EP3333106A1 - Verfahren zum wickeln eines wickelgutes, steuereinrichtung, computerprogrammprodukt und wickelmaschine - Google Patents

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EP3333106A1
EP3333106A1 EP16203431.8A EP16203431A EP3333106A1 EP 3333106 A1 EP3333106 A1 EP 3333106A1 EP 16203431 A EP16203431 A EP 16203431A EP 3333106 A1 EP3333106 A1 EP 3333106A1
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EP
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winding
tension
winding material
control device
winding tension
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Sebastian Kerling
Björn Seelinger
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Siemens AG
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    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/06—Coil winding
    • H01F41/094—Tensioning or braking devices

Definitions

  • the method relates to a method for winding a winding material. Furthermore, the invention relates to a control device, a computer program product and a winding machine.
  • winding tension When winding a winding material, in particular in a wire or a film, on a winding body, a winding tension is applied to the winding material regularly.
  • the winding tension here corresponds to the force (per cross-sectional area), with which the winding material is wound onto the winding body.
  • the winding tension can be adjusted.
  • the winding tension is the tensile stress of the winding material.
  • EP 2 485 227 A1 describes a wire winding machine and a control for such a wire winding machine.
  • the winding tension in particular a non-constant winding tension, is difficult to adjust.
  • the winding tension is set to a constant value.
  • the object is achieved by a method according to claim 1.
  • the object is further achieved by a computer program product according to claim 11.
  • the object is further achieved by a control device according to claim 12 and a winding machine with such a control device.
  • the invention is based on the finding that a free length of the winding material between the support points of the winding material on the winding material and a deflection roller, from which the winding material is wound, is constantly changing.
  • the change is particularly significant in a bobbin having a non-circular cross-section.
  • the invention is based on the finding that a winding material with an intended winding tension, which is not necessarily constant in time, should be wound onto the winding body.
  • the winding tension must be kept as constant as possible throughout the winding process.
  • a means for storing the winding material For example, a wire wool or a roll on which the film is rolled up.
  • the winding material can also be stacked.
  • the supply roller can be assigned a second rotational speed, so that the supply roller, the winding material with a, provides the second rotational speed proportional speed.
  • the invention is particularly well suited for wrapping a bobbin having a non-circular cross-section and / or a non-constant diameter / radius.
  • a winding body is elliptical or rectangular in shape.
  • Battery cells or film capacitors are produced particularly advantageously with the method presented here.
  • the winding tension is understood to mean the tension of the winding material.
  • One way to define the winding tension is the force acting on the winding perpendicular to its cross-sectional area divided by the cross-sectional area. Often the cross-sectional area is constant. Then the winding tension corresponds to the force with which the winding material is "pulled away from the rotating winding body during winding".
  • the intended winding tension is understood to be the winding tension with which the winding material is to be wound onto the winding body.
  • the intended winding tension can be represented as a function of the orientation of the winding body. By way of example, this is necessary when winding a wire around an angular winding body in order to achieve a good result.
  • the winding tension is proportional to the curvature of the winding body at the support point of the winding body. Such proportionality is particularly advantageous when winding metal wire.
  • the setting unit is designed to adjust the winding tension.
  • the winding material is influenced by means of the adjustment before winding onto the bobbin.
  • the rotational speed of the winding body and / or the supply roller can be changed.
  • the rotational speed is adjusted by the drives, which serve by means of a control device for carrying out the winding operation.
  • the computer program product can run on a computing unit and is designed to support the process for winding a winding material.
  • the calculation and the provision of the settings preferably takes place online to the control device.
  • a second contact point of the winding material is located on the last deflection roller for the winding material in front of the winding body.
  • the deflection roller is preferably that deflection roller meant, from which the winding material is guided to the winding body.
  • a winding tension is also called web tension or winding material tension.
  • the invention is based in particular on the finding that during the winding process on a winding body having a non-circular cross section, the distance between the contact point of the winding material on the winding body and the contact point of the winding material changes on a deflection roller during rotation of the winding body.
  • a first solution is to balance the free length with a dancer roll, with the dancer roll assuming a position to balance the winding tension. Such passive compensation is often slow.
  • a dancer roll can also be actively positioned using an actuator.
  • the active compensation of the free length and optionally the different contact point of the winding material on the pulley a quick and easy compensation of the winding tension is possible.
  • the compensation of the winding tension is active.
  • a Wickelgut aside is set such that the capacity thereof is adjusted to compensate for the winding tension.
  • the adjustment of the winding tension is advantageously carried out to a constant value.
