontaktgeber soll vorzugsweise bei Erreichen der Wendeposition der Führung ein Steuersignal, nämlich das Wendeoperationsauslösesignal, erzeugen und abgeben. Das Steuersignal dient dazu, an eine elektronische Steuer- und/oder Regeleinrichtung gesendet zu werden, so dass die Regelungsroutine eine Regelung zum Ändern einer bestimmten Regelungsgröße des Wickelverfahrens auslösen kann. Für die Wendeoperation kann die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung die bereits fast beendete Wicklungslage abschließen und die neue Wicklungslage auf der abgeschlossenen Wicklungslage beginnen. Bei der Wendeoperation geht ein Richtungswechsel der Verlegebewegung mit der Führung einher. Der Kontaktgeber hat im Bereich des Anlagebereichs jeweils einen Betätigungsvorsprung, der in einer unbetätigten Stellung von dem jeweiligen Anlagebereich in Hin- bzw. Her-Verlegebewegungsrichtung vorsteht und ist vorzugsweise beweglich, insbesondere schwenkbar an dem Verlegearm der Führung gelagert, so dass der jeweilige Betätigungsvorsprung in einer Freigabestellung den jeweiligen Anlagebereich für den Anlagekontakt mit dem Seitenwandflansch freigibt. Der Kontaktgeber mit seinem in Hin- bzw. Her-Verlegebewegungsrichtung vorstehenden Betätigungsvorsprung ermöglicht ein Auslösen des Steuersignals vor dem Erreichen der in Verlegebewegung begrenzten Außenposition des Verlegearms, die dann erst erreicht wird, wenn das gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung vorgesehene Nachrücken der Führung in der Hin-Verlegebewegungsrichtung vollzogen worden ist.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist in der Freigabestellung des betreffenden Betätigungsvorsprungs letzterer bei Vertikalbetrachtung in dem Verlegearm der Führung versenkt. Der Verlegearm kann insbesondere durch Platten begrenzt sein, die vorzugsweise einen vollständig geschlossenen Transportraum umfassen, in dem eine Schwenkachse des Betätigungsvorsprungs verschwinden kann. Die Betätigungsaußenseite des jeweilige Betätigungsvorsprungs ist an einer Außenflächenkontur des Anlagebereichs konturangepasst, so dass in der Freigabestellung die Betätigungsaußenseite im Wesentlich in der Ebene der Außenfläche des insbesondere planen Anlagebereichs liegt.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung steht der Betätigungsvorsprung in dessen unbetätigter Stellung wenigstens um eine halbe oder ganze Wickelgutstärke und höchstens um zwei Wickelgutstärken von der jeweiligen Anlagefläche in Hin- bzw. Her-Verlegebewegungsrichtung vor.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung verbleibt die Führung während des radialen Entfernens im Wesentlichen ohne axialen Vorschub im Wesentlichen in der Wendeposition, zumindest was die axiale Verlegebewegungsrichtung betrifft.
Vorzugsweise wird das Vorrücken erst veranlasst, wenn das Entfernen der Führung von der Wickeltrommel weg zumindest größtenteils abgeschlossen ist und/oder wenn nach Erreichen der Wendeposition eine vorbestimmte Wickelstrecke oder -zeit abgelaufen ist. Die Wickelstrecke oder -zeit kann beispielsweise durch Ablauf von wenigstens einer halben Umdrehung der Wickeltrommel und höchsten von wenigstens eineinhalb Umdrehungen der Wickeltrommel vorzugsweise vorab festgelegt werden.
Bei einer besonderen Ausführung der Erfindung soll das Anheben ab dem Auslösesignal nach etwa 0,8 Umdrehungen der Wickeltrommel abgeschlossen werden. Nach Erreichen der Wendeposition soll das Vorrücken erst ausgelöst werden, wenn etwa 0,8 Umdrehungen seit dem Erreichen der Wendeposition abgelaufen sind.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird nach dem Vorrücken mittels einer Ist-Positionsmessung der Führung die axiale Stellung der Führung relativ zur Wendeposition, insbesondere zum Seitenwandflansch der Wickeltrommel, in axialer Hin- und Her-Verlegebewegungsrichtung kontrolliert und gegebenenfalls korrigiert. Die Korrektur kann dazu dienen, axiale Schläge des Seitenwandflansches kontaktverlustfrei auszugleichen. Zudem kann die Korrektur auch dazu dienen, die Nullposition der Führung, insbesondere betreffend die Schlitten-Schienen-Lagerung des Verlegearms an einem roboterseitigen Träger zu überwachen und gegebenenfalls neu einzustellen.
Beispielsweise kann die Stellungskorrektur erst nach Ablauf einer bestimmten Wickelstrecke oder -zeit ausgelöst werden, die insbesondere durch Ablauf höchstens einer dreiviertel oder halben Umdrehung der Wickeltrommel vorzugsweise vorab festgelegt wird. Insbesondere soll also die Vorrückung innerhalb einer 0,4-fachen Umdrehung der Wickeltrommel vollzogen sein. Danach kann gegebenenfalls eine Korrektur der Axialposition ausgelöst werden.
Bei einem alternativen oder kombinierbaren Aspekt der Erfindung kann das Vorrücken der Führung über die Wendeposition hinaus unterbleiben und ggf. nur eine Stellungskorrektur nach Erreichen der Wendeposition durchgeführt werden. Erfindungsgemäß wird die Führung anstatt oder nach dem axialen Vorrücken und ggf. der Stellungskorrektur in axialer, der Hin-Verlegebewegungsrichtung entgegengesetzter Her-Verlegebewegungsrichtung relativ zur Wickeltrommel insbesondere von dem Seitenwandflansch weg zurückgerückt, um insbesondere die Führung zurück an die Wendeposition zu stellen und/oder insbesondere aus dem Anlagekontakt mit dem Seitenwandflansch sicher zu verbringen und die Führung kontaktlos zum Seitenwandflansch der Wickeltrommel zu stellen.
An der Wendeposition soll vorzugsweise gewährleistet sein, dass beim vollständigen Umlauf des Seitenwandflansches ein Kontakt zwischen der Führung und dem Seitenwandflansch auch im Bereich von Axialschlägen stets ausgeschlossen ist. Die Zurückrückung soll dann ausgelöst werden, wenn eine vorbestimmte Wickelstrecke abgelaufen ist, welche insbesondere durch Ablauf höchsten einer oder einer halben Umdrehung der Wickeltrommel seit dem Abschluss des Entfernens, des Vorrückens oder ggf. der Korrektur oder durch Ablauf von wenigstens einer oder eineinhalb Umdrehungen seit dem Erreichen der Wendeposition vorzugsweise vorab festgelegt wird.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird nach dem Vorrücken und/oder nach dem Zurückrücken die Führung im Wesentlichen in einer vertikalen Richtung auf die Wickeltrommel zu bewegt, insbesondere abgesenkt, um insbesondere ein freies Kontaktende der Führung mit der Wickeltrommel oder einer bereits gewickelten Wickellage in Kontakt, vorzugsweise in Ablauf- oder Abroll- oder Schleifkontakt , zu bringen. Während des radialen Annäherns kann die Führung im Wesentlichen ohne axialen Vorschub insbesondere an der Wendeposition verbleiben. Eine die Wendeposition verlassende Her-Verlegebewegung wird erst dann veranlasst, wenn das Annähern der Führung zumindest größtenteils abgeschlossen ist und/oder wenn das Kontaktende der Führung mit der bereits gewickelten Wickellage in Kontakt gebracht ist.
Eine die Wendeposition verlassende Her-Verlegebewegung wird erst veranlasst, wenn das Annähern der Führung zumindest größtenteils abgeschlossen ist und/oder wenn das Kontaktende der Führung mit der bereits gewickelten Wendellage in Kontakt steht. Vorzugsweise wird das auf die Wickeltrommel gerichtete Bewegen der Führung nach einer vorbestimmten Wickelstrecke oder -zeit veranlasst, welche durch Ablauf höchstens einer halben Umdrehung der Wickeltrommel seit dem Abschluss des Vorrückens oder Zurückrückens oder durch Ablauf von wenigstens eineinhalb Umdrehungen der Wickeltrommel seit dem Erreichen der Wendeposition vorzugsweise vorab festgelegt wird.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird für das Wickeln nach Beendigung der Wendeoperation die Führung bei der Hin- und Her-Verlegebewegung hin zur Wendeposition gemäß einer vorgeschriebenen Wickelroutine relativ zur Wickeltrommel gestellt, gemäß der ein wickeltrommelseitiges Kontaktende des Verlegearms der Führung mit der Wickeltrommel oder der zuletzt gelegten Wickellage vorzugsweise abrollend in einem Kontakteingriff steht und/oder gemäß der die Führung längs eines Hin- und Her-Verlegewegs zwischen den dem jeweiligen Seitenwandflansch benachbarten Wendepositionen gemäß dem axialen Wicklungszuwachs auf der Wickeltrommel vorgerückt wird. Dabei kann der Verlegearm der Führung, der gegenüber einem Handhabe- oder Stellgerät, wie einem Roboter, insbesondere linear in Axialrichtung beispielsweise mittels einer Schlitten-Schienen-Lagerung gelagert ist, insbesondere entsprechend einem vorbestimmten oder geregelten Nachrückweg dem Vorrücken nacheilend nachgestellt werden. Beim Vorrücken und beim Nachrücken kann der Verlegearm gegenüber einer Neutralposition ausgelenkt bleiben, so dass der Verlegearm axial seitlich gegen die zuletzt auf die Wickeltrommel gelegte Wicklungsschlaufe gedrückt wird. Vorzugsweise hängt eine auf die Wickelschlaufe wirkende Stellkraft, die gegen eine freie Lateralseite der zuletzt gelegten Wicklungsschlaufe wirkt, von dem Maß der Auslenkung des Verlegearms aus der Neutralposition ab, in der insbesondere keine Rückstellkraft wirkt.
Vorzugsweise befindet sich - für die Wendeoperation beim Entfernen des Verlegearms und bei Kontaktaufgabe - der Verlegearm relativ zum Träger in einer Neutralposition, in der zwischen dem Verlegearm und dem Träger keine Vorspannkräfte wirken und erst bei einer Relativverlagerung des Verlegearms relativ zum Träger aus der Neutralposition Vorspannkräfte aufgebaut werden, welche den Verlegearm und den Träger in deren Neutralposition zueinander zurückdrängen. Der Verlegearm kann beim Vorrücken solange in der Neutralposition bleiben, bis das Kontaktende des Verlegearms an dem Seitenwandflansch zum Anliegen kommt. Entsprechend einem über die Wendeposition hinausgehenden Vorrücken der Führung wird eine Rückstellkraft in Axialrichtung an der Schlitten-Schienen-Lagerung aufgebaut, die den Verlegearm gegen die zuletzt gelegte Wicklungsschlaufe drückt. Das Maß der Verlagerung des Verlegearms relativ zum Träger aus der Neutralposition entspricht vorzugsweise dem Vorrückweg der Führung nach Erreichen der Wendeposition. Für die Wendeoperation kann beim Korrigieren und/oder beim Zurückrücken der Verlegearm im Wesentlichen in die Neutralposition gebracht werden, damit im Wesentlichen keine Rückstellkräfte wirken. Beim Bewegen des Verlegearms auf die Wickeltrommel zu befindet sich der Verlegearm in der Neutralposition, wobei, sobald das Kontaktende des Verlegearms in den Eingriffskontakt mit der Wickellage gelangt, dann der Verlegearm gemäß dem Wicklungsfortschritt durch die jeweils zuletzt gelegte Wicklungsschlaufe aus der Neutralposition ausgelenkt wird, um die Vorspannkraft an dem Verlegearm zu erzeugen.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird im axialen Verlauf des wendelgemäßen Wickelns einer Wickelgrundlage die Wickelgeschwindigkeit der Wickeltrommel in Abhängigkeit von der insbesondere axialen Stellposition der Führung relativ zur Wickeltrommel eingestellt.
Gemäß einem eigenständigen und mit dem oben definierten Verfahren kombinierbaren, erfindungsgemäßen Wicklungsverfahren wird das Wickelgut der rotierenden Wickeltrommel über eine für eine axiale Hin- und Herverlegebewegung gelagerte Führung übergeben. Die Wickeltrommel ist vorzugsweise ausschließlich für eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse gelagert und steht in Axialrichtung fest. Es ist vorzugsweise die für eine axiale Hin- und Herverlegebewegung gelagerte Führung, welche die Wendelform des Wickelguts für eine Wickelungslage auf der Wickeltrommel veranlasst. Vorzugsweise ist die Führung durch einen Verlegearm realisiert, der von einer Betätigungseinrichtung, wie einem Roboter, gehalten wird und parallel zur Rotationsachse der Wickeltrommel positioniert wird. Die Führung wird relativ zur Wickeltrommel dem Wicklungsfortschritt folgend gestellt oder bewegt. Erfindungsgemäß wird im axialen Verlauf des wendelgemäßen Wickelns einer Wickelgutlage die Winkelgeschwindigkeit der Wickeltrommel variiert, beispielsweise in Abhängigkeit von der insbesondere axialen und/oder radialen Stellposition der Führung relativ zur Wickeltrommel, insbesondere zum Trommelkern, gemäß einer Regelungsroutine eingestellt, insbesondere geregelt. Hierzu kann eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung vorgesehen sein, welche beispielsweise mittels einer damit gekoppelten Positionssensorik kontinuierlich oder taktweise die Stellposition der Führung relativ zur Wickeltrommel erfasst und in Abhängigkeit von der Stellposition erfindungsgemäß oder insbesondere gemäß voreingestellter Geschwindigkeitsparameter die Geschwindigkeit überwacht. Die Winkelgeschwindigkeit kann zusätzlich von der radialen Position der zu legenden Wickellage relativ zum Trommelkern, also von der Anzahl der gelegten Wickellagen, abhängig gemacht werden.
Vorzugsweise wird beim Verlegen der ersten (Initial-)Wickellage, also beim Erstellen der ersten Wickelung unmittelbar auf dem Trommelkern und ausgehend von einem Axialkontakt mit dem Seitenflansch der Wickeltrommel, die axiale Stellposition der Führung auf Null, "0", gesetzt. Die Breite der Wickeltrommel, der axiale Abstand der sich gegenüberliegenden und sich zugewandten Innenseiten der Seitenflansche der Wickeltrommel, ist als wickeltrommelindividueller Parameter vorab in die Regelungseinrichtung eingegeben. Beim axialen Verlegen der Wickelung, also beim Verlagern der Führung in Axialrichtung, wird die Position der Führung von einer Sensorik, wie einer berührungslosen Sensorik (Lichtsensorik) aufgegriffen, oder mittels indirekter Erfassung (anhand passierter oder aufgewickelter Wickellängen) bestimmt. Nähert sich die Führung einem Seitenflansch, beispielsweise ab einer bestimmten Axialposition in Nähe des Seitenflanschs, löst die Regelungsroutine eine Verringerung der Winkelgeschwindigkeit aus, um eine sogenannte Seitenflansch- oder Wendeoperation auszuführen, bei der die bis dahin nicht vollständig verlegte Wickellage geschlossen wird und eine darüber liegende neue Wickellage begonnen werden soll. Beispielsweise kann die Wendeoperation bereits beginnen, bevor die letzten 4, 3 oder 2 Wickelungen der noch nicht vollständig gelegten Wickellage gelegt wurden. Eine Erhöhung oder Verringerung der Winkelgeschwindigkeit abhängig von der radialen Wicklungsposition kann vonstattengehen, wenn beispielsweise 3 oder 4 Lagen der "neuen" Wickellage gelegt sind.
Bei der bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die Winkelgeschwindigkeit bei Erstellung einer Wickelgutlage, die auch eine insbesondere zuletzt gewickelte Wendellage sein kann, insbesondere bei Erreichen einer voreingestellten Axialstellposition der Führung relativ zur Wickeltrommel verändert. Zusätzlich oder alternativ dazu kann bei einem insbesondere von einer Steuerungs- und/ oder Regelungseinrichtung festgestellten Kontaktverlust eines wickeltrommelseitigen Endes der Führung mit der Wickeltrommel oder mit einer zuletzt gewickelten Wendellage die Winkelgeschwindigkeit verringert werden und kann insbesondere bei Wiederkontaktaufnahme des wickeltrommelseitigen Endes mit der Wickeltrommel oder der zuletzt gewickelten Wendellage die Winkelgeschwindigkeit wieder erhöht werden. Während des Wickelns und der Kontaktaufrechterhaltung kann bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung die Winkelgeschwindigkeit konstant gehalten werden.