  • the winding tension can also be adjusted to a non-constant course.
  • the winding tension can be set to a higher value during the wrapping of the respective corner.
  • the winding tension can be based on the curvature of the wound body at the first contact point.
  • the winding tension and thus the setting of the setting unit are preferably calculated during the winding process.
  • Such a calculation during the winding process is also referred to as online calculation.
  • the arithmetic unit preferably a Control device is assigned.
  • the control device is used to control or regulate the motors and / or the respective actuators.
  • a winding material brake with adjustable braking power is advantageous.
  • the winding material is passed over a deflection roller, wherein the deflection roller is coupled to a servo motor and with an adjustment of the rotational speed, the winding tension is adjustable.
  • a winding brake can advantageously be supplemented by further possibilities of adjusting the winding tension.
  • a Wickelgut app has a plurality of pulleys, wherein the winding material is held by the plurality of pulleys on a, variable in length web.
  • the winding material is held by the plurality of pulleys on a, variable in length web.
  • the length of the web of the winding material corresponds to the capacity of the winding material storage.
  • the change in the position of the respective deflection roller is effected by an actuator.
  • a winding material storage can be combined with a dancer roller to compensate for slight fluctuations in the winding tension.
  • a variable winding material storage preferably has a plurality of deflection rollers, wherein the distance of the respective deflection rollers can be changed by means of a respective actuator.
  • a dancer roll can be used both to balance the winding tension and, in conjunction with a donor, to determine the winding tension.
  • a dancer roll is a diverting pulley whose position can be actively adjusted in one direction passively or by means of an actuator.
  • an encoder determines the position of the dancer roll.
  • the encoder can be used in conjunction with a spring design as a force transmitter. With the help of the encoder or the force transmitter, the winding tension can be determined directly.
  • the position of the dancer roll is changed so that the length between the dancer roll and the corresponding deflection rolls is changed.
  • the position of the dancer roll is determined with a donor. If the winding tension increases, the position of the dancer roll changes to the corresponding deflection rollers and vice versa. The position is detected with the encoder.
  • the encoder can be designed as a position sensor.
  • the encoder is designed as a force transmitter.
  • the force transmitter determines the force acting on the dancer roll and thereby determines the winding tension. Due to the design of the encoder as a combination of position sensor and force transmitter, a dancer role can be used both for setting and for determining the winding tension.
  • a force transmitter is understood to be a sensor for determining the force acting on the winding material.
  • the force transmitter can be designed to determine the position of a deflection roller held in a position by a spring. The force transmitter is thus able to directly determine the winding tension of the winding material.
  • a control device is used here for controlling the winding tension to a constant value or to an intended winding tension.
  • the input of the control device is preferably an encoder which determines the instantaneous winding tension.
  • the control device preferably has the intended winding tension.
  • the intended winding tension can be a constant value.
  • the winding tension can also be a function of the orientation of the winding body.
  • the winding tension is preferably calculated during the winding process. The calculation of the settings of the actuators and / or the rotational speeds, in particular as a function of the intended winding tension, preferably takes place online.
  • the control device is preferably designed as a proportional control (P control), as a proportional integral control (PI control) or as a proportional-integral-derivative control (PID control).
  • P control proportional control
  • PI control proportional integral control
  • PID control proportional-integral-derivative control
  • the intended winding tension is constant.
  • the intended winding tension is preferably kept constant in a battery cell production and the winding of capacitors.
  • Constant here is to be understood that the winding tension, in particular at the first contact point - that is the contact point of the winding material on the (in particular already wound) bobbin - remains the same during the winding process.
  • the winding tension of the winding material is adjusted by means of a variable winding material storage.
  • the variable reel storage is set so that the changing length between the first and the second support point is balanced.
  • the length of the winding material between the first support point and the third edition constant. Due to the constant length of the winding material between the first and the third contact point, the winding tension is constant.
  • the first contact point denotes the contact point of the winding material on the winding body.
  • the second support point denotes the support point of the winding material on the deflection roller, from which the winding material is wound on the winding body.
  • the third point of support may be the contact point of the winding material on the supply roll or the support point of the winding material on a deflection roller between the supply roll and the winding material storage.
  • the winding tension is kept constant by keeping the distance between the first and third support points constant.
  • free length the distance between the first and the second support point.
  • the distance between the first and the second support point is not constant, since it varies with the orientation of the bobbin.
  • the winding tension can be kept constant by adjusting the rotational speed of the winding body and / or the rotational speed of the supply roller.
  • a reduction in the rotational speed of the supply roller leads to an increase in the winding tension.