Bei einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Winkelgeschwindigkeit der Wickeltrommel im Verlauf der axialen Verlegebewegung der Führung für ein Annähern der Führung an einen Seitenflansch der Wickeltrommel verringert, vorzugsweise bis auf eine vorbestimmte minimale Winkelgeschwindigkeit, die vorzugsweise konstant gehalten werden kann. Die Annäherungsbewegung der Führung kann beispielsweise dann beginnen, wenn nur noch vier, drei, zwei oder eine Wicklung zur Vervollständigung der gesamten Wickelungslage erstellt werden muss. Der Zeitpunkt, wann die Annäherungsprozedur beginnt, kann beispielsweise dadurch bestimmt sein, dass ein bereits gewickelter Längenschwellwert überschritten wird oder ein Abtastsensor eine axiale Initiierungsstelle erfasst. Insbesondere kann die Winkelgeschwindigkeit für die Erstellung der ersten Wicklung der neu zu legenden Wickellage, also der ersten, unmittelbar an den Seitenflansch anliegenden Wicklung der obersten Wickellage, während der so genannten Seitenflansch-Operation der Führung und beim sich Entfernen der Führung von dem Seitenflansch der Wickeltrommel reduziert bleiben, d.h. auch bei Wicklungen, die der ersten Wicklung folgen. Die reduzierte Winkelgeschwindigkeit kann nach dem Wendevorgang für mehrere und insbesondere ein, zwei, drei oder vier Anfangswicklungsschlaufen reduziert bleiben. Nach Überschreitung einer gewissen Axialposition, beispielsweise nach Verlegung der dritten Wicklungsschlaufe, kann die Winkelgeschwindigkeit wieder erhöht werden, um die Wickellage längs der Axialrichtung der Wicklungstrommel aufzubauen und zu vervollständigen, bis wieder die Annäherungsprozedur ausgelöst wird, wie sie oben beschrieben ist. Vorzugsweise wird die Winkelgeschwindigkeit für die Verlegebewegung der Führung zum gegenüberliegenden, fernen Seitenflansch, insbesondere in einem vorzugsweise vorbestimmten oder von der Winkelgeschwindigkeitssteuerung und/oder -regelung vorgegebenen axialen Mittelfeldbereich, vorzugsweise bis hin zum nächsten Annäherungspunkt an dem gegenüberliegenden Seitenflansch, wie einem Stellrandbereich, erhöht, so dass die Winkelgeschwindigkeit wieder eine insbesondere vorbestimmte maximale Winkelgeschwindigkeit erreichen kann. Der Mittelbereich kann vorzugsweise abhängig von der axialen Dimension der eingesetzten Wickeltrommel vorab festgelegt werden, beispielsweise in einem Bereich von 80 bis 95 % der gesamten axialen Ausdehnung zwischen den sich gegenüberliegenden Seitenflanschen der eingesetzten Wickeltrommel. Während der Führungsarm in den Stellrandbereich einfährt und der Führungsarm die insbesondere vorbestimmte axiale Stellposition erreicht, wird die Winkelgeschwindigkeit, vorzugsweise auf die minimale Winkelgeschwindigkeit, für die nächste Wandoperation reduziert.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird die Wickeltrommel mit wenigstens zwei Winkelgeschwindigkeiten betrieben, vorzugsweise zwei Winkelgeschwindigkeiten, welche beide im Wechsel von der Wickeltrommel gefahren werden. Vorzugsweise wird die erste insbesondere maximale Winkelgeschwindigkeit beim wendelgemäßen Wickeln des Wickelguts längs des axialen Stellmittelbereichs der Wickeltrommel auf über 50 Umdrehungen pro Minute, vorzugsweise 70 Umdrehungen pro Minute, insbesondere im Wesentlichen gleichbleibend eingestellt. Die zweite Winkelgeschwindigkeit, vorzugsweise die minimale Winkelgeschwindigkeit, wird bei Erreichen einer vorbestimmten axialen Stellposition der Führung relativ zur Wickeltrommel auf unter 70 Umdrehungen pro Minute, insbesondere unter 50 Umdrehungen pro Minute, im Wesentlichen gleichbleibend eingestellt. Vorzugsweise wird ein Übergang zwischen der ersten Winkelgeschwindigkeit und der zweiten Winkelgeschwindigkeit mittels einer konstanten oder kontinuierlichen Winkelgeschwindigkeitsänderung realisiert.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird der axiale Stellmittelbereich von zwei vorbestimmten, wickeltrommelspezifischen, axialen Stellpositionen begrenzt, bei deren Überschreitung insbesondere die oben genannte Seitenflansch-Operation initiiert bzw. beendet wird. Die Begrenzung des Stellmittelbereichs, an dem insbesondere die maximale Winkelgeschwindigkeit betrieben wird, führt dazu, dass beim wendelgemäßen Wickeln innerhalb des Stellmittelbereichs die erste Winkelgeschwindigkeit vorzugsweise auf über 80 Umdrehungen pro Minute eingestellt wird. Versuche zeigten, dass Winkelgeschwindigkeiten von 90 Umdrehungen pro Minute oder sogar mehr eingestellt werden können. Beim wendelgemäßen Wickeln der Wickelgutlage zwischen der jeweiligen vorbestimmten axialen Stellposition und dem axialen Trommelende, insbesondere dem Seitenflansch der Wickeltrommel, wird die zweite Winkelgeschwindigkeit vorzugsweise bei unter 70 Umdrehungen pro Minute eingestellt. Es zeigte sich, dass eine optimale Geschwindigkeit für die Seitenflansch-Operation bei etwa 65 Umdrehungen pro Minute liegt.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung nimmt der Stellmittelbereich mehr als 50%, vorzugsweise zwischen 60% und 80% oder 90% der gesamten axialen Gesamtwickelbreite zwischen den beiden Seitenflanschen der Wickeltrommel ein. Die vorbestimmte axiale Stellposition wird insbesondere in einem Axialabstand hin zum Trommelende auf weniger als 20% der axialen Gesamtwickelbreite zwischen dem Seitenflansch der Trommel festgelegt. Zusätzlich oder alternativ dazu kann beim Verlassen des Stellmittelbereichs an der jeweiligen vorbestimmten axialen Stellposition die Geschwindigkeit reduziert werden, allerdings auch erhöht werden, je nachdem wie die Materialeigenschaften des jeweiligen zu wickelnden Wickelguts sind. Vorzugsweise werden beide vorbestimmte axiale Stellpositionen symmetrisch zur radialen Mittelachse in einem gleichen Axialabstand zum jeweiligen axialen Trommelende gelegt.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird für ein Annähern der Führung an das axiale Trommelende, insbesondere bevor die letzte oder die vorletzte Wickelschlaufe der Wickelgutlage gelegt ist, und/oder nachdem ein Positions- oder Wegsensor, wie ein Kontaktgeber, an einer vorbestimmten Stellposition der Führung ein Auslösesignal abgibt, die Winkelgeschwindigkeit der Wickeltrommel reduziert. Alternativ oder zusätzlich dazu kann beim axialen Entfernen der Führung von dem Seitenflansch, insbesondere nachdem wenigstens eine oder zwei mehrlagige Wickelschlaufen vollständig verlegt sind, die Geschwindigkeit auf die Maximalgeschwindigkeit erhöht werden.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum wendelgemäßen Wickeln eines strangförmigen Wickelguts, wie eines kontinuierlich extrudierten Rohres, vorzugsweise aus Kunststoff auf eine drehangetriebene Wickeltrommel. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Führung mit vorzugsweise einem Verlegearm, über die das Wickelgut der Wickeltrommel bei einer insbesondere linearen Hin- und Her-Verlegebewegung des Verlegearms aufwickelnd übergeben wird. Neben dem Verlegearm kann die Führung einen Träger aufweisen, wobei der Verlegearm und der Träger über eine Schlitten-Schienen-Lagerung untereinander gekoppelt sind. Des Weiteren hat die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Stelleinrichtung zum Bewegen, insbesondere zum vertikalen Anheben und axialen Verlagern, der Führung relativ zur Wicklungstrommel. Vorzugsweise ist die Stelleinrichtung durch einen Roboter gebildet, der die Führung in sämtliche dreidimensionalen Richtungen stellen kann. Zudem hat die erfindungsgemäße Vorrichtung eine mit der Stelleinrichtung gekoppelte Steuer- und/oder Regeleinrichtung, welche die Führung gemäß den oben genannten Verfahrensschritten der Wendeoperation des erfindungsgemäßen Wicklungsverfahrens stellt. Es sei klar, dass die Steuerungs- und Regelungsroutine zum Realisieren der Verfahrensschritte ausgelegt sein soll.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine mit der oben definierten Vorrichtung kombinierbare oder davon unabhängige Vorrichtung zum Wickeln eines strangförmigen Wickelguts, wie eines kontinuierlich extrudierten Rohres, vorzugsweise aus Kunststoff, auf eine drehangetriebene, rotierende Wickeltrommel, wobei die Vorrichtung entsprechend der Verfahrensweise des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt sein kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat eine Führung, die das Wickelgut der rotierenden Wickeltrommel bei einer insbesonderen linearen Hin- und Herverlegebewegung im Wesentlichen längs einer Axialrichtung der Trommel wendelgemäß aufwickelnd übergibt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere dazu ausgeführt, die Trommel um deren Rotationsachse mit unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten zu drehen, wobei die Drehachse der Wickeltrommel festgestellt ist. Des Weiteren hat die erfindungsgemäße Wicklungsvorrichtung einen Wickeltrommeldrehantrieb und eine mit dem Wickeltrommeldrehantrieb verbundene Winkelgeschwindigkeitssteuerung und/oder -regelung. Die Winkelgeschwindigkeitssteuerung und/oder -regelung stellt im axialen Verlauf des Wickelns der jeweiligen Wickelgutlage die Winkelgeschwindigkeit der Wickeltrommel in einer Abhängigkeit von der axialen und/oder radialen Stellposition der Führung, insbesondere des wickeltrommelseitigen Endes der Führung, relativ zur Wickeltrommel ein. Die Winkelgeschwindigkeitssteuerung und/oder -regelung für mehrere Wickellagen kann mit unterschiedlicher Winkelgeschwindigkeit betrieben werden. Insbesondere ist die Winkelgeschwindigkeit bei den zuerst gewickelten Wicklungslagen geringer, während für die Wicklung späterer Wicklungslagen am radialen äußeren Bereich der Wickeltrommel die Winkelgeschwindigkeit höher eingestellt wird. Der Grad der Reduzierung/Erhöhung der Winkelgeschwindigkeit kann von dem Maß der Asymmetrie der zu wickelnden Wickeltrommel abhängig gemacht werden. Insbesondere können wickeltrommel-individuelle Daten der Geschwindigkeitssteuerung und/oder der -regelung eingegeben werden, um die entsprechend optimale Winkelgeschwindigkeit einzustellen. Hierbei kann sich auf Erfahrungswerte bezogen werden. Dabei kann zwischen den axialen Asymmetrien, wie dem axialen Seitenflanschschlag, und den radialen Asymmetrien, wie dem Trommelkemschlag, unterschieden werden. Als besonders kritisch erkannten die Erfinder den radialen asymmetrischen Schlag am Trommelkern.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Winkelgeschwindigkeitsteuerung und/oder -regelung mit einem Sensor, wie einem Kontaktgeber, zum Erfassen wenigstens einer vorbestimmten Position der Führung versehen. Dieser Wegsensor oder Positionssensor der Führung kann, wie oben angegeben ist, eine Nullsetzung bei Beginn der Wickellage auslösen, wobei der Fortschritt der Wickelung entweder direkt insbesondere mittels des Sensors oder indirekt über die Geschwindigkeit oder die Menge des bereits aufgewickelten Wickelguts ermittelbar ist.
Vorzugsweise ist der Wegsensor an der Führung angeordnet und befestigt, wobei insbesondere der Wegsensor bei Erfassen wenigsten einer vorbestimmten Stellposition ein Auslösesignal abgibt, so dass daraufhin die Winkelgeschwindigkeitssteuerung und/oder -regelung die Winkelgeschwindigkeit ändert. Vorzugsweise ist wenigstens eine vordefinierte Stellposition bei Kontaktaufnahme des Kontaktgebers mit einer Innenseite eines Seitenflansches der Wickeltrommel definiert. Vorzugsweise weist dazu der Kontaktgeber entlang des Rands einen Bügel oder ein Rad auf, wobei eine Lagerdrehachse des Kontaktgebers besonders in Axialrichtung von einem Seitenflansch weg verschwenkt ist, so dass es im Kontakt mit dem rotierenden Seitenflansch daran abrollen oder ablaufen kann. Bei einer Weiterverlagerung der Führung kann der Kontaktgeber aus einer passiven Stellung in eine aktive Stellung verschwenkt werden, in der ein Auslösesignal an die Winkelgeschwindigkeitssteuerung oder -regelung oder direkt an den Drehantrieb abgegeben werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Wickeln des strangförmigen Wickelguts kann derart ausgebildet sein, dass die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwirklicht sind. Auch das erfindungsgemäße Wicklungsverfahren kann derart ausgelegt sein, dass die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Wicklungsvorrichtung verfahrensgemäß verwirklicht ist.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung kann ein Verlegearm der Vorrichtung zum wendelgemäßen Wickeln vorzugsweise von einem Stellgerät, wie einem Roboter, vorzugsweise gemäß einer Steuerungs- und/oder Regelungsroutine getragen und gestellt werden. Der Verlegearm dient dazu, das Strang- oder Wickelgut an die Wickeltrommel kanalisiert heranzuführen und dieser zum Aufwickeln zu übergeben, während der Verlegearm insbesondere im Wesentlichen quer zu seiner Längserstreckung und linear zwischen den axialen Enden, wie den Seitenwandflanschen, der Wickeltrommel hin und her bewegt wird. Der Verlegearm folgt dabei insbesondere schrittweise dem axialen Wickelungsfortschritt des auf die Wickeltrommel gewickelten Wickelguts.
Der Verlegearm hat ein wickeltrommelseitiges Ende, das zu einem großen Teil des gesamten Wicklungsprozess in einem Kontakt, insbesondere Abrollkontakt, mit der Wickeltrommel bzw. der bereits darauf gewickelten Wicklungslage steht und an dem jeweils ein dem jeweiligen Seitenflansch der Wickeltrommel zugewandter Anlagebereich gebildet ist, an dem der Verlegearm insbesondere bei Ausführung einer Wendeoperation an einem der beiden Seitenflansche in Anlagekontakt kommt. Der Anlagekontakt kann als Anlageschleif- oder Abrollkontakt gebildet sein. Des Weiteren hat die erfindungsgemäße Vorrichtung einen an dem wickelseitigen Ende angeordneten Wegsensor, wie einen Kontaktgeber, der zumindest bei Erreichen wenigstens einer vordefinierten Wickelposition, wenigstens einer Auslöseposition für die Wendeoperation, des wickeltrommelseitigen Endes ein Steuersignal, wie ein Wendeoperationsauslösesignal, abgibt. Das Steuersignal geht an eine elektronische Steuer- und/oder Regeleinrichtung, wodurch eine Regelung zum Ändern einer bestimmten Regelungsgröße des Wicklungsverfahrens ausgelöst werden kann. Vorzugsweise führt die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung eine Wendeoperation aus, bei der die alte Wickelungslage abgeschlossen und die neue Wickelungslage auf der alten Wickelungslage begonnen wird. Bei der Wendeoperation geht ein Richtungswechsel der Verlegebewegung des Verlegearms einher. Erfindungsgemäß hat der Wegsensor im Bereich jedes Anlagebereichs jeweils einen Betätigungsvorsprung, der in einer unbetätigten Stellung von dem jeweiligen Anlagebereich in Hin- bzw. Herverlegebewegungsrichtung vorsteht und vorzugsweise derart beweglich, insbesondere schwenkbar, an dem Verlegearm gelagert ist, dass der jeweilige Betätigungsvorsprung in seiner Freigabestellung den jeweiligen Anlagebereich für den Anlagekontakt mit dem Seitenwandflansch freigibt. Die Erfinder haben herausgefunden, dass für die wicklungstechnisch diffizile Wende- oder Wandoperation das Stellen des wickeltrommelseitigen Endes und damit des Verlegearms relativ zur Wickeltrommel essentiell ist, um höhere Wickelgeschwindigkeiten von mehr als 80 m/min realisieren zu können. Vor allem das Timing, in welchem Abstand zu dem Seitenwandflansch der Wickeltrommel sowie wann die Wendeoperation ausgelöst und beendet wird, ist von Bedeutung, um ein fehlerfreies Abschließen der Wendel- oder Wickellage und Neubilden einer soliden Wickellagenbasis zu realisieren. Der Kontaktgeber mit seinem Betätigungsvorsprung, der in Hin- bzw. Herverlegebewegungsrichtung vorsteht, realisiert ein Auslösen des Steuersignals vor dem Erreichen der in die Verlegebewegung begrenzenden Außenposition des Verlegearms, die dann erreicht ist, wenn das wickeltrommelseitige Ende des Verlegearms in Kontakt mit dem Seitenwandflansch der Wickeltrommel steht. Der nachgebende, insbesondere drehbewegliche Betätigungsvorsprung lässt die Kontaktaufnahme des wickeltrommelseitigen Endes mit dem Seitenwandflansch zu.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist in seiner Freigabestellung der betreffende Betätigungsvorsprung in einer Vertikalbetrachtung in den Verlegearm versenkt, insbesondere in eine Gehäusestruktur des Verlegearms. Der Verlegearm kann ein insbesondere durch Platten begrenzten, vorzugsweise vollständig geschlossenen Transportraum umfassen, in dem eine Schwenkachse des Betätigungsvorsprungs angeordnet ist, und der jeweilige Betätigungsvorsprung bei Erreichen der Seitenflanschwand verschwunden ist. Vorzugsweise gelangt eine Betätigungsaußenseite des Betätigungsvorsprungs in einen Schleifkontakt mit der Seitenflanschwand, wobei insbesondere die Betätigungsaußenseite des jeweiligen Betätigungsvorsprungs im Wesentlichen flach und eben ist. Die Betätigungsaußenseite des jeweiligen Betätigungsvorsprungs ist an eine Außenfläche des Anlagebereichs konturangepasst, so dass in der Freigabestellung die Betätigungsaußenseite im Wesentlichen in der Ebene der Außenfläche des insbesondere planen Anlagebereich vorpsrungsfrei liegt.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung steht der Betätigungsvorsprung in dessen unbetätigter Stellung (Neutralstellung) wenigstens um eine halbe oder um eine ganze Wickelgutstärke und höchstens um zwei Wickelgutstärken von der jeweiligen Anlagefläche in Hin-bzw. Herverlegebewegungsrichtung vor. Auf diese Weise kann ein optimiertes, vorlaufendes Auslösen des Steuersignals erreicht werden, bevor der Anlagebereich des Verlegearms in Kontakt mit dem Seitenwandflansch kommt. Es sei klar, dass der Zeitraum und/oder die Wickelstrecke zwischen Auslösen des Steuersignals und Kontaktaufnahme des Anlagebereichs dadurch eingestellt werden können, dass ein Auslösen des Steuersignals erst nach Überschreitung einer einstellbaren Bewegungsamplitude des Betätigungsvorsprungs von dessen unbetätigten Stellung aus verändert wird.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung hat der Verlegearm eine Wickelgutabgabeöffnung an seinem wickeltrommelseitigen Ende, an der das Wickelgut den Transportraum des Verlegearms verlässt, um anschließend insbesondere führungs- oder kontaktlos der Wickeltrommel übergeben zu werden. Vorteilhafterweise ist der Wegsensor an dem Verlegearm einem im Wesentlichen zylindrischen Trommelkern der Wickeltrommel näher angeordnet als die Wickelgutabgabe, an der das Wickelgut den Verlegearm führungslos, unter dem ausschließlichen Einfluss der Schwerkraft und der internen Wicklungskraft des Wickelguts verlässt. Vorzugsweise ist der Wegsensor in Vertikalrichtung unterhalb der Wickelgutabgabe angeordnet, wobei insbesondere das Wickelgut kontaktfrei an den Bestandteilen des Wegsensors vorbei hin zur Wickeltrommel verläuft.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung umfasst der erfindungsgemäße Verlegearm ein schwertförmiges Gehäuse, das vorzugsweise aus zwei parallel zueinander angeordneten, sich in Längsrichtung des Verlegearms erstreckende Gehäuseplatten gebildet ist, die einen Transportraum des Verlegearms begrenzen, der sich von einem stellgerätseitigen Basisabschnitt bis zum wickeltrommelseitigen Ende des Verlegearms erstreckt. Das Wickelgut wird durch den sich in Längsrichtung vollständig durch den Verlegearm erstreckenden Transportraum hindurch bis zu einer Wickelgutabgabeöffnung hindurchgeführt. Die Gehäuseplatten haben insbesondere eine Außenfläche, die vorzugsweise in einer Vertikalebene liegt. Der Anlagebereich, an dem das wickeltrommelseitige Ende in Anlagekontakt mit dem Seitenwandflansch der Wickeltrommel kommt, ist an einem axialen Endabschnitt der Außenfläche der jeweiligen Gehäuseplatte ausgebildet.
Der Anlagebereich kann durch eine insbesondere demontierbare Verschleißplatte insbesondere aus einem Material geringerer Reibung, wie Polyamid, gebildet sein. Die Verschleißplatte ist vorzugsweise an dem axialen Endabschnitt der beiden Gehäuseplatten austauschbar angeordnet, insbesondere verschraubt.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung hat der Kontaktgeber eine relativ zum Verlegearm ortsfest gelagerte Schwenkachse. Die Schwenkachse ist an dem Gehäuse des Verlegearms im Inneren des Transportraums drehbar gelagert. Die Schwenkachse verbleibt in jeder Betriebsstellung des Betätigungsvorsprungs innerhalb des Transportraums des Verlegearms ortsfest. Die Schwenkachse erstreckt sich vorzugsweise im Wesentlichen in Vertikalrichtung, so dass der jeweilige Betätigungsvorsprung des Kontaktgebers im Wesentlichen in einer horizontalen Ebene verschwenkt wird.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung greift ein zusätzlicher Drehbewegungssensor auf die Schwenkachse des Kontaktgebers zu, so dass insbesondere nach Überschreitung einer vorbestimmten Schwenkbewegungsamplitude des jeweiligen Betätigungsvorsprungs das Steuersignal erzeugt und abgegeben werden kann.
Zur Erzeugung des Steuersignals ist ein Schwenkbewegungsübertragungsmechanismus insbesondere innerhalb des Transportraums des Verlegearms untergebracht. Der Schwenkbewegungsübertragungsmechanismus dient dazu, die Schwenkbewegung des Kontaktgebers von dem wickeltrommelseitigen Ende weg hin zum basisseitigen Ende des Verlegearms zu übertragen, vorzugsweise ohne dass die Bewegungsübertragung durch Umwandlung in ein elektronisches Signal realisiert ist. Erst in einem Abstand von dem wickeltrommelseitigen Ende kann ein elektrischer Signalerzeuger angeordnet sein, der vorzugsweise innerhalb oder gegebenenfalls außerhalb des Transportraums des Verlegearms angeordnet ist, und anhand der übertragenen Schwenkbewegung das Steuersignal erzeugt und weiterleitet. Vorzugsweise ist der Schwenkbewegungsübertragungsmechanismus durch ein Winkelgetriebe realisiert, das die Schwenkbewegung der sich im Wesentlichen in Vertikalrichtung erstreckenden betätigungsvorsprungseitigen Schwenkachse des Kontaktgebers an einer sich in Längsrichtung (Horizontalrichtung) des Verlegearms erstreckenden Übertragungswelle überträgt.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist die betätigungsvorsprungseitige, insbesondere sich im Wesentlichen in Vertikalrichtung erstreckende Schwenkachse des Kontaktgebers derart vorgespannt, insbesondere federvorgespannt, dass der Betätigungsvorsprung stets von dessen jeweiliger Freigabestellung in die unbetätigte Neutralstellung gezwungen ist. Vorzugsweise ist die Übertragungswelle wenigstens zweigeteilt, so dass ein schwenkachsenseitiger Wellenabschnitt von einem schwenkachsenfernen Wellenabschnitt zerstörungsfrei demontierbar ist. Die Zweiteilung dient dem modularen Austausch des gesamten wickeltrommelseitigen Endes des Verlegearms, um letzteren an verschieden starke Wickelgüter anpassen zu können.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung hat der Kontaktgeber eine eine geschlossene Ringstruktur bildende Bügelform. Vorzugsweise ist der Bügel achsensymmetrisch realisiert. In der unbetätigten Stellung des Kontaktgebers fällt die Symmetrieachse der Ringstruktur in der unbetätigten Stellung des Kontaktgebers mit der Längsrichtung des Verlegearms zusammen. Die zwei Betätigungsvorsprünge sind Teil der bügelförmigen Dreieckstruktur. Die Dreieckstruktur ist vorzugsweise gleichschenklig realisiert, wobei ein dem jeweiligen Betätigungsvorsprung naher Eckbereich der dreieckigen Bügelform abgerundet ist. Die gleichen Schenkel sind in einem Winkel von weniger als 35° zueinander angeordnet, vorzugsweise etwa 30°.
Es sei klar, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren gemäß den in den eingereichten deutschen Patentanmeldungen ( 10 2013 002 023.9 , 10 2013 002 022.0 , 10 2013 002 017.4 , 10 2013 002 019.0 und 10 2013 002 020.4 ) beschriebene Vorrichtungen und Verfahren ausgebildet sein können.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Vorrichtung kann der Träger lediglich dazu ausgeführt sein, einen Angriffsbereich zum Befestigen des Stellgeräts oder eines Handhabegeräts, wie des Roboters, zu bilden. Vorzugsweise hat der Träger eine Schiene für eine Schienen-Schlitten-Anordnung. Über ein wickeltrommelseitiges Ende des Verlegearms wird das Wickelgut der rotierenden Wickeltrommel bei der axialen, insbesondere linearen, Hin- und Herverlegebewegung des Verlegearms aufwickelnd übergeben. Vorzugsweise ist die axiale Hin- und Herbewegung rein translatorisch linear und im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse der Wickeltrommel ausgerichtet. Insbesondere beschreibt das wickeltrommelseitige Ende den axialen linearen Hin- und Herverlegeweg zwischen den beiden sich gegenüberliegenden Seitenflanschen der Wickeltrommel. Von der Wickeltrommel abgewandt hat der Verlegearm eine Aufnahme zum Annehmen des insbesondere eine Extrudierstation kontinuierlich verlassenden Wickelguts. Die Aufnahme kann beispielsweise durch eine sternförmige Anordnung von mehreren, insbesondere vier, freilaufenden Rollen gebildet sein. Die Aufnahme kann zusätzlich eine Tragstruktur aufweisen, an der beispielsweise elektronische Komponenten, aber auch pneumatische Dämpfungssysteme für die Lagerung des Verlegearms gehalten sein können.
Die erfindungsgemäße Wickelungsvorrichtung hat insbesondere eine Verlegearmlagerung, die den Verlegearm in insbesondere axialer Verlegerichtung relativ zum Träger führt. Die erfindungsgemäße Wickelungsvorrichtung hat vorzugsweise eine Rückstell- oder Vorspanneinrichtung, die bei einer insbesondere durch das axiale Wachstum der Wickelungslage auf der Wickeltrommel veranlasste Auslenkung des Verlegearms insbesondere aus einer Neutralposition des Verlegearms relativ zum Träger eine insbesondere elastische insbesondere im Wesentlichen axial gerichtete Rückstell- oder Vorspannkraft erzeugt und dem Verlegearm mitteilt, um den Verlegearm seitlich gegen die zuletzt auf die Wickeltrommel gelegte Wickelungsschlaufe zu drücken.
Die Rückstelleinrichtung und die Verlegearmlagerung spannen den Verlegearm derart vor, dass dieser sich drückend insbesondere an dessen wickeltrommelseitigem Ende axial an der Wickelung, insbesondere der zuletzt gelegten Wickelungsschlaufe, abstützt. Je größer die Auslenkung des Verlegearms relativ zum Träger ist, je stärker ist die die axiale Vorspannung hervorrufende Rückstellkraft.
In der Neutralposition wirkt vorzugsweise keine Rückstellkraft auf den Verlegearm und somit auf die zuletzt gelegte Wickelungsschlaufe. Vorzugsweise wirkt die von der Rückstelleinrichtung erzeugte Rückstellkraft ständig auf die zuletzt gelegte Wickelschlaufe während der gesamten Hin- und Herverlegebewegung des Verlegearms. Die Rückstellkraft und damit das ständige axiale Vorspannen des wickeltrommelseitigen Endes des Verlegearms gegen die Wickelungsschlaufe drücken die zuletzt gelegte Wickelungsschlaufe axial gegen die unmittelbar benachbarte Wickelungsschlaufe, wodurch sich eine kompakte, lückenlose Wickelstruktur einstellt. Die durch die Verlegearmlagerung realisierte Nachgiebigkeit in Verlegerichtung kombiniert mit der elastischen Rückstellvorspannung entgegen der Verlegerichtung lässt eine Positionsveränderung des Verlegearms zu, die von der sich allmählich aufbauenden Wickelung auf der Wickeltrommel veranlasst ist. Beim erfindungsgemäßen Wickeln führt der Verlegearm keine aktiv festgelegte, insbesondere geregelte Stellprozedur aus, sondern passt sich ständig flexibel an geometrische Besonderheiten und materialspezifische Eigenheiten der Wickelung an. Bei einer Weiterbildung der Erfindung kann eine besonders funktionssichere Automatisierung der Wickelung bei hohen Förderungs- und Wickelgeschwindigkeiten von bis zu 100 m/min und darüber hinaus erreicht werden. Zusätzlich zu der translatorischen flexiblen Lagerung in Verlegerichtung kann der Verlegearm auch in einer Vertikalrichtung flexibel gelagert sein.
Die Verlegearmlagerung kann vorzugsweise eine rein translatorische Verstellung des trägerseitigen Endes des Verlegearms und gegebenenfalls eine rein translatorische Vertikalbewegung des trägerseitigen Endes des Verlegearms zulassen. Zusätzlich könnte gegebenenfalls der Verlegearm durch eine entsprechende trägerseitige Verlegearmschwenklagerung eine Schwenkbewegung des Verlegearms um das trägerseitige Ende des Verlegearms ausführen, wobei sowohl eine Schwenkbewegung in einer axialen Ebene als auch in einer vertikalen Ebene zugelassen sein kann. Diese Verlegearmschwenklagerung muss eine Schwenkamplitude nur von wenigen Grad insbesondere kleiner 20° zulassen. Je länger die Längsausdehnung des Verlegearms, desto geringer braucht die Schwenklagerungsamplitude in Vertikalrichtung und Horizontalrichtung ausgelegt sein.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist ein wickeltrommelseitiges Ende des Verlegearms, das beispielsweise als freilaufendes Eingriffsrad ausgebildet sein kann, derart ausgeführt, dass das wickeltrommelseitige Ende wegen der Rückstellkraft bei der axialen Hin- und Herverlegebewegung, insbesondere während der gesamten Hin- und Herbewegung in einem insbesondere ständigen Lateralkontakt mit einer zumindest umfangsabschnittsweise freien Lateralseite der zuletzt gelegten Wickelungsschlaufe kommt, so dass insbesondere der Verlegearm je nach axialem Wachstum der zu legenden Wickelung, also je nach axialer Auslenkung aus der Neutralposition beispielsweise schrittweise um die axiale Ausdehnung einer Wickelungsschlaufe in axialer Verlegerichtung ausgelenkt ist. Entsprechend der axialen Auslenkung wird durch die Rückstelleinrichtung eine Rückstelldruckkraft erzeugt, die über das wickeltrommelseitige Ende des Verlegearms der Lateralseite der zuletzt gelegten Wickelungsschlaufe mitgeteilt wird.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung umfasst die Rückstelleinrichtung eine insbesondere durch die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung ansteuerbare oder einstellbare Federung, die bei entsprechender Auslenkung des Verlegearms aus der Neutralposition in eine Auslenkposition eine elastische Rückstellkraft erzeugt, insbesondere errechnet und einstellt. Es sei klar, dass eine ansteuerbare Federung bereits eine Rückstellkraft erzeugen kann, ohne dass eine Auslenkung des Verlegearms aus einer Neutralposition einhergeht. Die Rückstellkraft ist derart ausgerichtet, dass deren Wirkrichtung parallel zur axialen Verlegerichtung, insbesondere parallel zur Rotationsachse der Wickeltrommel liegt. Damit die Rückstelleinrichtung das wickeltrommelseitige Ende gegen die zuletzt gelegte Wickelschlaufe drückt, ist die Wirkrichtung der Rückstellkraft der Verlegerichtung entgegengesetzt.
Die Rückstellkraft dient vorzugsweise nur dazu, den Verlegearm in Axialrichtung gegen die Wickelung vorzuspannen und daran abzustützen. Den Verlegearm relativ zum Träger wieder zurückzustellen, realisiert vorzugsweise ein den Träger haltendes Stellgerät, wie ein Roboter, der bei Überschreitung einer Auslenkschwelle oder einer maximalen Rückstell-/Vorspannkraft den Träger relativ zu dem ausgelenkten Verlegearm nachführt.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Rückstelleinrichtung durch einen pneumatischen Aktor, insbesondere durch ein Paar pneumatische Aktoren, gebildet, von denen einer der Aktoren für die Erzeugung der Rückstellkraft in jeweils einer axialen Verlegerichtung verantwortlich ist. Der pneumatische Aktor kann mit einer Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung gekoppelt sein, um betriebsbedingte oder wickelungsbedingte Zusatzsteuersignale zu erhalten, um die Rückstellkraft und somit die Vorspannkraft gegenüber dem sich ohnehin einstellenden Betrag gemäß der axialen Auslenkung aktiv zu erhöhen oder zu senken.
Vorzugsweise ist die Rückstelleinrichtung mit einer Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung verbunden, damit die Rückstellkraft und somit die Vorspannkraft während des Wickelns im Wesentlichen in einem festgelegten Grenzbereich, insbesondere konstant gehalten wird.
Beim Wickeln wird die Rückstellkraft schrittweise aufgrund der nachgebenden Verlegearmlagerung erzeugt. Die Rückstellkraft kann bei Überschreitung einer Grenzschwelle eines Grenzbereichs schrittweise zurückgesetzt werden, ohne die Rückstellkraft/Vorspannung verschwinden zu lassen, so dass die Rückstellkraft stets in den vorbestimmten Grenzen verbleibt. Ein Senken der Rückstellkraft wird durch entsprechendes Nachführen des Trägers relativ zu dem Verlegearm realisiert.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung hat die Rückstelleinrichtung eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung zum Einstellen der Rückstellkraft/Vorspannung beispielsweise mittels Einstellung der Federeigenschaft der Rückstelleinrichtung und/oder eine Steuerung zum Einstellen der Auslenkamplitude des Verlegearms. Die jeweilige Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung kann mit einem Sensor gekoppelt sein, der die Auslenkweite des Verlegearms aus der Neutralposition erfasst und der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung, wie einem Mikrorechner, mitteilt. Der Mikrorechner kann beispielsweise bei einer konstanten Federeigenschaft der Rückstelleinrichtung eine Sollauslenkung festlegen, gemäß dieser ein Regelungsprozess initiiert ist.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist die Rückstellkraft einstellbar. Beispielsweise ist dies dadurch realisiert, dass der Träger relativ zum Verlegearm, der sich an der gelegten Wickelung, insbesondere an der zuletzt gelegten Wickelungsschlaufe, abstützt, nachgeführt wird. Hierfür umfasst die erfindungsgemäße Wickelungsvorrichtung insbesondere ein Handhabe- oder Stellgerät, wie einen Roboter, mit wenigstens zwei, vorzugsweise drei, Bewegungsachsen, vorzugsweise in einer vertikalen Bewegungsachse und in einer horizontalen Bewegungsachse in Verlegerichtung des Verlegearms, insbesondere parallel zur Rotationsachse der Wickeltrommel. Das Stellgerät stellt den Träger relativ zu dem sich an der gelegten Wickelung abstützenden Verlegearm, wodurch die zwischen dem Verlegearm und dem Träger wirkende elastische Rückstellkraft erhöht oder gesenkt werden kann. Vorzugsweise ist eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung für die Wickelungsvorrichtung vorgesehen, die die Rückstellkraft einstellt und insbesondere ein Nachführen des Trägers gegenüber dem durch den Wickelungszuwachs verlagerten Verlegearm mittels des Stellgeräts erst dann auslöst, wenn der Verlegearm einen vorbestimmten Auslenkweg oder eine Auslenkschwelle entlang des Trägers überschritten hat.