  • a reduction of the rotational speed of the winding body usually leads to a reduction of the winding tension.
  • the adjustment unit has a variable winding material storage.
  • the adjustment is designed as a variable winding material storage.
  • the Wickelgut eater also include a dancer role.
  • variable winding material storage is used to set the winding tension.
  • the setting of the winding tension of the winding material is effected by a change in the capacity of the variable winding storage.
  • variable Wickelgut app is a plurality of pulleys, wherein the winding material meanders around the plurality of pulleys. To adjust the capacity of the winding stock so constructed, the position of one or more pulleys can be changed.
  • the change can be executed by an actuator, wherein the actuator changes the distance from a deflection roller or a plurality of deflection rollers with respect to each other.
  • the free length is calculated using three components:
  • the web length of the winding material between the first and the second support point is referred to as a free length. Also relevant is the contact point of the winding material on the pulley. In addition, the already wound on the winding body winding can be observed. By considering the three aspects, the free length to be compensated is calculable.
  • the adjustment unit has an adjustable winding material brake.
  • a winding material brake is preferably designed as a deflection roller, which is coupled to a servo motor, wherein the servomotor dictates the rotational speed of the deflection roller. With a reduction in the rotational speed of the deflection roller, the winding tension is increased.
  • the setting unit is designed as an adjustable winding material brake.
  • the adjustment unit additionally comprises a dancer roll.
  • the winding material brake can also optionally serve to adjust the winding tension.
  • the winding material brake can be used by way of example in combination of a winding material store and / or the dancer roll.
  • the winding tension is adjusted with a control device to the intended winding tension.
  • the control device has a control loop.
  • the control loop is preferably designed as a P controller, PI control circuit or as a PID control loop.
  • a control device with a control loop can be used to control the winding tension to a constant or to the predetermined winding tension.
  • the control device preferably controls the position of an actuator.
  • the actuator is used to adjust the position of the dancer roller or to adjust the capacity of the reel storage.
  • an encoder in particular an encoder on a dancer roller, determines the winding tension.
  • the encoder is preferably designed as a force transmitter and / or as a position sensor.
  • a force transmitter is also referred to as dancer in a dancer role.
  • Such a sensor provides the determined position and / or the determined force for the control device, in particular for the control circuit and / or for the control device.
  • the encoder can also determine the force directly by interaction of the encoder with the winding material.
  • the adjustment of the length of the winding material between a support point of the winding material on the supply roll and the contact point of the winding material on the winding body to a constant length.
  • the setting unit compensates the deviation of the winding tension by the change in the free length and the displacement of the respective second contact point of the winding material on the deflection roller.
  • the change in the free length can be measured and preferably calculated.
  • the change in the free length is provided to the controller.
  • the free length is calculated by a continuous calculation with the aid of geometric relationships during the winding process.
  • a calculation of the free length during the winding process is referred to as online calculation.
  • the calculation of the free length is particularly advantageous because measurement errors can occur in an experimental determination.
  • the adjustment unit in particular in conjunction with the winding material storage, compensates for a change in a free length.
  • the setting unit is preferably used for adjusting the capacity of the winding material storage.
  • the winding material store has at least one deflection roller, wherein the adjustment unit changes the position of the at least one deflection roller in relation to a further deflection roller.
  • the capacity of the winding material storage is changed.
  • the winding material passes through the winding material storage, wherein the winding material is changed by at least one deflection roller in its propagation direction.
  • At least one parameter for the setting unit, in particular the position of the respective actuator, is calculated during winding.
  • a parameter can also be the free length.
  • a parameter that depends on the free length and optionally on the intended winding tension is the setting for the respective actuator or another parameter for the setting unit.
  • the parameter can also be compared in the calculation with at least one measured parameter.
  • the winding machine comprises a receiving device for the winding body, in particular for a winding body with a non-circular cross-section.
  • the winding machine is assigned a supply role for the winding material.
  • the winding machine can have a further receiving device for the supply roll.
  • the winding machine advantageously comprises a setting unit.
  • the setting unit can be configured as a winding material store, as a winding brake or as a dancer roll.
  • the setting unit can be provided for setting the respective rotational speed of the supply roller and / or the winding body.
  • a winding machine may have another dancer roll.
  • the dancer roll can be provided to compensate for the winding tension and / or in conjunction with a donor to determine the winding tension.
  • the winding material advantageously extends from the supply roll via the optional dancer roll and / or through the setting unit.
  • the winding material is provided after passing through the dancer roll and / or after passing through the setting unit via a deflection roller the winding body.