Vorzugsweise umfasst die Wickelungsvorrichtung eine Nachführeinrichtung, gemäß der der Träger in axialer Verlegelagerungsrichtung nach dem Aufbau der elastischen Rückstellkraft gemäß dem Zuwachs der Wickelung in Axialrichtung nachgeführt wird. Dafür hat die Nachführeinrichtung das den Träger haltende Stellgerät.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Verlegearmlagerung durch eine Schlitten-Schienen-Anordnung gebildet. Die Schlitten-Schienen-Anordnung gewährleistet eine lineare, im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse der Wickeltrommel relativ zum Träger erzwungene Führung des Verlegearms relativ zum Träger. Trägerseitig ist die Schiene ausgebildet, während verlegearmseitig der Schlitten realisiert ist. Es sei klar, dass die Schiene auch verlegearmseitig angeordnet sein kann, während der Schlitten auf der Trägerseite liegt. Die Rückstelleinrichtung ist zwischen dem Schlitten und der Schiene geschaltet, so dass an dem Schlitten und an der Schiene die entsprechenden Kraftübertragungsstellen der Rückstelleinrichtung angeordnet sind. An dem Schlitten ist das Verlegeschwert des Verlegearms befestigt, während an der Schiene des Trägers das Handhabegerät angreift, um das Nachjustieren des Trägers gegenüber dem Verlegearm bereitzustellen.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das wickeltrommelseitige Ende derart gelagert, dass zumindest bei einem Teil, vorzugsweise für die Gesamtheit der Hin- und Herverlegebewegung insbesondere bis auf den Verlegerichtungswechsel das wickeltrommelseitige Ende unter Bildung eines im Wesentlichen axialen Lateralkontakts mit einer freien Lateralseite der zuletzt auf der Wickeltrommel gewickelten Wickelungsschlaufe durch die sich axial ausdehnende Wickelungslage längs des Verlegewegs vorangetrieben wird. Auf diese Weise ist ein für die Automatisierung benötigtes korrektiv flexibles Verhalten des Verlegearms realisiert, das dem manuellen Manipulieren einer erfahrenen Bedienperson bereits sehr nahe kommt, wodurch insbesondere geometrische Unwuchten der Wickeltrommel oder der Wickelung einen automatisierten Wickelungsvorgang nicht beeinträchtigen. Das wickeltrommelseitige Ende ist vorzugsweise durch ein am Verlegearm frei drehbar gelagertes Rad gebildet, von dem zumindest ein Teil des Seitenbereichs über den Verlegearm hinaus vorsteht, um mit der noch freien Lateralseite der zuletzt aufgewickelten Wickelungsschlaufe in Kontakt kommen zu können, und das in Rotationsrichtung lediglich von der Wickeltrommel oder von dem bereits auf der Wickeltrommel liegenden Wickelgut drehangetrieben wird. In Verlegerichtung wird das Rad durch die stetig axial wachsende Wickelungslage längs des Verlegewegs mitgenommen und axial verschoben. Das Rad rollt dabei auf der Wickeltrommel oder der bereits vollständig gelegten Wickelungslage zumindest unter dem Einfluss der Gewichtskraft des Verlegearms ab.
Des Weiteren betrifft eine bevorzugte Ausführung der Erfindung eine Anstell- oder Freistelleinrichtung, die den Verlegearm zumindest bei der Verlegebewegung nahe dem Seitenflansch der Wickeltrommel in einem zur horizontalen Radialerstreckung des einen Seitenflansches "positiven" Anstellwinkel von dem einen Seitenflansch weg neigend anstellt und den Verlegearm im Verlauf der Hin- und Herverlegebewegung hin zum gegenüberliegenden Seitenflansch in einen "negativen" Anstellwinkel von dem anderen Seitenflansch weg geneigt schwenkt. Die Anstelleinrichtung ist vorzugsweise durch das Handhabegerät, wie dem Stellroboter, gebildet, der, um die gewünschte Schwenkbewegung um den Wickelungsschlaufenkontakt zu betreiben, den Träger stellt. Die Schwenkachse der Schwenkbewegung liegt vorzugsweise im Bereich des wickeltrommelseitigen Endes des Verlegearms. Die Schwenkstelle kann längs des Hin- und Herverlegewegs wandern. Es reicht aus, einen Freistellwinkel von 1° bis 20° einzustellen. Entsprechend dem Freistellwinkel ist auch die durch die Verlegearmlagerung definierte, verdrehbare Verlegerichtung des Verlegearms gegenüber der Axialrichtung geneigt, wobei der Neigungswinkel an den axialen Enden der Hin- und Herverlegebewegung entsprechend am größten ist und im Verlauf der Hin- und Herverlegebewegung, so wie der Freistellwinkel, abnimmt und etwa auf halbem Verlegeweg verschwindet sowie anschließend insbesondere allmählich wieder zunimmt.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist für das betriebsgemäße Stellen des Verlegearms insbesondere bei einem Richtungswechsel der Hin- und Herverlegung eine Verlegearmstelleinrichtung zum insbesondere vertikalen Positionieren des Verlegearms relativ zur Wickeltrommel vorgesehen. Die Verlegearmstelleinrichtung kooperiert mit einem Wegsensor zum Erfassen wenigstens einer vorbestimmten Position des Verlegearms längs des Verlegewegs, wobei gegebenenfalls der Wegsensor bei Erreichen der wenigstens einen vordefinierten Position die Verlegearmstelleinrichtung veranlasst, den Verlegearm um wenigstens etwa die halbe Stärke des Wickelguts, vorzugsweise um etwa eine Wickelgutstärke oder um mehr als eine Wickelgutstärke, und höchstens um ein Zweifaches der Wickelgutstärke von der Wickeltrommel weg oder von der bereits daraufgelegten Wickelungslage weg anzuheben. Die Verlegearmstelleinrichtung kann eine insbesondere vertikale Schwenklagerung für den Verlegearm aufweisen, wobei eine Schwenkachse des Verlegearms trägerseitig angeordnet ist. Die Schwenklagerung kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass ein wickeltrommelseitiges Verlegearmschwert relativ zu der trägerseitigen Verlegearmbasis in Vertikalrichtung verschwenkbar ist. Des Weiteren kann die Verlegearmstelleinrichtung einen Lifter zum insbesondere linearen Anheben der Schwenkachse in Vertikalrichtung aufweisen, wobei der Lifter beispielsweise durch das Handhabegerät, wie den Stellroboter, gebildet ist, das auf den Träger zugreift, um den Träger samt der Verlegearm-Schwenkachse vertikal linear anzuheben. Um das schwenkbare wickeltrommelseitige Ende beim Anheben mitzunehmen, weist die Schwenklagerung einen Anlageanschlag auf, der ein Absenken des wickeltrommelseitigen Endes des Verlegearms begrenzt. Die Schwenklagerung erlaubt einerseits einen flexiblen Kontaktablauf des wickeltrommelseitigen Endes an der bereits gelegten Wickellage und damit ein freies Konturfolgen der bereits gelegten Wickellage und deren radialer Unwuchten, andererseits begrenzt der Anlageanschlag ein Absenken des wickeltrommelseitigen Endes ausgehend von der Auflage auf die Wickelungslage um höchstens eine halbe Wickelungsgutstärke, sollte das wickeltrommelseitige Ende zwischen zwei gelegte benachbarte Wickelungsschlaufen gelangen.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist eine Wickelgut-Bremse an dem Verlegearm angeordnet, die dem Wickelgut vor dem Erreichen der Wickeltrommel eine Bremskraft mitteilt, um das Wickelgut auf Zug vorzuspannen. Die Bremskraft kann betriebsgemäß insbesondere durch eine Steuerung- und/oder Regelung eingestellt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Wickelgut der rotierenden Wickeltrommel anhand einer Hin- und Herverlegebewegung des Verlegearms relativ zu einem Träger übergeben. Der Verlegearm wird in Verlegerichtung relativ zu einem Träger geführt gelagert. Bei Auslenkung des Verlegearms aus einer Montageposition relativ zum Träger wird eine in axialer Verlegerichtung gerichtete Rückstellkraft erzeugt, die gegen die auf der Wickeltrommel gelegten Wickelung wirkt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise anhand der oben genannten Betriebs- und/oder Funktionsaspekte der erfindungsgemäßen Wickelungsvorrichtung definiert.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung hat die Vorrichtung zum Wickeln des strangförmigen Wickelguts einen Verlegearm, an dem das Wickelgut der rotierenden Wickeltrommel bei einer insbesondere linearen Hin- und Herverlegebewegung des Verlegearms übergeben wird. Vorzugsweise ist die Hin- und Herverlegebewegung durch die Seitenflansche der Wickeltrommel begrenzt. Die Richtung der Hin- und Herverlegebewegung kann überwiegend parallel und/oder leicht geneigt zur Axialrichtung liegen. Die Wickelungsvorrichtung hat eine aktive Verlegearmstelleinrichtung zum vertikalen Positionieren des Verlegearms relativ zur Wickeltrommel, die insbesondere den Verlegearm ausschließlich in Vertikalrichtung anheben und absenken kann. Die Wickelungsvorrichtung umfasst einen Wegsensor zum Erfassen wenigstens einer vorbestimmten Position des Verlegearms, wobei bei Erreichen der wenigstens einen Position vorzugsweise über eine Steuerung und/oder Regelung die Verlegearmstelleinrichtung veranlasst wird, den Verlegearm um etwa wenigstens eine halbe Stärke des Wickelguts, vorzugsweise um wenigstens etwa eine Wickelgutstärke, und um höchstens ein Zweifaches der Wickelgutstärke von der Wickeltrommel oder von der bereits darauf gelegten Wickelung weg zu entfernen, insbesondere bei einer ausschließlichen Vertikalbewegung anzuheben. In manchen Fällen ist ein Anheben von über dem Zwei- oder Dreifachen der Wickelgutstärke, insbesondere empirisch von über 30 mm notwendig. Das vertikale Anheben des Verlegearms, insbesondere des wickeltrommelseitigen Endes, für den Richtungswechsel der Hin- und Herverlegebewegung sei insofern begrenzt, als das wickeltrommelseitige Ende nach dem Verlegen der ersten Wickelungsschlaufe der neuen Wickelungslage von der Wickelungsschlaufe in im Wesentlichen axialer Verlegebewegungsrichtung mitgenommen werden soll, um den Verlegearm für die Hin- und Herverlegebewegung anzutreiben.
Die Verlegearmstelleinrichtung stellt insbesondere eine ausschließlich vertikale Anhebebewegung bereit, um den Richtungswechsel der Hin- und Herbewegung zu initiieren, wobei anschließend, nachdem die erste Wickelungsschlaufe der neuen Wickelungslage im lateralen Eingriff mit dem angehobenen wickeltrommelseitigen Ende des Verlegearms gekommen ist, die Verlegearmstelleinrichtung den Verlegearm soweit zurück absetzt, bis das wickeltrommelseitige Ende insbesondere entweder abrollend oder gleitend in einen Radialkontakt zur abgeschlossenen Wickelungslage kommt.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Wegsensor an einem wickeltrommelseitigen Ende des Verlegearms angeordnet. Vorzugsweise ist der Wegsensor ein Kontaktgeber, der dann ein elektrisches Steuersignal insbesondere an eine Steuerung- und/oder Regelung oder direkt an die Verlegearmstelleinrichtung abgibt, wenn der Verlegearm, insbesondere dessen wickeltrommelseitiges Ende, die wenigstens eine vordefinierte Position erreicht. Vorzugsweise entspricht die vordefinierte Position dem Ende der Hin- und Herverlegebewegung. Vorzugsweise ist die wenigstens eine vordefinierte Position bei Kontaktaufnahme des Kontaktgebers mit einer Innenseite eines Seitenflansches der Wickeltrommel definiert. Alternativ kann das Ende der Hin- und Herbewegung auch ohne einen strukturellen Kontakt mit dem Seitenflansch der Wickeltrommel einhergehen, beispielsweise durch Erreichen eines bestimmten Mindestabstands des wickeltrommelseitigen Endes zum Seitenflansch, der beispielsweise zwischen etwa dem Zweifachen der Wickelgutstärke oder etwa einer Wickelgutstärke oder weniger betragen kann.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung hat der Wegsensor ein frei drehbar gelagertes Rad, dessen Lagerdrehachse insbesondere hauptsächlich in Axialrichtung von dem Seitenflansch der Wickeltrommel weg verschwenkbar ist, wodurch das Auslösen des elektrischen Steuersignals erreicht werden kann. Das Rad des Wegsensors ist derart drehbar gelagert, dass es in Kontakt mit dem rotierenden Seitenflansch daran abrollen kann und bei einer Weiterverlagerung des Verlegearms in Axialrichtung aus einer passiven Stellung in einer aktive Stellung verschwenkbar ist, in der das elektrische Steuersignal gegebenenfalls über eine Steuerung und/oder Regelung der Verlegearmstelleinrichtung mitgeteilt wird.
Vorzugsweise liegt das frei drehbar gelagerte Rad des Wegsensors am wickeltrommelseitigen Ende des Verlegearms im Bereich einer 12-Uhr-Position bezüglich der Wickeltrommel insbesondere unter dem Einfluss des Gewichts des Verlegearms auf der Wickeltrommel oder auf einer bereits gelegten Wickelungslage im Wesentlichen tangential an.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist das wickeltrommelseitige Ende des Verlegearms dazu ausgeführt, bei der Hin- und Herverlegebewegung, insbesondere zumindest bei Erreichen der vorbestimmten Position, in einem ständigen Lateralkontakt mit einer freien Lateralseite der zuletzt auf die Wickeltrommel gelegten Wickelungsschlaufe zu stehen. Das wickeltrommelseitige Ende verliert beim Entfernen von der Wickelung den Kontakt zur der Wickelungslage und verbleibt solange in der kontaktlosen Stellung, bis das wickeltrommelseitige Ende durch Bilden des Lateralkontakts mit der freien lateralen Seite der neuen, zuletzt gelegten Wickelungsschlaufe für das Beginnen der Hin- und Herverlegebewegung nach dem Richtungswechsel mitgenommen wird.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung hat die Verlegearmstelleinrichtung ein Schwenklager zum Schwenken eines wickeltrommelseitigen Endes des Verlegearms insbesondere ausschließlich in einer vertikalen Ebene. Das Schwenklager lässt eine Relativschwenkbewegung zwischen dem Verlegeschwert des Verlegearms und der Verlegearmbasis zu, die wiederum über die Verlegearmlagerung beweglich, insbesondere linear im Wesentlichen längs der Axialrichtung der Wickeltrommel an dem Träger der Wickelungsvorrichtung gelagert ist. An dem Träger greift das Handhabegerät, wie der Stellroboter, zu, der für die Vertikalbewegung für das Anheben der Schwenkachse des Schwenklagers zuständig ist. Das Handhabegerät kann auch dafür verantwortlich sein, den Träger in Richtung der Hin- und Herverlegebewegung nachzurücken, damit der Träger dem durch den axialen Wickelungszuwachs voreilenden Verlegearm folgen kann.
Vorzugsweise hat die Verlegearmstelleinrichtung einen Lifter zum insbesondere linearen Heben und/oder Absenken der Schwenkachse des Schwenklagers, wobei der Lifter in einer Bauteilunion durch das Handhabegerät, wie den Stellroboter, realisiert sein kann. Des Weiteren kann die Verlegearmstelleinrichtung einen Dämpfer zum Dämpfen der Schwenkbewegung aufweisen.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung lässt das Schwenklager das wickeltrommelseitige Ende des Verlegearms an der Wickeltrommel oder an einer bereits gelegten Wickelungslage unter dem Einfluss der Gewichtskraft aufliegen. Die Verlegearmstelleinrichtung, insbesondere das Schwenklager, kann einen Auflageanschlag insbesondere als untere Schwenkbegrenzung zum Limitieren der vertikalen Beweglichkeit des Verlegearms hin zur Wickeltrommel umfassen. Bei dem Aufliegen des wickeltrommelseitigen Endes an der Wickeltrommel oder an der zuletzt gelegten Wickelungslage ist der Auflageanschlag derart positioniert, dass eine freie, insbesondere lediglich gedämpfte, Näherungsbewegung des wickeltrommelseitigen Endes hin zur Wickeltrommel von höchstens einer Wickelgutstärke, vorzugsweise höchstens einem Viertel der Wickelgutstärke, zugelassen wird. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Auflageanschlag dazu dienen, den Verlegearm, insbesondere das Verlegeschwert, zum Entfernen des wickeltrommelseitigen Endes von der Wickeltrommel weg oder von der Wickelungslage weg mitzunehmen.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung umfasst die erfindungsgemäße Wickelungsvorrichtung eine Verlegearmlagerung, die den Verlegearm in einer insbesondere je nach axialer Position längs des Verlegewegs verdrehbaren Verlegerichtung relativ zum Träger insbesondere linear führt, und eine Rückstell- oder Vorspanneinrichtung, die bei Auslenkung des Verlegearms in Verlegerichtung relativ zu dem Träger dem Verlegearm eine Rückstell- oder Vorspannkraft mitteilt, um den Verlegearm seitlich, im Wesentlichen axial gegen eine zuletzt auf die Wickelungstrommel gelegte Wickelungsschlaufe zu drängen. Die Verlegearmlagerung kann eine Schlitten-Schienen-Anordnung aufweisen, gemäß der der Verlegearm relativ zum Träger linear in Verlegerichtung geführt ist. Die Axialrichtung ist durch die Rotationsachse der Wickeltrommel definiert. Die verdrehbare Verlegerichtung kann gegenüber der Axialrichtung insbesondere abhängig von der Position des Verlegearms längs des Verlegewegs parallel liegen und/oder dazu geneigt sein, um einen Freistellwinkel des Verlegearms insbesondere von weniger als 20° bezüglich der horizontalen Radialerstreckung des Seitenflansches der Wickeltrommel zu erzeugen. Der Schlitten ist verlegearmseitig ausgebildet, wobei die Schiene trägerseitig realisiert ist. Ein Handhabegerät, wie ein Stellroboter, rückt den Träger, dem Verlegearm folgend, nach und dient dazu, die anwachsende Auslenkung des Verlegearms zu verringern, die durch das axiale Wachstum der Wickelungslage veranlasst ist und dem nachrückenden Träger gegenüber stets voreilend passiert. Die Rückstellkraft dient dazu, den Verlegearm ständig gegen die zuletzt gelegte Wickelungsschlaufe zu drücken und insbesondere dann eine Vorspannung gegen die Wickelungsschlaufe und damit den Wickelungsschlaufenkontakt aufrecht zu erhalten, wenn das Handhabegerät den Träger dem Verlegearm folgend nachführt. Der Träger darf nur soweit nachgeführt werden, dass weiterhin eine ausreichende Vorspannkraft an dem Verlegearm gegen die zuletzt gelegte Wickelungsschlaufe verbleibt. Je höher die Auslenkung des Verlegearms relativ zum Träger ist, desto stärker wirkt die Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung. Mit diesem Erfindungsaspekt wird eine optimal kompakte, dichte Anordnung von Wickelungsschlaufe zu Wickelungsschlaufe realisiert.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das wickeltrommelseitige Ende derart gelagert, dass zumindest bei einem Teil, vorzugsweise für die Gesamtheit der Hin- und Herverlegebewegung insbesondere bis auf den Verlegerichtungswechsel das wickeltrommelseitige Ende unter Bildung eines im Wesentlichen axialen Lateralkontakts mit einer freien Lateralseite der zuletzt auf der Wickeltrommel gewickelten Wickelungsschlaufe durch die sich axial ausdehnende Wickelungslage längs des Verlegewegs vorangetrieben wird. Auf diese Weise ist ein für die Automatisierung benötigtes korrektiv flexibles Verhalten des Verlegearms realisiert, das dem manuellen Manipulieren einer erfahrenen Bedienperson bereits sehr nahe kommt, wodurch insbesondere geometrische Unwuchten der Wickeltrommel oder der Wickelung einen automatisierten Wickelungsvorgang nicht beeinträchtigen. Das wickeltrommelseitige Ende ist vorzugsweise durch ein am Verlegearm frei drehbar gelagertes Rad gebildet, von dem zumindest ein Teil des Seitenbereichs über den Verlegearm hinaus vorsteht, um mit der noch freien Lateralseite der zuletzt aufgewickelten Wickelungsschlaufe in Kontakt kommen zu können, und das in Rotationsrichtung lediglich von der Wickeltrommel oder von dem bereits auf der Wickeltrommel liegenden Wickelgut drehangetrieben wird. In Verlegerichtung wird das Rad durch die stetig axial wachsende Wickelungslage längs des Verlegewegs mitgenommen und axial verschoben. Das Rad rollt dabei auf der Wickeltrommel oder der bereits vollständig gelegten Wickelungslage zumindest unter dem Einfluss der Gewichtskraft des Verlegearms ab.
Des Weiteren betrifft eine bevorzugte Ausführung der Erfindung eine Anstell- oder Freistelleinrichtung, die den Verlegearm zumindest bei der Verlegebewegung nahe dem Seitenflansch der Wickeltrommel in einem zur horizontalen Radialerstreckung des einen Seitenflansches "positiven" Anstellwinkel von dem einen Seitenflansch weg neigend anstellt und den Verlegearm im Verlauf der Hin- und Herverlegebewegung hin zum gegenüberliegenden Seitenflansch in einen "negativen" Anstellwinkel von dem anderen Seitenflansch weg geneigt schwenkt. Die Anstelleinrichtung ist vorzugsweise durch das Handhabegerät, wie den Stellroboter, gebildet, der, um die gewünschte Schwenkbewegung um den Wickelungsschlaufenkontakt zu betreiben, den Träger stellt. Die Schwenkachse der Schwenkbewegung liegt vorzugsweise im Bereich des wickeltrommelseitigen Endes des Verlegearms. Die Schwenkstelle kann längs des Hin- und Herverlegewegs wandern. Es reicht aus, einen Freistellwinkel von 1° bis 20° einzustellen. Entsprechend dem Freistellwinkel ist auch die durch die Verlegearmlagerung definierte, verdrehbare Verlegerichtung des Verlegearms gegenüber der Axialrichtung geneigt, wobei der Neigungswinkel an den axialen Enden der Hin- und Herverlegebewegung entsprechend am größten ist und im Verlauf der Hin- und Herverlegebewegung, so wie der Freistellwinkel, abnimmt und etwa auf halbem Verlegeweg verschwindet sowie anschließend insbesondere allmählich wieder zunimmt.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist eine Wickelgut-Bremse an dem Verlegearm angeordnet, die dem Wickelgut vor dem Erreichen der Wickeltrommel eine Bremskraft mitteilt, um das Wickelgut auf Zug vorzuspannen. Die Bremskraft kann betriebsgemäß insbesondere durch eine Steuerung- und/oder Regelung eingestellt werden.
Bei dem beanspruchten Verfahren zum Wickeln des strangförmigen Wickelguts wird das Wickelgut über den für die Hin- und Herverlegebewegung gelagerten Verlegearm der rotierenden Wickeltrommel übergeben. Wenigstens eine vorbestimmte Position des Verlegearms wird für einen Richtungswechsel der Hin- und Herverlegebewegung vorbestimmt, wobei das Erreichen der wenigstens einen Position mittels Sensorik ermittelt wird. Bei Erreichen der wenigstens einen vordefinierten Position des Verlegearms wird der Verlegearm vorzugsweise anhand einer Steuerung- und/oder Regelung um etwa wenigstens eine halbe Stärke des Wickelguts, vorzugsweise um etwa eine Wickelgutstärke, und höchstens um ein Zweifaches der Wickelgutstärke von der Wickeltrommel oder von der bereits darauf gelegten Wickelungslage weg entfernt, insbesondere angehoben.
Vorzugsweise wird die vorbestimmte Position zum Richtungswechsel der Hin- und Herverlegebewegung dann erreicht, wenn das wickeltrommelseitige Ende des Verlegearms, das in einem insbesondere bei Verlagerung des Verlegearms längs des Verlegewegs ständigen Kontakt mit der Wickeltrommel und/oder der bereits gelegten Wickelungslage steht, eine Innenseite eines Seitenflansches der Wickeltrommel kontaktiert oder spätestens wenn es in einem Abstand von höchstens dem Zweifachen der Wickelgutstärke, vorzugsweise von etwa einer Wickelgutstärke, zur Innenseite des jeweiligen Seitenflansches.
Weitere bevorzugte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Weitere Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert, in denen zeigen:

Figur 1: eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum Wickeln eines kontinuierlich extrudierten Kunststoffrohres auf eine Wickeltrommel in einem Anfangsbetriebszustand, bei dem eine erste Wickellage an der Wickeltrommel abgelegt wird;
Figur 2a: eine perspektivische Ansicht der Wickelungsvorrichtung gemäß Figur 1 kurz vor dem Betriebszustand eines Wickelungslegerichtungswechsels;
Figur 2b: eine perspektivische Detailansicht des Eingriffs eines wickeltrommelseitigen Endes eines Verlegearms auf die Wickelung und die Wickelungstrommel gemäß dem Betriebszustand nach Figur 2a;
Figur 3a: eine perspektivische Ansicht der Wickelungsvorrichtung während des Betriebszustands des Wickelungslegerichtungswechsels;
Figur 3b: eine perspektivische Detailansicht des wickeltrommelseitigen Endes des Verlegearms gemäß dem Betriebszustand nach Figur 3a;
Figur 4a: eine perspektivische Ansicht der Wickelvorrichtung in dem Betriebszustand nach dem Wickelungslegerichtungswechsel;
Figur 4b: eine perspektivische Detailansicht des wickeltrommelseitigen Endes des Verlegearms gemäß dem Betriebszustand nach Figur 4a;
Figur 5: eine perspektivische Ansicht der Wickelungsvorrichtung mit Bewegungsachsen eines Trägers der Wickelungsvorrichtung sowie des Verlegearms;
Figur 6: eine Draufsicht der Wickelungsvorrichtung im Betriebszustand des Wickelungslegerichtungswechsels gemäß Figuren 3a und 3b;
Figur 7: eine perspektivische Draufsicht des Trägers der Wickelungsvorrichtung gemäß Figur 1;
Figur 8: eine perspektivische Seitenansicht des Trägers gemäß Figur 7;
Figur 9: eine weitere perspektivische Ansicht des Trägers nach Figur 7 mit Blick auf eine Wirbelstrombremse für das Wickelgut in einem passiven Betriebszustand;
Figur 10: die perspektivische Seitenansicht des Trägers nach Figur 7 mit der Wirbelstrombremse in einem aktiven Betriebszustand;
Figur 11: ein Wickelgeschwindigkeit-Weg-Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit der Wickelgeschwindigkeit von der axialen Stellung der Führung;
Figur 12: ein Weg-Zeit-Diagramm, bei dem die axiale Verlagerung (X) gegenüber der Zeit (t) während einer Wendeoperation dargestellt ist;
Figur 13: eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Verlegearms für die erfindungsgemäße Wicklungsvorrichtung;
Figur 14: eine perspektivische Ansicht eines vorderen Teils des Verlegearms ohne eine Gehäusehälfte, wobei eine Gehäuseplatte zur freien Ansicht des Transportraums des Verlegearms demontiert ist;
Figur 15: eine Draufsicht auf den vorderen Teil des Verlegearms nach Figur 14;
Figur 16: eine Stirnansicht des wickeltrommelseitigen Endes des erfindungsgemäßen Verlegearms;
Figur 17: eine Querschnittsansicht des vorderen Teils des Verlegearms gemäß Figur 14; und
Figur 18: eine perspektivische Ansicht von in dem Transportraum des Verlegearms größtenteils untergebrachten Bewegungsorgane des erfindungsgemäßen Verlegearms.

In Figur 1 ist die erfindungsgemäße Wickelungsvorrichtung im Allgemeinen mit der Bezugsziffer 1 versehen. Die Wickelungsvorrichtung 1 dient dazu, ein von einer nicht näher dargestellten Extrudierstation kontinuierlich extrudiertes Kunststoffrohr 3, wie ein sogenanntes Kabelschutzrohr, auf eine Wickeltrommel 5 aufzuwickeln, wobei eine möglichst gleichmäßige Wickelung ohne Zwischenraum zwischen den einzelnen Wickelungsschlaufen 17 und mit im Wesentlichen konstanter Wickelsteigung einer Kunststoffrohrbreite pro Umdrehung erreicht werden soll, wie es beispielsweise in den Figuren 1 bis 4b dargestellt ist.
Die Wickeltrommel 5 umfasst einen im Wesentlichen zylindrischen Trommelkern 7, an dessen beiden Axialenden jeweils ein seitlicher, sich in Radialrichtung erstreckender Seitenflansch 11a, 11b befestigt ist. Konzentrisch zur Rotationssymmetrie der Wickeltrommel 5 ist eine Rotationsachse 13 der Wickeltrommel 5 ortsfest (bezüglich einem Referenzboden B, auf dem die Wickelungsvorrichtung 1 steht) gelagert, um welche die Wickeltrommel 5 zum Durchführen des Wickelungsvorgangs rotiert. Die Rotationsachse 13 definiert eine Axialrichtung, auf die auch im Folgenden zur Definition von Bewegungen von beweglichen Bauteilen der Wickelungsvorrichtung 1 Bezug genommen wird.
Aus ökonomischen Gründen ist die genormte Wickeltrommel 5 häufig aus Holz gefertigt, wobei der Trommelkern 7 sowie auch die Seitenflansche 11a, 11b leicht, aber nicht vernachlässigbar von einer idealsymmetrischen Form abweichen können. Der zylindrische Trommelkern 7 kann Radialschläge aufweisen, während die Seitenflansche 11a, 11b Axialunwuchten bilden können. Auch Wickeltrommeln 5 aus anderem Material, wie Kunststoff, weichen häufig zufällig oder fertigungsbedingt von einer idealsymmetrischen Rotationsform ab.
Wie in Figur 1 dargestellt, ist das extrudierte Kunststoffrohr 3 in einer Anfangswickelungslage bereits um mehr als die axiale Hälfte der Wickeltrommel 5 um den Trommelkern 7 gewickelt. Im Folgenden soll die gerade zuletzt auf den Trommelkern 7 aufgebrachte Wickelungsschlaufe mit der Bezugsziffer 17 versehen sein. Die Wickelungsschlaufe 17 hat, bis die nächste Wickelungsschlaufe vollständig umlaufend gelegt ist und sich seitlich angelegt hat, eine umfangsabschnittsweise freie axiale Lateralseite 18, auf die im Folgenden vor allem an einer etwa 12-Uhr-Umfangs-Stelle (Kontakt mit Eingriffsrad 43) Bezug genommen werden soll.
Das Kunststoffrohr 3 ist längs seiner Erstreckung kontinuierlich zylindrisch extrudiert und kann einen Außendurchmesser von 5 mm bis 30 mm oder 40 mm aufweisen. Die Stärke des Kunststoffrohrs 3 kann bei etwa 10% bis 60% des Außenrohrradius liegen. Das Kunststoffrohr 3 wird kontinuierlich in einer Extrudierstation (nicht dargestellt) geformt und gelangt über eine Kühlstraße (Wasserbad) in die Wickelungsvorrichtung 1, der ein Kunststoffrohr-(3)-Puffersystem (nicht dargestellt) vorgeschaltet sein kann, durch das unterschiedliche Förder-Geschwindigkeiten des Kunststoffrohrs 3 in dessen Längsrichtung beim Extrudiervorgang sowie beim Wickeln ausgeglichen werden sollen. Das nicht dargestellte Puffersystem kann beispielsweise als ein Vertikalpendel ausgeführt sein, der durch die vertikale Verschiebbarkeit eines Umlenkrads eine zu geringe/zu hohe Geschwindigkeit der Wickelungsvorrichtung 1 gegenüber der Extrudiervorrichtung ausgleichen kann, indem das Umlenkrad eine höhere/niedrigere vertikale Position einnimmt. Auf diese Weise kann eine Pufferstrecke für das extrudierte Kunststoffrohr (3) für einen kontinuierlichen Fertigungsprozess erreicht werden, bevor es in die Wickelungsvorrichtung 1 gelangt.
Die erfindungsgemäße Wickelungsvorrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus vier Hauptbestandteilen, nämlich einem Träger 23, einer Rückstelleinrichtung 61, einem lediglich in Figur 5 angedeuteten Stellroboter 71 und einem erfindungsgemäßen Verlegearm 27.
Der erfindungsgemäße Verlegearm 27 hat die Form wie beispielsweise eine Motorsäge mit einer Verlegearmbasis 28 (Aktoren-/ Motorbasis) sowie einem Verlegeschwert 29, das sich von der Verlegearmbasis 28 im Wesentlichen in Horizontalrichtung zur Wickeltrommel 5 erstreckt und diese unmittelbar oder mittelbar berührt. Die Verlegearmbasis 28 hat auf deren der Wickeltrommel 5 abgewandten Stirnseite eine Aufnahme 21 (Figuren 6, 9 und 10) zum Annehmen des insbesondere eine Extrudierstation kontinuierlich verlassenden Kunststoffrohrs 3. Die Aufnahme 21 umfasst sternförmig angeordnete Laufrollenpaare 25, die eine Einfädelöffnung begrenzen, um ein horizontal und vertikal geführtes Einfädeln des Kunststoffrohrs 3 in den Verlegearm 27 zu gewährleisten. Die Verlegearmbasis 28 ist hauptsächlich durch einen Profilträger 57 gebildet, der aus mehreren aneinander gefügten Tragplatten zusammengesetzt ist. An den Tragplatten können Funktionskomponenten der Wickelungsvorrichtung 1, wie ein Mikrorechner, Aktoren, etc., angebracht werden.
Der Träger 23 hält beweglich den Verlegearm 27 und hat in der dargestellten Ausführung eine Schiene 51, an der ein Greifarm des Stellroboters 71 befestigt ist. Die Schiene 51 kooperiert mit einem Schlitten 53 der Verlegearmbasis 28 derart, dass der Verlegearm 27 längs des linearen Schlittenwegs hin- und herbewegt werden kann.
Das Verlegeschwert 29 erstreckt sich überwiegend in einer Horizontalrichtung, ungefähr senkrecht zur Axialrichtung 13 von der Verlegearmbasis 28 weg hin zur Wickeltrommel 5, wobei der Verlegearm 27 derart dimensioniert ist, dass er in dessen Längsrichtung über den Trommelkern 7 (bis etwa in dessen axiale Mitte) ragt (in Anheberichtung A betrachtet).
Das Verlegeschwert 29 hat zwei vertikale, parallel zueinander angeordnete Führungs- und Halteplatten 31a, 31b. Zwischen den beiden Halte- und Führungsplatten 31a, 31b, die in deren im Wesentlichen horizontalen Erstreckungsrichtung eine im Wesentlichen konstante Vertikalbreite aufweisen, ist ein Führungsspalt zur Bildung eines Transportraums 32 für das Kunststoffrohr 3 geformt. Damit das Kunststoffrohr 3 sicher von der Aufnahme 21 entlang des Verlegearms 27 zwischen den Halte- und Führungsplatten 31a, 31b entlang gleiten kann, können Leitrollen im Führungsspalt an den Halte- und Führungsplatten 31a, 31b drehbar gelagert sein und einen ortsdefinierten Führungskanal durch den Transportraum 32 hindurch bilden.
An einem wickeltrommelseitigen Ende 33 des Verlegearms 27 ist eine Wickelgutabgabe 34 insbesondere in Form eines Paars Abgaberollen 35 mit horizontalen Drehachsen noch im Transportraum 34 gelagert, die ein geführtes Abgeben des Kunststoffrohres 3 von dem wickeltrommelseitigen Ende 33 des Verlegearms 27 hin zur Wickeltrommel 5 sicherstellen. Zwischen der Verlegearm-Basis 28 und dem wickeltrommelseitigen Ende 33 erstreckt sich ein arm- oder strebenförmiges Tragwerk 30. Das Tragwerk 30 kann seitlich durch vertikal angeordnete Platten begrenzt sein und den Transportraum 32 begrenzen. An dem Tragwerk 30 sind mehrere Führungsrollen zum Durchführen des Wickelguts drehbar gelagert.
An einer Oberseite des wickeltrommelseitigen Endes 33 ist ein Wegsensor 36 in einer ersten Ausführungsform eines Kontaktgebers 37 positioniert. Der Kontaktgeber 37 umfasst ein frei drehbar gelagertes Kontaktrad, dessen Drehachse vertikal angeordnet ist. Auch eine andere aus dem Stand der Technik bekannte Wegsensorik kann eingesetzt werden. Das Kontaktrad hat einen passiven Betriebszustand im Verlauf der Verlegebewegung W des Verlegearms 27 zwischen dem linken Seitenflansch 11b und dem gegenüberliegenden rechten Seitenflansch 11a, bei dem die Drehachse in einem Führungsspalt des Verlegeschwerts 29 liegt. Vorzugsweise sobald das Kontaktrad des Kontaktgebers 37 in Eingriff mit der radialen Innenseite 41 des jeweiligen Seitenflansches 11a, 11b gelangt, so wird das Kontaktrad, insbesondere dessen vertikale Drehachse, in Axialrichtung ausgelenkt, weil das Kontaktrad an dem wickeltrommelseitigen Ende 33 des Verlegearms 27 in beiden Axialrichtungen axial vorsteht und für eine axiale Auslenkung schwenkbar am Verlegearm 27 gelagert ist. Beim axialen Auslenken des Kontaktrads gibt der Kontaktgeber 37 ein elektrisches Kontaktsignal an eine nicht näher dargestellte Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung, welche das Kontaktsignal für den weiteren Wickelbetrieb der Wickelungsvorrichtung 1 verarbeitet. Das Auslösen des elektrischen Kontaktsignals kann unmittelbar nach dem Bewegen des Kontaktrads aus dessen unbetätigter Mittelstellung initiiert und weitergegeben werden oder aber mit einer wegabhängigen Verzögerung nach Erreichen einer vorbestimmten Schwenkbewegungsamplitude.