  • the deflection roller in front of the winding body may be part of the adjustment unit.
  • the deflection roller is advantageously arranged at a fixed position.
  • the winding material passes over the deflection roller, wherein the winding material leaves the deflection roller at a second contact point.
  • the contact point changes with the orientation of the winding body, in particular in the case of a winding body with a non-circular cross-sectional area.
  • the winding machine optionally has a winding material brake.
  • the winding material brake is provided for direct adjustment of the winding tension to the intended winding tension.
  • the supply roller and / or the winding body are advantageously coupled to a respective drive.
  • the respective drive serves to rotate the winding body or the supply roller.
  • the supply roll has a second rotational speed.
  • the winding body has a first rotational speed.
  • the rotational speeds are controlled or regulated by the control device.
  • the winding tension is adjusted by controlling the respective rotational speed.
  • an oval or rectangular cross-section of a winding body leads to a periodic change in the winding tension at a uniform speed of the winding material.
  • the winding tension is dependent on the free length. As the free length increases, the winding tension increases.
  • control device To adjust the winding tension with above measures is a control device.
  • the control device is assigned a computing unit.
  • the arithmetic unit is used for the calculation the respective rotational speed, for setting the respective adjustment and / or the respective actuator.
  • FIG. 1 shows a winding machine.
  • the winding machine has an adjustment unit EE.
  • the setting unit EE can be designed as a winding material brake, as a winding material store 5 and / or as a dancer roll 3.
  • a control device SE is shown, wherein the control device SE comprises a computing unit RE and / or a control device 9.
  • the control device SE is used to control or regulate the drive M for the winding body 1.
  • the arithmetic unit RE provides the intended winding tension F-soll ready.
  • the arithmetic unit RE preferably provides the settings for a respective actuator 3a, 5a and / or the first and second rotational speeds W1, W2.
  • the control device SE controls or regulates the motors M of the supply roller 4 and / or the bobbin 1.
  • the control device controls or regulates a respective actuator 3a, 5a.
  • the winding body rotates during the winding process with a first rotational speed W1.
  • the first rotational speed W1 corresponds to the first time derivative of the orientation a of the wound body 1.
  • the wound body 1 is wound with the winding material D.
  • the winding material D passes through the winding machine at a speed v.
  • the winding material D has a winding tension F during the winding process.
  • the winding tension F is set with the aid of the drive M of the winding body 1, with the aid of the drive or the motor M for the supply roller 4 to an intended winding tension F_soll.
  • the supply roller has a second rotational speed W2.
  • the winding material D is guided over a deflection roller 2.
  • the winding material D is wound by the deflection roller 2 on the winding body 1.
  • the winding material D leaves the deflection roller 2 at a second support point P2.
  • the winding material D touches the winding body 1 at the first support point P1.
  • the free length x corresponds to the length of the winding material D between the deflection roller 2 and the winding body 1.
  • the free length x changes periodically during the winding process.
  • the second support point P2 on the guide roller 2 also changes periodically.
  • FIG. 2 shows another winding machine.
  • the winding machine has a dancer roll 3.
  • the dancer roll 3 serves to compensate for the winding tension F of the winding material D.
  • the winding material D starts from the supply roll 4 and passes through the dancer roll 3.
  • About a deflection roller 2 the winding material D is wound on the winding body 1.
  • the dancer roll 3 are associated with an encoder and / or an actuator 3a.
  • the encoder determines the position d of the dancer roll 3.
  • the encoder can also be designed as a force transmitter and thus determine the winding tension directly.
  • the change of the free length x is preferably compensated by means of the dancer roll 3, wherein the dancer roll 3, for example with the aid of an actuator 3a, compensates for the change in the free length x.
  • the winding tension F is set to a constant value.
  • the third support point P3 is the point at which the winding material D leaves the supply roller 4.
  • the third edition P3 is preferably located on the supply roll 4.
  • FIG. 3 shows another winding machine.
  • the winding machine comprises a winding body 1, a deflection roller 2, a dancer roller 3 and a supply roller 4.
  • the speed of the winding material D is constant, in particular starting from the supply roller 4.
  • the winding material D runs in the embodiment shown here at a constant speed v of the supply roller 4.
  • the winding material D passes through the free length x at a non-constant speed v (v ⁇ const).
  • the second rotational speed W2 of the supply roller 4 is constant.
  • the second rotational speed W2 does not depend on the respective orientation a (from 0 ° to 360 °). That is, the speed v of the winding material D coming from the supply roller 4 is constant.