Am wickeltrommelseitigen Ende 33 des Verlegearms 27 ist ein Anlagebereich 38 ausgebildet, an dem das wickeltrommelseitige Ende 33 des Verlegearms in einem Schleifkontakt mit der Seitenflanschwand 11a, 11b der Wickeltrommel 5 gelangen kann. Dafür ist die Schwenklagerung 39 des Wegsensors 34 derart ausgelegt, dass das Kontaktrad des Kontaktgebers 37 zumindest bis auf Höhe der Außenseite des jeweiligen Anlagebereichs 38 weg verschwenkt wird, so dass der Betätigungsvorsprung des Kontaktrads in seitlicher Richtung vollständig versenkt ist und der jeweilige Anlagebereich 38 freigegeben wird. Eine alternative Wegsensorenausführung ist weiter unten beschrieben.
An der der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite des wickeltrommelseitigen Endes 33 ist ein Eingriffsrad 43 frei drehbar am Verlegearm 27 ortsfest gelagert, dessen Drehachse im Wesentlichen horizontal parallel zur Rotationsachse 13 der Wickeltrommel 5 liegt. Die Lauffläche des Eingriffsrads 43 steht im unmittelbaren Abrollkontakt mit dem angetriebenen Trommelkern 7 oder einer bereits gelegten Wickelungslage. Ein frei zugänglicher Seitenbereich des Eingriffsrads 43 liegt beim Wickeln mit einem überwiegend axialen Druckvorspannkontakt an der axialen Lateralseite 18 der zuletzt gelegten Wickelungsschlaufe 17 an.
Die axiale Breite der Lauffläche des Eingriffsrads 43 ist derart dimensioniert, dass sie größer als der halbe Außendurchmesser des Kunststoffrohrs 3, allerdings kleiner als der Außendurchmesser des Kunststoffrohrs 3 ist.
Der Verlegearm 27 ist über eine trägerseitige-(23)-Schwenklagerung, welche nicht näher illustriert ist, vertikal schwenkbar gelagert, wobei eine trägerseitige Schwenkachse S horizontal, zumindest abhängig von der Verlegewegposition parallel zur Rotationsachse 13 der Wickeltrommel 5 verläuft. Zum Kontrollieren der Schwenkbewegung des Verlegearms 27 in einer vertikalen Ebene ist eine Dämpfungseinheit 45 vorgesehen, die einerseits am Träger 23 und andererseits an einem Vorsprung 47 an der Oberseite des Verlegeschwerts 29 befestigt ist. Die Dämpfungseinheit 45 gewährleistet eine gedämpfte Schwenkbewegung des Verlegearms 27 um die trägerseitige Schwenkachse S. Ein Schwenkanschlag (nicht dargestellt) ist vorgesehen, der ein Abschwenken des Verlegearms 27 in der vertikalen Ebene nach unten auf die Wickeltrommel 5 zu begrenzt. Der Schwenkanschlag gewährleistet, dass sich das Eingriffsrad 43 nicht zwischen zwei bereits gelegten Wickelungsschlaufen drängt und sich vollständig zwischen diesen durchdrückt, um einen Kontakteingriff des Eingriffsrads 43 mit einer darunter liegenden vollständigen Wickelungslage zu vermeiden. Die Schwenkbeweglichkeit des Verlegearms 27 und die Position des Schwenkanschlags sind relativ zum Verlegearm 27 derart festgelegt, dass das Eingriffsrad 43 bei der Hin- und Herverlegebewegung in Abrollkontakt mit dem zylindrischen Trommelkern 7 oder der zuletzt gelegten Wickelungslage steht. Der Schwenkanschlag stoppt aber ein Absenken der Eingriffsrolle 43 ab höchstens der halben Stärke des Kunststoffrohrs 3, so dass ein Rollkontakt auf der zuletzt vollständig verlegten Wickelungslage verhindert wird.
Der Träger 23 ist relativ zur ortsfesten Rotationsachse 13 oder zum ortsfesten Referenzboden B einer Fertigungshalle verlagerbar, indem ein der Stellroboter 71, der ortsfest auf dem Referenzboden B montiert ist, den Träger 23 greift, hält und entsprechend dem Wickelvorgang steuerungsgemäß positioniert.
In Figur 5 sind teilweise die Bewegungsachsen des Stellroboters 71 dargestellt, wobei der Stellroboter 71 den Träger 23 in Horizontalrichtung, die der Axialrichtung (Rotationsachse 13) und im Wesentlichen der Verlegerichtung V entspricht, und in Anheberichtung A linear bewegen kann und wobei der Stellroboter 71 den Träger 23 um den Lateralkontakt K (um die Drehachse D) schwenken kann.
Die Eingriffsstelle des Eingriffsrads 43 mit dem Trommelkern 7 oder der bereits gelegten Wickelungslage bildet eine Betätigungsstelle, an der der Verlegearm 27 durch den axialen Zuwachs der Wickelungslage 15 dem Träger 23 gegenüber voreilend axial verschoben wird. Dies kann als eine flexibel reagierende Folgebewegung des Verlegearms 27 bezeichnet werden, der dem kontinuierlichen axialen Verlegen der Wickelungsschlaufen 17 und dem axialen Wachsen der Wickelungslage 15 unmittelbar folgt. Eine vertikale Schwenkbewegung um die Schwenkachse S wegen der Anlage des Eingriffsrads 43 an der Wickeltrommel 5 und einem radialen Wachsen der Wickelungslagen realisiert ein Folgenachstellen des an dem vorerst ortsfesten Träger 23 gelagerten Verlegearms 27. Die Nachgebebewegung des Verlegearms 27 und die Nachstellbewegung des Trägers 23 sind mit den Doppelpfeilen V, A in Figur 5 angedeutet.
Der Stellroboter 71 hält den Träger 23 anhand der Schiene 51, die mit dem Schlitten 53 kooperiert, der aus einer Basisplatte 55 und einem sich davon nach unten erstreckenden Profilträger 57 gebildet ist. Der Schlitten 53 und die Schiene 51 bilden eine translatorische Lagerung, deren translatorische Verlegerichtung V im Wesentlichen oder annähernd parallel zur horizontalen Axialrichtung (Rotationsachse 13) festgelegt ist. Die Schlitten(53)-Schienen(51)-Anordnung verleiht dem Verlegearm 27 eine Bewegungsfreiheit gegenüber dem Träger 23 nur in der Verlegerichtung V, so dass der Schlitten 53 nur in Verlegerichtung V relativ zu dem Stellroboter 71, insbesondere dessen Greifarm (nicht dargestellt), verlagert werden kann. Die Schienen(51)-Schlitten(53)-Anordnung stellt eine axiale Nachgiebigkeit für den Verlegearm 27 bereit. Die axiale Nachgiebigkeit wird durch den Bewegungsfreiheitsgrad in Verlegerichtung V geschaffen. Damit das Eingriffsrad 43 bei dem Verlegevorgang zwischen den beiden Seitenflanschen 11a, 11b nicht den Kontakt zu der Lateralseite der zuletzt gelegten Wickelungsschlaufe 17 verliert, wirkt zwischen dem Schlitten 53 und der Schiene 51 eine Rückstell- oder Vorspanneinrichtung 61, welche eine elastische Rückstell- oder Vorspannkraft erzeugt, sobald der Verlegearm 27 aus einer vordefinierten Neutralposition relativ zum Träger 23, in der keine Rückstellkräfte der Rückstelleinrichtung 61 zwischen der Schiene 51 und dem Schlitten 53 wirken, in Verlegerichtung V, getrieben durch das axiale Ausdehnen der Wickelungslage 15, ausgelenkt wird. Dabei ist der Betrag der Rückstellkraft desto größer, je größer die Auslenkweite des Verlegearms 27 aus der Neutralposition ist. Die Rückstelleinrichtung 61 ist durch ein Paar pneumatische Aktoren 63, 65 gebildet, deren Details in den Figuren 7 bis 10 angedeutet sind. Ein pneumatischer Aktor 65 oder 63 ist für die Erzeugung der Rückstellkraft nur in einer der Verlegerichtungen V (beispielsweise von dem Seitenflansch 11a zum Seitenflansch 11b) aktiv, während der andere pneumatische Aktor (65 oder 63) in der entgegengesetzten Verlegerichtung V (von dem Seitenflansch 11b zum Seitenflansch 11a) aktiv ist.
Wird der Verlegearm 27 durch das periodische, horizontale Verlegen der Wickelungsschlaufe 17 in Verlegerichtung V verrückt, so verlagert sich das Ende 33 des Verlegearms 27 samt Schlitten 53 in linearer Verlegerichtung V relativ zur Schiene 51, die währenddessen unbeeinflusst ortsfest vorläufig in deren Position verbleibt, bis sie beispielsweise bei Überschreitung einer Auslenkschwelle des Schlittens 53 durch den Stellroboter 71 nachgestellt wird, was die Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung vermindert. Aufgrund der Relativbewegung zwischen dem Schlitten 53 und der Schiene 51 wird der pneumatische Aktor 63 oder 65 (je nach axialer Verlegerichtung) pneumatisch gespannt, so dass in dem pneumatischen Aktor 63, 65 die pneumatisch elastische Rückstellkraft erzeugt ist, die über den Schlitten 53 dem Verlegearm 27 mitgeteilt wird und schließlich das Eingriffsrad 43 axial gegen die freie Lateralseite 18 der zuletzt gewickelten Wickelschlaufe 17 vorspannt. Mit der axialen Rückstell-Vorspannung ist gewährleistet, dass sämtliche Wickelungsschlaufen 17 in Axialrichtung dicht an dicht benachbart gelegt werden, um die gewünschte gleichmäßige Wickelungsfolge zu erreichen, und flexibel auf geometrische sowie materialspezifische Anomalien anpassend reagiert werden kann.
Es sei klar, dass der pneumatische Aktor 63, 65 auch unabhängig von der Verlegung des Verlegearms 27 eine aktiv gesteuerte, pneumatische Rückstellkraft erzeugen kann, indem beispielsweise der pneumatische Aktor über eine nicht näher dargestellte Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung beispielsweise abhängig von einem vorbestimmten Betriebszustand pneumatisch aktiviert wird. Um einen möglichst einfachen Aufbau zu realisieren, ist der pneumatische Aktor 63 ungesteuert und baut (lediglich) elastische Rückstellkräfte auf, wenn der Verlegearm 27 aus dessen Neutralposition in Verlegerichtung V verrückt wird.
Um die axiale Rückstellkraft, die das Eingriffsrad 43 gegen die freie Lateralseite 18 der letzten Wickelungsschlaufe 17 drückt, im Wesentlichen konstant zu halten, wird die axiale Auslenkung zwischen dem Schlitten 53 und der Schiene 51 im Wesentlichen konstant oder zumindest in einem Grenzbereich gehalten. Dafür ist ein nicht dargestellter Positionssensor eingesetzt, der mit Hilfe einer Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (nicht näher dargestellt) eine vordefinierte minimale und maximale Sollauslenkamplitude überwacht. Wird diese über- bzw. unterschritten, führt der Stellroboter 71 die Schiene 51 der Auslenkbewegung des Verlegearms 27 folgend nach, wobei der Nachrückschritt in etwa einer Stärke des Kunststoffrohrs 3 entsprechen kann. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass die elastische Rückstellkraft durch das Nachfahren der Schiene 51 um den periodischen Aufbau der Auslenkung reduziert wird.
Um die gewünschte Wickelung um den Trommelkern 7 der Wickeltrommel 5 zu realisieren, ist das Kunststoffrohr 3 beim Aufwickeln um den Trommelkern 7 weitest möglich in dessen Längsrichtung mit einer konstanten Zugvorspannkraft beansprucht.
Erfindungsgemäß ist an dem Träger 23, insbesondere am Schlitten 53, eine elektromagnetische Bremse, insbesondere eine Wirbelstrombremse 67, angeordnet, die aus einer aktiven Betriebsstellung, wie sie in Figur 10 ersichtlich ist, in eine passive Betriebsstellung (siehe Figur 9) verbracht werden kann. Die Wirbelstrombremse 67, die gegebenenfalls von einer nicht näher gestellten Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung gestellt und manipuliert werden kann, dient dazu, die im Wesentlichen gleichmäßige Zugvorspannkraft dem Kunststoffrohr 3 mitzuteilen. Als Beispiel kann die Wirbelstrombremse 67 zwei Magnetrotoren aufweisen, die in einem elektromagnetisch erzeugten Magnetfeld rotieren, wobei der jeweilige Magnetrotor ein- und ausgefahren werden kann, um die elektromagnetische Bremskraft einzustellen. Um ausreichende Reibungsverzögerungskräfte in das Kunststoffrohr 3 einzuleiten, ist ein Zahnriemen 72 vorgesehen, der um zwei Umlenkrollen der Wirbelstrombremse 67 gespannt ist. Der Zahnriemen 72 hat quer verlaufende Zähne, um einen gewünschten Eingriff mit dem Kunststoffrohr 3 und die Reibungskraftübertragung zu gewährleisten. Bei einer alternativen Ausgestaltung des Riemens 72 kann auch ein in Längsrichtung verlaufendes Berg-Tal-Profil vorgesehen sein, das formkomplementär zum Kunststoffrohr 3 geformt ist.
Im Folgenden wird beschrieben, wie eine neue in Radialrichtung der Wickeltrommel 5 "erhöhte" Wickelungslage 15 initiiert ist, wenn annähernd eine Wickelungslage auf dem Trommelkern 7 oder einer bereits gelegten Wickelungslage abgeschlossen wurde und sich darauf eine "neue" Lage bildet. Hierzu wird insbesondere auf die Figuren 2a bis 4b Bezug genommen.
In Figur 2a und 2b ist ein Betriebszustand ersichtlich, bei dem eine erste Wickelungslage 15 auf dem Trommelkern 7 annähernd fertig gestellt ist. Das Eingriffsrad 43 läuft auf dem zylindrischen Trommelkern 7 ab, wobei die von der Rückstelleinrichtung 61 erzeugte axiale Rückstellkraft die gerade zuvor gelegte Wickelungsschlaufe 17 axial gegen die benachbarte Wickelungsschlaufe drückt. Bevor nun die letzte Wickelungsschlaufe 17 der ersten Wickelungslage 15 abgeschlossen wird, gelangt das Kontaktrad des Kontaktgebers 37 in einen Rolleingriff mit der Innenseite 41 des Seitenflansches 11a. Mit Fortlauf des Wickelungsvorgangs wird das Kontaktrad horizontal ausgelenkt, wodurch das Steuersignal des Kontaktgebers 37 an eine nicht näher dargestellte Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung gesendet wird. Diese veranlasst nach Erhalt des Steuersignals ein vertikales Anheben des Verlegearms 27, indem der Stellroboter 71 den Träger 23 und dessen Schiene 51 in Anheberichtung A im Wesentlichen um nicht mehr als die Stärke des Kunststoffrohrs 3 anhebt, wobei der nicht näher dargestellte vertikale Schwenkanschlag den Verlegearm 27 in vertikaler Anheberichtung mitnimmt, um das wickeltrommelseitige Ende 33 des Verlegearms 27 um etwas mehr als die Außendurchmesserstärke des Kunststoffrohrs 3 über die gerade beendete Wickelungslage 15 anzuheben. Dieser Betriebszustand des angehobenen wickeltrommelseitigen Endes 33 ist in den Figuren 3a und 3b ersichtlich, ebenso der ausgelenkte Kontaktgeber 37. In der axialen Endposition des wickeltrommelseitigen Endes 33 des Verlegearms 27 besteht vorübergehend kein Kontakt zwischen dem Eingriffsrad 43 und dem Kunststoffrohr 3. Durch kontinuierliches Weiterwickeln wird das Kunststoffrohr 3 in die noch verbleibende Wickelungslücke zum Seitenflansch 11a gelegt, bis sich die erste Wickelungsschlaufe der "neuen" Wickelungslage 15 bildet. Zuerst gelangt der frei zugängliche Seitenbereich des Eingriffsrads 43 in einem Lateralkontakt K mit der Lateralseite 18 der ersten Wickelungsschlaufe 17 der neu zu legenden Wickelungslage 15, wobei die Abrollfläche des Eingriffsrads 43 kurzfristig noch entfernt von der bereits fertig gelegten Wickelungslage 15 angehoben ist. Erst nachdem die erste Wickelungsschlaufe 17 das Eingriffsrad 43 in Verlegrichtung V mitnimmt, senkt sich das Eingriffsrad 43 ab, so dass dessen Abrollfläche in Rollkontakt mit der vollständig gelegten Wickelungslage 15 gelangt. Dieser Betriebszustand ist in den Figuren 4a und 4b ersichtlich, bei dem das Eingriffsrad 43 einerseits in Rollkontakt mit der gerade gelegten Wickellage 15 steht, andererseits sich mit dessen unbedeckten Seitenbereich in Lateralkontakt K mit der Lateralseite 18 der ersten Wickelungsschlaufe 17 vorspannend befindet. In diesem Betriebszustand ist der Verlegearm 27 bereits wieder in Axialrichtung relativ zum Träger 23 verrückt, wodurch die Rückstelleinrichtung 61 die Rückstellkraft erzeugt, die das Eingriffsrad 43 gegen die gerade gelegte Wickelschlaufe 17 drückt. Dass der Verlegearm 27 bereits von der axialen Endposition weg ausgelenkt ist, ist auch an der Position des Kontaktsrads des Kontaktgebers 37 ersichtlich, der sich wieder in dem passiven Betriebszustand befindet und nicht mehr im Rollkontakt mit der Innenseite 41 des Seitenflansches 11a steht.
In Figur 6 ist ersichtlich, dass der Verlegearm 27 bei seiner in Figur 6 dargestellten axialen Endstellung zu der horizontalen Radialrichtung H_R in einem Anstellwinkel α geneigt ist, gemäß dem der Verlegearm 27 ausgehend von dessen wickeltrommelseitigem Ende 33 von dem rechten Seitenflansch 11a weg hin zur Wickeltrommelmitte geneigt ist. Dies stellt sicher, dass das Kontaktrad des Kontaktgebers 37 ausreichend Raum für ein Ausschwenken hat, um das Steuersignal zu erzeugen und abzugeben, ohne dass das Ende 33 des Verlegearms 27 in Kontaktkonflikt mit der Innenseite 41 des Seitenflansches 11a, 11b kommt.
Im Verlauf der axialen Verlegebewegung von dem rechten Seitenflansch 11a hin zum linken Seitenflansch 11b nimmt ein (positiver) Anstellwinkel α ab, so dass etwa in axialer Mitte der Wickeltrommel 5 die Längserstreckung des Verlegearms 27 mit der horizontalen Radialrichtung H_R zusammenfällt, während der Verlegearm 27 in der gegenüberliegenden axialen Verlegeendposition in einem (negativen) Anstellwinkel α insbesondere gleicher Größe ebenfalls hin zur Mitte der Wickeltrommel 5 geneigt ist. Auch in dieser Stellung kann der Kontaktgeber 37 sicher auslösen, indem das Kontaktrad seitlich ausgeschwenkt wird.
Bei beiden axialen Verlegeendpositionen des Verlegearms 27 tritt der sich in Radialrichtung erstreckende Seitenflansch 11a, 11b nicht in Bewegungskonflikt mit dem dazu geneigten Verlegearm 27.
Die bereits erwähnte, nicht näher dargestellte, insbesondere am Tragwerk 30 unterbringbare Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung kann insbesondere ausschließlich dafür eingesetzt werden, die Winkelgeschwindigkeit der Wickeltrommel 5 in Abhängigkeit der Radial- und/oder Axialposition der Führung (des Verlegearms 27), insbesondere dessen wickeltrommelseitigen Endes 33, einzustellen. Es sei klar, dass die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung auch die oben genannten Steuerungsfunktionen übernehmen kann. Vorzugsweise ist die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung mit der Basisplatte 55 fest verbunden. Es können allerdings auch andere Befestigungsorte für die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung in Betracht kommen.
Beim wendelgemäßen Verlegen des Kunststoffrohrs 3 auf die Wickeltrommel 5 wird das vorlaufende Ende des Kunststoffrohrs zuerst durch eine Öffnung im Seitenflansch 11 der Wickeltrommel 5 durchgefädelt und unmittelbar anliegend an der Innenseite 41 des Seitenflansches 11a, 11b manuell mittels einer Bedienperson für die erste Wickellage bei einer geringen Winkelgeschwindigkeit (siehe Figur 11; START) aufgewickelt, wobei die Winkelgeschwindigkeit U allmählich zunimmt.
Bevor die Wicklung beginnt, wird die Wegerfassung des Verlegearms 27 in der Steuerungs- und/oder Regeleinrichtung initialisiert, nämlich auf "0" gestellt. Ab dieser Initialisierung des Verlegeprozesses (bei START gemäß Figur 11) beginnt eine insbesondere kontinuierliche Erfassung der Position des Verlegearms 27. Nachdem erste Wicklungen der Wickellage 15 (bspw. siehe Figur 1) an dem Trommelkern 7 aufliegen, wird die Wickelgeschwindigkeit U auf eine maximale Wickelgeschwindigkeit U_max erhöht, so dass ab einer variierbaren oder vorab festeingestellten Stellpositon X₁ für die erste Wickellage 15 die maximale Wickelgeschwindigkeit U_max erreicht ist. Während des wendelmäßigen Verlegens der Wickellage 15 im sogenannten axialen Mittelbereich C der Wickeltrommel 5 (siehe Figur 6), der zwischen X₁ und X₂, X₅ und X₆, (Fig. 11) beziehungsweise zwischen den axialen Stellpositionen P_a und P_b, (Fig. 6) liegt, soll die maximale Wickelgeschwindigkeit U_max konstant gehalten werden (siehe Figur 11).
Es sei klar, dass die richtige Winkelgeschwindigkeit der Wickeltrommel 5 für den Wicklungserfolg maßgeblich ist. Selbstverständlich kann auch der Regelungsprozess anhand der Umfangsgeschwindigkeit an der jeweiligen Wickelungslage 15 angepasst werden. In der Figurenbeschreibung wird der Einfachheit halber auf die Wicklungsgeschwindigkeit als Regelungsgröße Bezug genommen.
Erreicht der Verlegearm 27, aus dem Stellmittelbereich C kommend, die vorbestimmte axiale Stellposition X₂, beziehungsweise P_a oder P_b, welche beispielsweise anhand der Erfassung der axialen Position des Verlegearms 27 oder mittels Erfassung der bereits aufgewickelten Wickelgutlänge ermittelt werden kann, löst die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung eine sogenannte Seitenflansch- oder Wendeoperation aus, bei der zuerst die Winkelgeschwindigkeit kontinuierlich allmählich reduziert wird, nämlich bis auf eine minimale Winkelgeschwindigkeit U_min, die während der weiteren heiklen Wandoperation (X₃-X₄) konstant gehalten werden soll (Fig. 11). Ist die Wandoperation abgeschlossen (bei X₄), insbesondere bei Erreichen einer Stellposition nach dem Bewegungsstart des Verlegearms 27 zum gegenüberliegenden (verlegearmfernen) Seitenflansch 11a oder 11b der Wickeltrommel 5, nimmt die Wickelgeschwindigkeit zwischen X₄ und X₅ gemäß der vorherigen Wickelgeschwindigkeitsabnahme zwischen X₂ und X₃ kontinuierlich stetig zu und erreicht in der Stellposition X₅, die vorbestimmt oder während des Wicklungsprozess errechnet sein kann, die maximale Winkelgeschwindigkeit U_max.
Es ist klar, dass in Figur 11 nicht die Richtung der die axialen Bewegung des Verlegearms 27 dargestellt ist, sondern nur die Wickelgeschwindigkeit U abhängig von einem absoluten, axialen Stellwegbetrag |X| ab dem START. Die axiale Bewegungsrichtung des Verlegearms 27 wechselt bei den jeweiligen Stellpositionen X', X", an deren Ablauf die minimale Winkelgeschwindigkeit U_min konstant bleibt.
Im allgemeinen können die Stellpositionen entweder durch Eingabe in die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung vorbestimmt eingegeben werden, oder während des Wicklungsprozess errechnet und je nach Wicklungsfortschritt geändert werden.
In Figur 12 ist die Wendeoperation anhand eines Weg-Zeit-Diagramms illustriert, bei der die axiale Verlagerung X gegenüber der Zeit t dargestellt ist. In dem Augenblick, wenn die Wendeposition durch die Führung, den Verlegearm 27, erreicht wird, ist der Zeitpunkt t₀ maßgeblich. Gemäß Figur 12 ist vor dem Erreichen des Wendezeitpunkts t₀ eine gestufte Graphenform ersichtlich, bei der das schrittweise Nachrücken des Verlegearms 27 in Axialrichtung gegenüber der voreilenden Wicklungslage während des normalen Wickelvorgangs verdeutlicht sein soll. Es sei klar, dass keine Stufenform notwendig ist, sondern auch andere insbesondere gekrümmte Bahnverläufe möglich sind. Es ist festzustellen, dass axiale Rückstellkräfte, welche den Verlegearm 27 gegen die freie Lateralseite 18 der letzten Wicklungsschlaufe drücken lassen, aufgebaut werden, indem der Verlegearm 27 relativ zum Träger 23 der Führung in Axialrichtung X durch den Wicklungsfortschritt vorverlagert wird; die sich wendelgemäß axial aufbauende Wicklung drückt den Verlegearm 27 gegen die innerhalb der Führung wirkende, elastische Vorspanneinrichtung, wodurch sich wegen der Relativbewegung elastische Rückstellkräfte aufbauen.
Bei Erreichen der Wendeposition X₀ zum Zeitpunkt t₀ wird die Wendeoperation ausgelöst. Wird die Wendeposition X₀ erreicht, veranlasst die Steuerungs- und/oder Regeleinrichtung eine vertikale Freifahrt des Verlegearms 27 von der Wickeltrommel 5 weg, wobei erfahrungsgemäß ein radiales Freifahren von 30 mm ausreicht, um maximale Radialumwuchten des Trommelkerns 7 der Wickeltrommel 5 auszugleichen. Wesentlich bei der Freifahrt des Verlegearms 27 ist es, das trommelseitige Ende 33 stets kontaktlos zur zuletzt gelegten Wicklungslage 15 zu stellen. Während der radialen Freifahrtzeit t₀ bis t₁, gemäß der etwa 0,8 Umdrehungen der Wickeltrommel 5 zurückgelegt werden, wird der Verlegearm 27 nicht in Axialrichtung verlagert und verbleibt an der Wendeposition X₀. Bis zum Zeitpunkt t₁ ändert sich die axiale Wegstrecke (X) nicht.
Figur 11 und Figur 12 stehen insofern in Zusammenhang, als die Wendeposition X₀ gemäß Figur 12 im Wesentlichen der Position X₂ oder X₆ gemäß Figur 11 entspricht. Während des Zeitraums t₀ bis t₁, währenddessen der Verlegearm 27 an der Wendeposition X₀ (X₂ bzw. X₆) verharrt, bleibt noch die Winkelgeschwindigkeit U unverändert.
Ab dem Ende der Freifahrt t₁ wird der Träger 23 und damit der Verlegearm 27 (dessen Ende 33 nicht mehr an der gelegten Wicklungslage aufliegt) weiter in axialer Richtung hin zum Seitenwandflansch 11a, 11b der Wickeltrommel 5 vorgerückt, um ein vollständiges Anliegen des wickeltrommelseitigen Endes 33 des Verlegearms 27 an dem Seitenwandflansch 11a, 11b stets während des gesamten Umlaufs der Wickeltrommel 5 sicherzustellen. Der axiale Vorrückweg ist in Figur 12 mit X₀ bis X_I verdeutlicht. Nach Abschluss des Vorrückens zum Zeitpunkt t₂ kann die Wickeltrommel 5 um etwa 0,4 Umdrehungen weitergedreht sein.
Zum Zeitpunkt t₁ (an der Wendeposition X₀ (X₂ bzw. X₆ gemäß Figur 11), wird die Geschwindigkeit für das weitere Vorrücken der Führung reduziert.
Ab dem Ende des Vorrückens (t₂, X_I) kann eine Positionskorrektur des Verlegearms 27 bzw. des Trägers 23 durchgeführt werden, um beispielsweise die Rückstellkräfte in der Schienen-Schlitten-Lagerung einzustellen oder die Position des Verlegearms 27 relativ zur Wickeltrommel 5 zu verändern. Die Korrekturphase kann etwa 0,6 Umdrehungen der Wickeltrommel 5 dauern.
Zum Ende der Korrektur t₃ wird die Führung, nämlich der Träger 23 samt dem Verlegearm 27, in zur Hin-Verlegebewegungsrichtung entgegengesetzten Her-Verlegebewegungsrichtung gestellt, um den Verlegearm 27 bezüglich des Seitenwandflansches 11a, 11b der Wickeltrommel 5 kontaktlos zu stellen. Dabei ist der Zurückrückweg etwa gleich dem Vorrückweg, kann allerdings auch größer oder kleiner realisiert werden, so dass sichergestellt ist, dass das wickeltrommelseitige Ende 33 des Verlegearms 27 nicht mehr in dem Kontaktbereich des Seitenwandflansches 11a, 11b der Wickeltrommel 5 gelangt. Die Zurückrückung kann etwa 0,2 Umdrehungen der Wickeltrommel 5 dauern. Zum Ende der Zurückrückung t₄ wird der Verlegearm 27 wieder zurück auf die bereits verlegte Wicklungslage 15 abgesenkt und kommt damit in Rollkontakt. Während des Absenkens des Verlegearms 27 bis zum Zeitpunkt t₅ bleibt der Träger 23 des Verlegearms 27 in der axialen Position, welche insbesondere einer Neutralposition entspricht, in der keine Rückstellkräfte wirken. Zum Zeitpunkt t₅ gelangt die neu gelegte Wicklungsschlaufe in den seitlichen Anlagekontakt mit dem Eingriffsrad 43 und nimmt den Verlegearm 27 in Her-Verlegebewegungsrichtung mit, was durch die sich nach unten neigende Graphenform repräsentiert sein soll. Um die Rückstellkräfte nicht zu groß werden zu lassen, wird, wie oben beschrieben ist, der Träger 23 relativ zum anliegenden Verlegearm 27 durch den Stellroboter 71 nachgeführt. Frühestens zum Zeitpunkt t₅ soll mit der Änderung der Winkelgeschwindigkeit auf U_max begonnen werden, um eine möglichst schnelle Wicklung längs des Trommelkerns 7 zu erreichen.
Im allgemeinen bezieht sich die axiale Verlagerung X auf die Stellbewegung des Trägers 23, wobei die Verlagerung des Trägers 23 durch den Stellroboter 71 und die flexible Verstellung des Verlegearms 27 aufgrund der Gleitlagerung an dem Träger 23 und des Wickelfortschritts in dem Fall etwa gleich ist,, wenn der Verlegearm 27 sich nicht an dem Seitenwandflansch 11a, 11b der Wickeltrommel 5 oder der Lateralseite der letzten Wicklungsschlaufe abstützt.
In den Figuren 13 bis 18 sind Details einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verlegearms 27 dargestellt, wobei für ähnliche oder identische Bestandteile des Verlegearms 27, der vorher anhand der vorherigen Figuren beschrieben wurde, die gleichen Bezugszeichen verwendet werden, um die Lesbarkeit der Figurenbeschreibung zu erleichtern.
Der Verlegearm 27 umfasst drei Hauptbestandteile, nämlich die Arm-Basis 28, an der das Wickelgut eingeführt wird, das wickeltrommelseitige Ende 33, an dem das Wickelgut abgegeben wird, sowie ein dazwischenliegendes langgestrecktes Tragwerk 30, das den Großteil des Verlegearms 27 bildet. Das wickeltrommelseitige Ende 33 ist lösbar und austauschbarüber Schnittstellen 110, 111 mit dem Tragwerk 30 verbunden. Auf diese Weise reicht es aus, bei Änderung der Dimension des Wickelguts lediglich das wickeltrommelseitige Ende 33 gegen ein dimensions-angepasstes auszutauschen, während alle anderen Bestandteile (28, 30) des Verlegearms 27 beibehalten werden können. Diese anderen Bestandteile sind unabhängig von der Dimension des Wickelguts ausgeführt. Lediglich das wickeltrommelseitige Ende 33 ist wickelgutspezifisch aufgrund des Kontaktgebers 37, der im Folgenden als alternative Ausführung erläutert wird, und der Wickelgutabgabe 34 ausgeführt.
Wie aus den Figuren 13 bis 18 ersichtlich ist, ist der Kontaktgeber 37 in einer alternativen Ausführung ohne Kontaktrad ausgebildet, aber mit an der Seitenflanschwand 11a, 11b schleifend ablaufenden Betätigungsvorsprüngen 101a, 101b realisiert. Die Betätigungsvorsprünge 101a, 101b sind Teil einer geschlossenen Bügel- oder Ringstruktur des Kontaktgebers 37, die bei Draufsicht eine Dreiecksform mit zwei gleich langen Langschenkeln aufweist, die in einem Winkel von jeweils etwa 15° zur Längserstreckungsrichtung des Verlegearms 27 liegen. Die Langschenkel erstrecken sich zu einem verbindenden stirnseitigen Kurzschenkel, der das freie Ende des Kontaktgebers 37 und des wickeltrommelseitigen Endes 33 bildet. Ecken der dreieckigen Ringstruktur sind abgerundet.
Die Betätigungsvorsprünge 101a, 101b sind samt der Ringstruktur um eine sich in Vertikalrichtung erstreckenden Schwenkachse 100 schwenkbar gelagert, so dass die jeweiligen Betätigungsvorsprünge 101a, 101b jeweilige mit der jeweiligen Seitenwandflansch 11a, 11b schwenkend derart einfahrbar sind, dass deren Eckbereich auf Höhe der Außenfläche des Anlagebereichs 38a, 38b liegt und kein Abstand seitlich über die Außenfläche vorsteht. In dieser Freigabestellung des jeweiligen Betätigungsvorsprungs berührt der Anlagebereich 38 des wickeltrommelseitigen Endes 33 des Verlegearms 27 die Innenseite der jeweiligen Seitenflanschwand 11a, 11b. Wird der Verlegearm 27 von der jeweiligen Seitenflanschwand 11a, 11b weg bewegt und der Anlagebereich 38 freigegeben, so gelangt die Ringstruktur des Kontaktgebers 37 selbständig in dessen mittleren, unbetätigten Stellung (s. Fig. 13-18) mittels eines nicht näher dargestellten Zwangsmittels, wie einer Feder, vorzugsweise einer Drehfeder. Die Federvorspannung kann an der Ringstruktur direkt angreifen oder an einem Getriebeteil, wie der Schwenkachse 100, etc.
Der Kontaktgeber 37 ist mit einem Winkelgetriebe 103 ausgestattet, um die Schwenkbewegung der vertikalen Schwenkachse 100, die starr mit der Ringstruktur gekoppelt ist, in eine Schwenkbewegung um eine sich in Längserstreckungsrichtung des Verlegearms 27 erstreckenden Übertragungswelle 105 zu übertragen. Die Übersetzung des Winkelgetriebes 103 zur Übertragung der Schwenkbewegung ist vorzugsweise 1:1.
An die Übertragungswelle 105 ist ein am Tragwerk 30 angeordneter Signalgeber (nicht dargestellt) gekoppelt, der nach Bewegungsbeginn oder nach Überschreitung einer vorbestimmten Schwenkamplitude der Ringstruktur ein elektrisches Steuersignal ausgibt, um der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung mitzuteilen, dass die Wendeoperation zu initiieren ist. Das Steuersignal kann unmittelbar bei Schwenkbeginn ausgelöst werden oder erst verzögert nach Erreichen einer vorbestimmten Schwenkamplitude.
Die Übertragungswelle 105 ist zweigeteilt, wobei der wegsensorseitige Wellenabschnitt 107 mit dem tragwerk(30)seitigen Wellenabschnitt 109 mittels einer lösbaren Klauenkupplung 110 gekoppelt ist, die ein Demontieren des vorderen und hinteren Wellenabschnitts 107, 109 voneinander zulässt. An den Wellenabschnitt 109 schließt der Signalgeber an. Neben der Klauenkupplung 110 bilden auch die Führungs- und Halteplatten 31b und 31a eine trennbare Schnittstelle 111, um einen der Wickeltrommel 5 zugewandten Gehäuseplattenabschnitt von einem basisseitigen Gehäuseplattenabschnitt zu trennen.