  • the position d of the dancer roller 3 can be actively adjusted by means of the actuator 3a.
  • the first rotational speed W1 is not constant, but has a periodic course. This is indicated in the respective diagram.
  • the approximately periodic course of the first rotational speed W1, that is the rotational speed of the wound body 1 is calculated on the basis of the shape of the non-circular cross section of the wound body 1.
  • the periodic variation of the first rotational speed W1 at a constant second rotational speed W2 of the supply roller leads to the compensation of the winding tension F of the winding material D during the winding process.
  • the supply roller 4 can be driven at a periodic rotation speed W2. Then can the first rotational speed W1 can be set to a constant value.
  • the dancer roll 3 is optionally associated with an actuator 3a (not shown). By the actuator 3a and the dancer roll minimal fluctuations of the winding tension F can be compensated.
  • a control device SE (not shown) is preferably used.
  • FIG. 4 shows another winding machine.
  • the winding machine has a winding body 1 which is wound with two winding goods D.
  • the first rotational speed W1 of the wound body 1 is constant.
  • the winding machine has in each case a deflection roller 2. On the respective guide roller 2, the respective winding material D is directed onto the winding body 1.
  • a dancer roll 3 is present for the respective winding material D.
  • the respective dancer roll 3 is assigned an encoder for determining the respective position d of the respective dancer roll 3.
  • the position d of the respective dancer roll is almost constant.
  • the dancer roll 3 is equipped with an actuator 3a.
  • the variation of the winding tension F as a function of the orientation a of the wound body 1 (or the supply roll 4) can be set as the intended winding tension F-soll.
  • the speed v of the respective winding material D is, starting from the supply roller 4, not constant.
  • the speed v of the respective winding material D is based on the orientation a of the winding body. 1
  • FIG. 5 shows another winding machine.
  • the winding machine has a winding material storage 5 and a dancer roll 3.
  • the dancer roll 3 and / or the winding material storage 5 form the setting unit EE.
  • the setting unit EE is used to adjust the winding tension F of the winding material D.
  • the and / or link is indicated by the dashed border of the respective elements 3, 5.
  • the winding machine comprises a control device SE.
  • the control device SE has a control device 9.
  • the control device 9 is used to control the capacity of the winding material storage 5.
  • the capacity of the winding material storage 5 is set with an actuator 5a.
  • the actuator 5a changes the position d of a deflection roller of the winding material storage 5.
  • force transmitters can determine the winding tension F of the winding material D.
  • An analogous structure of the setting unit EE can be done by the dancer roll 3.
  • the dancer roll 3 may be coupled to a donor.
  • the encoder determines the winding tension F by determining the position d of the dancer roll 3.
  • the winding machine moreover comprises a control device SE.
  • the control device SE comprises a computing unit RE and a control device 9.
  • the control device 9 is used to control the position of the respective actuator 5a and / or the rotational speed W1, W2.
  • the control device SE further has inputs for the position d of the respective dancer roller 3 and / or the capacity of the winding material store 5.
  • the control device SE is used to set the winding tension to an intended winding tension F, in particular to a constant intended winding tension F-soll.
  • the first and second rotational speed W1, W2 are predetermined by the control device SE.
  • the rotational speeds W1, W2 are constant and the compensation of the winding tension F is carried out by the respective actuator 5a.
  • the actuator 5a is in this case set such that the free length x is compensated by the change in the capacity of the winding material storage 5.
  • the invention relates to a method for winding a winding material D, a control device SE and a winding machine.
  • an adjustment unit EE and / or by a change in the respective rotational speed W1, W2 of a winding body 1 and / or a supply roll 4 the winding tension can be adjusted to an intended winding tension F_soll, in particular a constant winding tension F.
  • a characteristic aspect is the compensation of the free length x of the winding material, wherein the free length x is the distance of the first contact point P1 of the winding material on the winding body 1 and the second contact point P2 of the winding material on a guide roller 2.
  • the change in the free length is compensated by the adjustment unit and / or by a variation of the respective rotational speed W1, W2.
  • the winding tension F can be adjusted simply, quickly and accurately during the winding of a winding material D onto a winding body.