Die Montageschnittstellen (110, 111) erlauben, das wickeltrommelseitige Ende 33 samt dessen Funktionselemente, wie die Wickelgutabgabe 34, Abgaberäder 35, Kontaktgeberteile sowie die mechanische Kommunikation des Kontaktgebers 37 hin zu dem Signalgeber abzukoppeln, um die erfindungsgemäße Vorrichtung und insbesondere den Großteil des erfindungsgemäßen Verlegearms 27 je nach Einsatz für ein bestimmt dimensioniertes Wickelgut anpassen zu können. Es zeigte sich, dass diejenigen Bestandteile im Transportraum 32 diesseits der Montageschnittstellen (110, 111) für eine Vielzahl von unterschiedlich großen Wickelgütern auslegbar sind, aber das wickeltrommelseitige Ende 33 bezüglich der Dimensionierung wickelgutspezifisch anzupassen ist. Insbesondere die Wickelgutabgabe 34 und die von dem Anlagebereich 38 vorstehenden Betätigungsvorsprünge 101a, 101b sind an die Wickelgutstärke anpassbar.
Besonders vorteilhafterweise ist die rein mechanische Realisierung des Kontaktgebers 37 bis hin zum Signalgeber auf der Basis von lösbaren Kupplungen, wie der Klauenkupplung 110, so dass keine elektronische Signalübertragung zwischen dem wickeltrommelseitigen Ende 33 und der trägerseitig angeordneten Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung notwendig ist. Auf diese Weise lässt sich ein Austausch des wickeltrommelseitigen Endes 33 rein mechanisch erledigen, wodurch auch unerfahrenes Bedienpersonal einen Wechsel des wickeltrommelseitigen Endes 33 zum Einstellen des Verlegearms 27 an das zu wickelnde Wickelgut durchführen kann.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Bezugszeichenliste

1: Wickelungsvorrichtung
3: Kunststoffrohr
5: Wickeltrommel
7: Trommelkern
11a, 11b: rechter und linker Seitenflansch, Seitenwandflansch
13: Rotationsachse
13': Axialrichtung
15: Wickelungslage
17: Wickelungsschlaufe
18: Lateralseite von 3
21: Aufnahme
23: Träger
25: Laufrollenpaare
27: Verlegearm
28: Verlegearmbasis
29: Verlegeschwert oder -lanze
30: Tragwerk
31a, 31b: Führungs- und Halteplatten
32: Transportraum
33: wickeltrommelseitiges Ende
34: Wickelgutabgabe
35: Abgaberollen
36: Wegsensor
37: Kontaktgeber
38: Anlagebereich
41: Innenseite
43: Eingriffsrad
45: Federdämpfungseinheit
47: Vorsprung
51: Schiene
53: Schlitten
55: Basisplatte
57: Profilträger
61: Rückstelleinrichtung
63, 65: pneumatische Aktoren
67: Wirbelstrombremse
71: Stellroboter
72: Zahnriemen
100: Schwenkachse
101a, 101b: Betätigungsvorsprung
103: Winkelgetriebe
105: Übertragungswelle
107: Übertragungswelle
109: Wellenabschnitt
110: Klauenkupplung
111: Plattenschnittstelle
α: Anstellwinkel
α': Neigungswinkel
A: Anheberichtung
B: Referenzboden
C: Axialer Mittelbereich
D: Drehachse
H_R: horizontale Radialerstreckung
K: Lateralkontakt
M: Drehrichtung von 5
S: Kippachse
V: Verlegerichtung
W: Hin- und Herverlegeweg

Claims

Verfahren zum wendelgemäßen Wickeln eines strangförmigen Wickelguts, wie eines kontinuierlich extrudierten Rohres (3) aus Kunststoff auf eine drehangetriebene Wickeltrommel (5), wobei
a) das Wickelgut der rotierenden Wickeltrommel (5) über eine für eine axiale Hin- und Herverlegebewegung gelagerten Führung (27) übergeben wird, die relativ zur Wickeltrommel (5) im Wesentlichen entsprechend dem Wickelungsfortschritt gestellt wird; wobei im axialen Verlauf des wendelgemäßen Wickelns einer Wickelgutlage (15) die Winkelgeschwindigkeit der Wickeltrommel (5) in einer Abhängigkeit von der axialen Stellposition der Führung (27) relativ zur Wickeltrommel (5) eingestellt wird und

b) bei Erreichen einer Wendeposition X_o eine Wendeoperation durchgeführt wird, bei der:
i) die in einer Hin-Verlegebewegung zur Wendeposition X_o ankommende Führung im Wesentlichen in einer radialen Vertikalrichtung von der Wickeltrommel (5) weg entfernt wird; und

ii) bei oder nach dem Entfernen (i) die Führung um eine axiale Nachrückstrecke weiter in axialer Hin-Verlegebewegungsrichtung relativ zur Wickeltrommel (5) derart vorgerückt wird, dass in axialer Hin- und Her-Verlegebewegungsrichtung die Wendeposition X_o überfahren wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Wendeposition X_o erreicht wird, wenn ein sich hin zur Wickeltrommel (5) erstreckender Verlegearm (27) der Führung in einem Anlagekontakt zu einem Seitenwandflansch (11a, 11b) der Wickeltrommel (5) steht oder ein an einem wickeltrommelseitigen Ende (33) des Verlegearms (27) angeordneter Kontaktgeber (37) ein Kontaktsignal auslöst, der zumindest bei Erreichen der Wendeposition X_o ein Wendeoperationsauslösesignal abgibt und/oder für einen Anlagekontakt mit einem Seitenwandflansch (11a, 11b) der Wickeltrommel (5) einen Betätigungsvorsprung (101a, 101b) aufweist, der in einer unbetätigten Stellung in Hin- bzw. Her-Verlegebewegungsrichtung von der Führung vorsteht, und der beweglichan der Führung gelagert ist, so dass der Betätigungsvorsprung (101a, 101b) zum Zulassen eines Anlagekontakts der Führung an dem jeweiligen Seitenwandflansch (11a, 11b) der Wickeltrommel (5) verlagert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei während des radialen Entfernens (i) die Führung im Wesentlichen ohne axialen Vorschub an der Wendeposition X_o verbleibt und/oder das Vorrücken (ii) erst veranlasst wird, wenn das Entfernen (i) der Führung zumindest größtenteils abgeschlossen ist und/oder wenn nach Erreichen der Wendeposition eine vorbestimmte Wickelstrecke oder - zeit (t₁) abgelaufen ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei (iii) nach dem Vorrücken (ii) mittels einer Ist-Positionsmessung der Führung die axiale Stellung der Führung relativ zur Wendeposition in axialer Hin- oder Her-Verlegebewegungsrichtung überwacht und gegebenenfalls korrigiert wird, wobei die Stellungskorrektur (iii) erst nach Ablauf einer vorbestimmten Wickelstrecke oder -zeit (t₂) ausgelöst wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei (iv) nach dem axialen Vorrücken (ii) und ggf. der Stellungskorrektur (iii), nach Ablauf einer vorbestimmten Wickelstrecke oder -zeit (t₃), die Führung in axialer, der Hin-Verlegebewegungsrichtung entgegengesetzter Her-Verlegebewegungsrichtung relativ zur Wickeltrommel (5) von dem Seitenwandflansch (11a, 11b) zurückgerückt wird, um die Führung zurück an die Wendeposition zu stellen und/oder aus der Anlage mit dem Seitenwandflansch (11a, 11b) zu verbringen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei (v) sich nach dem Vorrücken (ii) und/oder Zurückrücken (iv) die Führung im Wesentlichen in einer radialen Vertikalrichtung auf die Wickeltrommel (5) zu bewegt wird, um ein freies Kontaktende der Führung mit der Wickeltrommel (5) oder einer bereits gewickelten Wendellage (15) in Kontakt zu bringen, wobei während des radialen Annäherns (v) die Führung im Wesentlichen ohne axialen Vorschub an der Wendeposition verbleibt und/oder eine die Wendeposition verlassende Her-Verlegebewegung erst veranlasst wird, wenn das Annähern (v) der Führung zumindest größtenteils abgeschlossen ist und/oder wenn das Kontaktende der Führung mit der bereits gewickelten Wendellage (15) in Kontakt steht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Führung bei der Hin- und Herverlegebewegung (a) hin zur Wendeposition gemäß einer vorgeschriebenen Wickelroutine relativ zur Wickeltrommel (5) gestellt wird, gemäß der ein wickeltrommelseitiges Ende (33) eines Verlegearms (27) der Führung mit der Wickeltrommel (5) oder einer bereits gelegten Wendellage (15) in einem Kontakteingriff steht und/oder die Führung längs eines Hin- und Herverlegewegs zwischen den dem jeweiligen Seitenwandflansch (11a, 11b) benachbarten Wendepositionen gemäß dem axialen Wicklungszuwachs auf der Wickeltrommel (5) vorgerückt wird, wobei der Verlegearm (27) der Führung, der gegenüber einem Handhabe- oder Stellgerät, wie einem Roboter, linear in Axialrichtung gelagert wird, entsprechend einem vorbestimmten oder geregelten Nachrückweg dem Vorrücken (ii) nacheilend nachgestellt wird, wobei beim Vorrücken (ii) und Nachrücken der Verlegearm (27) gegenüber einer Neutralposition ausgestellt bleibt, so dass der Verlegearm (27) axial seitlich gegen die zuletzt auf die Wickeltrommel (5) gelegte Wicklungsschlaufe gedrückt wird, wobei eine auf die Wicklungsschlaufe wirkende Rückstellkraft von dem Maß der Auslenkung des Verlegearms (27) aus der Neutralposition abhängt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die in einer Hin-Verlegebewegung zur Wendeposition X_o ankommende Führung im Wesentlichen in einer radialen Vertikalrichtung von der Wickeltrommel (5) weg entfernt wird, um ein freies Kontaktende der Führung von der Wickeltrommel (5) oder einer bereits gewickelten Wendellage (15) zu befreien, wobei für die Wendeoperation (b) beim Entfernen (i) des Verlegearms (27) und bei Kontaktaufgabe sich der Verlegearm (27) in einer Neutralposition befindet und/oder der Verlegearm (27) beim Vorrücken (ii) solange in der Neutralposition verbleibt, bis das Kontaktende des Verlegearms (27) an dem Seitenwandflansch zum Anliegen kommt, wobei entsprechend einem über die Wendeposition hinausgehenden Vorrücken (ii) eine Rückstellkraft in Axialrichtung an einer Schlitten-Schienen-Lagerung aufgebaut wird, und/oder wobei für die Wendeoperation beim Korrigieren (iii) und/oder beim Zurückrücken (iv) der Verlegearm (27) im Wesentlichen in die Neutralposition gebracht wird, damit im Wesentlichen keine Rückstellkraft wirkt, wobei beim Bewegen des Verlegearms (27) auf die Wickeltrommel (5) zu (v) der Verlegearm (27) in der Neutralposition ist, wobei, sobald das Kontaktende des Verlegearms (27) in den Eingriffskontakt mit der Wendellage (15) gelangt, dann der Verlegearm (27) gemäß dem Wicklungsfortschritt von der letzten Wicklungsschlaufe aus der Neutralposition ausgelenkt wird, um eine auf den Verlegearm wirkende Vorspannkraft zu erzeugen, welche den Verlegearm (27) seitlich gegen die zuletzt gewickelte Wicklungsschlaufe drückt, wobei ein dem Wicklungsfortschritt entsprechendes Nachrücken des Verlegearms (27) die wirkende Vorspannkraft im Wesentlichen konstant hält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Winkelgeschwindigkeit für die Erstellung einer Wendellage bei Erreichen einer voreingestellten Axialstellposition der Führung (27) relativ zur Wickeltrommel verändert wird und/oder bei einem festgestellten Kontaktverlust eines wickeltrommelseitigen Endes der Führung mit der Wickeltrommel (5) oder mit einer zuletzt gewickelten Wickelgutlage (15) verringert wird und bei Wiederkontaktaufnahme erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Winkelgeschwindigkeit im Verlauf der axialen Verlegebewegung der Führung (27) beim Annähern der Führung (27) an einen Seitenflansch (11a, 11b) der Wickeltrommel (5) verringert wird, zur Erstellung einer ersten Wicklung der neuzulegenden Wickelgutlage (15), während einer Seitenflansch-Operation der Führung (27) und beim sich Entfernen der Führung (27) von dem Seitenflansch (11a, 11b) der Wickeltrommel (5) reduziert bleibt, wobei für eine Verlegebewegung der Führung (27) zum gegenüberliegenden Seitenflansch (11a, 11b) die Winkelgeschwindigkeit in einem axialen Mittelbereich (C) der Wickeltrommel (5) wieder erhöht wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Wickeltrommel (5) mit wenigstens zwei Winkelgeschwindigkeiten, zwischen einer maximalen Winkelgeschwindigkeit und einer minimalen Winkelgeschwindigkeit, für die Erstellung einer Wickelgutlage (15) betrieben wird, wobei eine erste Winkelgeschwindigkeit,nämlich die Maximalwinkelgeschwindigkeit, beim wendelgemäßen Wickeln des Wickelguts längs eines axialen Stellmittelbereichs der Wickeltrommel (5) auf über 50 U/min eingestellt wird, wobei eine zweite Winkelgeschwindigkeit, nämlich die Minimalwinkelgeschwindigkeit bei Erreichen einer vorbestimmten axialen Stellposition der Führung (27) relativ zur Wickeltrommel (5) auf unter 70 U/min eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der axiale Stellmittelbereich von zwei vorbestimmten axialen Stellpositionen begrenzt wird, so dass beim wendelgemäßen Wickeln innerhalb des Stellmittelbereichs die erste Winkelgeschwindigkeit eingestellt wird und beim wendelgemäßen Wickeln einer Wickelgutlage (15) zwischen der jeweiligen vorbestimmten axialen Stellposition und einem axialen Trommelende die zweite Winkelgeschwindigkeit eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei dem der Stellmittelbereich mehr als 50 %der axialen Gesamtwickelbreite zwischen den Seitenflanschen (11a, 11b) der Wickeltrommel (5) einnimmt, wobei die vorbestimmte axiale Stellposition in einem Axialabstand hin zu einem Trommelende von weniger als 20 % der axialen Gesamtwickelbreite zwischen den Seitenflanschen (11a, 11b) festgelegt wird und/oder erst bei Verlassen des Stellmittelbereichs an der jeweiligen vorbestimmten axialen Stellposition die Winkelgeschwindigkeit erhöht bzw. reduziert wird, wobei beide vorbestimmte axiale Stellpositionen in einem gleichen Axialabstand zu dem jeweiligen axialen Trommelende festgelegt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 13, bei dem für ein Annähern der Führung (27) an das axiale Trommelende, bevor die letzte oder die vorletzte Wickelschlaufe der Wickelgutlage (15) gelegt ist, und/oder nachdem ein Wegsensor (36), wie ein Kontaktgeber (37), zum Erfassen wenigstens einer vorbestimmten Stellposition der Führung ein Auslösesignal abgegeben hat, die Winkelgeschwindigkeit der Wickeltrommel reduziert wird und/oder beim axialen Entfernen der Führung (27) von dem Seitenflansch (11a, 11b), nachdem wenigstens eine oder zwei Wickelschlaufen vollständig verlegt sind, die Winkelgeschwindigkeit erhöht wird.
Vorrichtung zum wendelgemäßen Wickeln eines strangförmigen Wickelguts, wie eines kontinuierlich extrudierten Rohres aus Kunststoff, auf eine drehangetriebene Wickeltrommel (5), umfassend: eine Führung, wie einen Verlegearm (27), über die das Wickelgut der Wickeltrommel (5) bei einer Hin- und Herverlegebewegung der Führung aufwickelnd übergeben wird, eine Stelleinrichtung zum Betätigen der Führung relativ zur Wickeltrommel (5), und eine mit der Stelleinrichtung gekoppelte Steuer- und/oder Regeleinrichtung, welche die Führung gemäß den in einem der vorstehenden Ansprüchen 1 bis 14 angegebenen Verfahrensschritten stellt, einen Wickeltrommeldrehantrieb und eine mit dem Wickeltrommeldrehantrieb verbundene Winkelgeschwindigkeitssteuerung und/oder -regelung, die im axialen Verlauf des wendelgemäßen Wickelns einer Wickelgutlage (15) die Winkelgeschwindigkeit der Wickeltrommel (5) in einer Abhängigkeit von der (axialen) Stellposition der Führung (27) relativ zur Wickeltrommel (5) einstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der die Winkelgeschwindigkeitssteuerung und/oder -regelung einen Wegsensor (36), wie einen Kontaktgeber (37), zum Erfassen wenigstens einer vorbestimmten Position der Führung (27) aufweist, wobei der Wegsensor (36) an der Führung (27) angeordnet ist, wobei der Wegsensor (36) bei Erfassen wenigstens einer vorbestimmten Stellposition der Führung (27) ein Auslösesignal abgibt, so dass daraufhin die Winkelgeschwindigkeit der Wickeltrommel (5) geändert wird, wobei die wenigstens eine vordefinierte Stellposition bei Kontaktaufnahme eines Kontaktgebers (37) mit einer Innenseite eines Seitenflansches (11a, 11b) der Wickeltrommel (5) definiert ist und/oder wobei der Kontaktgeber (37) einen Kontaktschalter in Form eines Bügels oder ein frei drehbar gelagertes Rad aufweist, wobei eine Lagerdrehachse des Kontaktschalters von dem Seitenflansch weg verschwenkbar ist, so dass er im Kontakt mit dem rotierenden Seitenflansch daran abrollen oder ablaufen kann, wobei der Kontaktschalter bei einer Weiterverlagerung der Führung (27) in Axialrichtung aus einer Passivstellung in eine Aktivstellung verschwenkt wird, in der ein Auslösesignal an die Winkelgeschwindigkeitssteuerung und/oder -regelung oder direkt an den Wickeltrommeldrehantrieb abgegeben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, die zum Ausführen des nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 14 definierten Verfahrens ausgelegt ist.