Landscapes

  • Controlling Rewinding, Feeding, Winding, Or Abnormalities Of Webs (AREA)
  • Tension Adjustment In Filamentary Materials (AREA)
  • Winding, Rewinding, Material Storage Devices (AREA)

Abstract

Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Wickeln eines Wickelgutes (D), eine Steuereinrichtung (SE), ein Computerprogrammprodukt und eine Wickelmaschine. Durch eine Einstelleinheit (EE) und/oder durch eine Veränderung der jeweiligen Drehgeschwindigkeit (W1, W2) eines Wickelkörpers (1) und/oder einer Versorgungsrolle (4) kann die Wickelspannung auf eine vorgesehene Wickelspannung (F-soll), insbesondere eine konstante Wickelspannung (F), eingestellt werden. Ein kennzeichnender Aspekt ist der Ausgleich der freien Länge (x) des Wickelgutes (D), wobei die freie Länge (x) der Abstand des ersten Auflagepunktes (P1) des Wickelgutes (D) auf dem Wickelkörper (1) und dem zweiten Auflagepunkt (P2) des Wickelgutes (D) auf einer Umlenkrolle (2) ist. Die Änderung der freien Länge (x) wird hierbei durch die Einstelleinheit (EE) und/oder durch eine Variation der jeweiligen Drehgeschwindigkeit (W1, W2) ausgeglichen. Durch die Erfindung kann die Wickelspannung (F) beim Wickeln eines Wickelgutes (D) auf einen Wickelkörper (1) einfach, schnell und genau eingestellt werden.

Description

  • Das Verfahren betrifft ein Verfahren zum Wickeln eines Wickelgutes. Weiter betrifft die Erfindung eine Steuereinrichtung, ein Computerprogrammprodukt und eine Wickelmaschine.
  • Beim Wickeln eines Wickelgutes, insbesondere bei einem Draht oder einer Folie, auf einen Wickelkörper wird auf das Wickelgut regelmäßig eine Wickelspannung beaufschlagt. Die Wickelspannung entspricht hierbei der Kraft (pro Querschnittfläche), mit der das Wickelgut auf den Wickelkörper gewickelt wird. In modernen Vorrichtungen zum Wickeln eines Wickelgutes kann die Wickelspannung eingestellt werden. Mit anderen Worten ist die Wickelspannung die Zugspannung des Wickelgutes.
  • EP 2 485 227 A1 beschreibt eine Drahtwickelmaschine und eine Regelung für eine solche Drahtwickelmaschine.
  • Gemäß dem derzeitigen Stand der Technik ist die Wickelspannung, insbesondere eine nicht konstante Wickelspannung, schwierig einstellbar.
  • Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Wickeln eines Wickelgutes bereitzustellen.
  • Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, die Wickelspannung beim Wickelvorgang zu kontrollieren. Bevorzugt ist die Wickelspannung auf einen konstanten Wert einzustellen.
  • Die Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Aufgabe wird weiter durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 11 gelöst. Die Aufgabe wird weiter durch eine Steuereinrichtung gemäß Anspruch 12 und einer Wickelmaschine mit einer solchen Steuereinrichtung gelöst.
  • Bei dem Verfahren zum Wickeln eines Wickelgutes, insbesondere zum Wickeln eines Drahtes oder einer Folie auf einen Wickelkörper mit nicht-kreisförmigem Querschnitt, wird das Wickelgut von einer Versorgungsrolle auf den Wickelkörper gewickelt. Das Verfahren weist zumindest folgende Schritte auf:
    • Bereitstellung des Wickelgutes von der Versorgungsrolle,
    • Aufwickeln des Wickelgutes auf den Wickelkörper,
      • wobei die Wickelspannung des Wickelgutes auf eine vorgegebene Wickelspannung einstellbar ist,
      • wobei zur Einstellung der Wickelspannung eine Drehgeschwindigkeit des Wickelkörpers und/oder der Versorgungsrolle gesteuert oder geregelt wird, und/oder
      • wobei die Wickelspannung durch eine Einstelleinheit auf die vorgegebene Wickelspannung eingestellt wird.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass eine freie Länge des Wickelgutes zwischen den Auflagepunkten des Wickelgutes auf dem Wickelgut und einer Umlenkrolle, von der aus das Wickelgut bewickelt wird, sich fortwährend ändert. Die Änderung ist insbesondere bei einem Wickelkörper mit einem nicht-kreisförmigen Querschnitt erheblich.
  • Darüber hinaus liegt der Erfindung die Erkenntnis zu Grunde, dass ein Wickelgut mit einer vorgesehenen Wickelspannung, die nicht notwendig zeitlich konstant ist, auf den Wickelkörper aufgewickelt werden soll. Bei vielen Anwendungen jedoch, wie dem Wickeln einer Batteriezelle, ist die Wickelspannung während des gesamten Wickelvorgangs möglichst konstant zu halten.
  • Unter einer Versorgungsrolle wird hier eine Einrichtung zur Aufbewahrung des Wickelgutes verstanden. Beispielhaft eine Drahtwolle oder eine Rolle, auf der die Folie aufgerollt ist. Das Wickelgut kann jedoch auch gestapelt vorliegen. Der Versorgungsrolle kann eine zweite Drehgeschwindigkeit zugeordnet werden, so dass die Versorgungsrolle das Wickelgut mit einer, der zweiten Drehgeschwindigkeit proportionalen Geschwindigkeit bereitstellt.
  • Die Erfindung ist besonders gut zum Umwickeln eines Wickelkörpers geeignet, der einen nicht-kreisförmigen Querschnitt und/oder einen nicht konstanten Durchmesser/Radius aufweist. Beispielhaft ist ein solcher Wickelkörper ellipsenförmig oder rechteckig geformt.
  • Besonders vorteilhaft werden mit dem hier vorgestellten Verfahren Batteriezellen oder Folienkondensatoren erzeugt.
  • Unter der Wickelspannung wird die Spannung des Wickelgutes verstanden. Eine Möglichkeit zur Definition der Wickelspannung ist die Kraft, welche auf das Wickelgut senkrecht zu seiner Querschnittfläche wirkt, dividiert durch die Querschnittfläche. Oft ist die Querschnittfläche konstant. Dann entspricht die Wickelspannung der Kraft, mit der das Wickelgut "beim Wickeln von dem sich drehenden Wickelkörper weg gezogen" wird.
  • Unter der vorgesehenen Wickelspannung wird die Wickelspannung verstanden, mit der das Wickelgut auf den Wickelkörper aufgewickelt werden soll. Die vorgesehene Wickelspannung kann als Funktion der Ausrichtung des Wickelkörpers dargestellt sein. Beispielhaft ist dies bei einer Wicklung eines Drahtes um einen eckigen Wickelkörper notwendig, um ein gutes Ergebnis zu erzielen.
  • Bevorzugt ist die Wickelspannung proportional der Krümmung des Wickelkörpers an dem Auflagepunkt des Wickelkörpers. Eine solche Proportionalität ist besonders vorteilhaft beim Wickeln von Metalldraht.
  • Es ist jedoch zu beachten, dass die Krümmung des Wickelkörpers aufgrund der schon aufgewickelten Materiallagen abnimmt.
  • Die Einstelleinheit ist zur Einstellung der Wickelspannung ausgebildet. Das Wickelgut wird mit Hilfe der Einstelleinheit vor dem Aufwickeln auf den Wickelkörper beeinflusst.
  • Alternativ oder ergänzend zur Einstellung der Wickelspannung mit Hilfe der Einstelleinheit kann die Drehgeschwindigkeit des Wickelkörpers und/oder der Versorgungsrolle verändert werden.
  • Die Drehgeschwindigkeit wird durch die Antriebe eingestellt, welche mit Hilfe einer Steuereinrichtung für die Durchführung des Wickelvorgangs dienen.
  • Das Computerprogrammprodukt ist auf einer Recheneinheit lauffähig und ist ausgebildet, um das Verfahren zum Wickeln eines Wickelgutes zu unterstützen.
  • Das Computerprogramm ist auf der Recheneinheit installiert und gespeichert. Zum Ablauf wird das Computerprogrammprodukt in den Arbeitsspeicher der Recheneinheit geladen und mit einem Prozessor ausgeführt. Beim Ablauf des Computerprogrammproduktes wird
    • die freie Länge berechnet,
    • Einstellungen für das jeweilige Stellglied berechnet und bereitgestellt,
    • und/oder die Größen für den Wickelvorgang berechnet.
  • Die Berechnung und die Bereitstellung der Einstellungen erfolgt vorzugsweise online an die Steuereinrichtung.
  • Das hier vorgestellte Verfahren weist eine Vielzahl von Vorteilen auf. Insbesondere
    • eine einfache und genaue Einstellung der Wickelspannung,
    • bei online-Berechnung von Parametern für die Einstelleinheit oder der Drehgeschwindigkeiten eine geringe Einrichtzeit,
    • Beachtung von einem Biegemoment oder Zugmoment beim Wickelprozess einfach möglich sowie
    • eine erheblich genauere Einstellung der Wickelspannung im Vergleich zum derzeitigen Stand der Technik.
  • Prinzipiell ist ein zweiter Auflagepunkt des Wickelgutes auf der letzten Umlenkrolle für das Wickelgut vor dem Wickelkörper lokalisiert.
  • Der zweite Auflagepunkt kann
    • der Auflagepunkt des Wickelgutes auf der Versorgungsrolle,
    • der Auflagepunkt des Wickelgutes auf der Umlenkrolle,
    • der Auflagepunkt des Wickelgutes auf dem Ausgang eines Wickelgutspeichers sowie
    • der Auflagepunkt des Wickelgutes auf der Umlenkrolle einer Wickelspannungsmess- bzw. einer Wickelspannungsrückmeldeeinheit
    sein.
  • Bei der Umlenkrolle ist bevorzugt diejenige Umlenkrolle gemeint, von der aus das Wickelgut zum Wickelkörper geführt wird.
  • Durch den nicht-kreisrunden Querschnitt des Wickelkörpers bedingt, ergibt sich je Umdrehung des Wickelkörpers eine variable freie Länge. Der Wegunterschied je Umdrehung des Wickelkörpers (Ausrichtung = 360°) ist vorteilhaft zu kompensieren, um die Wickelspannung des Wickelgutes konstant zu halten.
  • Eine Wickelspannung wird auch als Bahnspannung oder Wickelgutspannung bezeichnet.
  • Die Erfindung gründet insbesondere auf der Erkenntnis, dass beim Wickelvorgang auf einem Wickelkörper mit nicht kreisrundem Querschnitt sich der Abstand zwischen dem Auflagepunkt des Wickelgutes auf dem Wickelkörper und dem Auflagepunkt des Wickelgutes auf einer Umlenkrolle bei der Rotation des Wickelkörpers verändert.
  • Die Veränderung des Abstandes zwischen den Auflagepunkten hat eine Veränderung der Wickelspannung zur Folge. Die Veränderung der Wickelspannung beim Wickeln führt zu erheblichen Qualitätseinbußen.
  • Eine erste Lösung ist der Ausgleich der freien Länge über eine Tänzerrolle, wobei die Tänzerrolle eine Position derart annimmt, dass die Wickelspannung ausgeglichen wird. Ein solcher passiver Ausgleich ist oft langsam.
  • Eine Tänzerrolle kann jedoch auch mit Hilfe eines Stellgliedes aktiv positioniert werden. Durch den aktiven Ausgleich der freien Länge und optional des unterschiedlichen Auflagepunktes des Wickelgutes auf der Umlenkrolle ist ein schneller und einfacher Ausgleich der Wickelspannung möglich.
  • Daher erfolgt im Rahmen der Erfindung der Ausgleich der Wickelspannung aktiv. Bevorzugt wird ein Wickelgutspeicher derart eingestellt, dass die Kapazität desselben zum Ausgleich der Wickelspannung eingestellt wird.
  • Die Einstellung der Wickelspannung erfolgt vorteilhaft auf einen konstanten Wert. Je nach Anwendung kann die Wickelspannung auch auf einen nicht-konstanten Verlauf eingestellt werden.
  • Beispielhaft kann bei einem eckigen Wickelkörper die Wickelspannung bei der Umwicklung der jeweiligen Ecke auf einen höheren Wert eingestellt werden. Allgemein kann sich die Wickelspannung nach der Krümmung des Wickelkörpers am ersten Auflagepunkt orientieren.
  • Bevorzugt wird die Wickelspannung und somit die Einstellung der Einstelleinheit, insbesondere in Form von Parametern, während des Wickelvorgangs berechnet. Eine solche Berechnung während des Wickelvorgangs wird auch als online-Berechnung bezeichnet. Zur Berechnung der jeweiligen Einstellung dient eine Recheneinheit, wobei die Recheneinheit vorzugsweise einer Steuereinrichtung zugeordnet ist. Die Steuereinrichtung dient zur Steuerung oder Regelung der Motoren und/oder der jeweiligen Stellglieder. Durch eine online-Berechnung der Parameter für die Einstelleinheit kann Zeit beim Einrichten der Wickelmaschine eingespart werden und systematische Fehler ausgeglichen werden, indem beispielhaft Eigenschaften des Wickelgutes bei der Berechnung berücksichtigt werden können.
  • Zur Einstellung der Wickelgutspannung ist eine Wickelgutbremse mit einstellbarer Bremsleistung vorteilhaft. Hierbei wird das Wickelgut über eine Umlenkrolle geleitet, wobei die Umlenkrolle mit einem Servomotor gekoppelt ist und mit einer Einstellung der Drehgeschwindigkeit die Wickelspannung einstellbar ist.
  • Eine Wickelgutbremse kann vorteilhaft durch weitere Möglichkeiten der Einstellung der Wickelspannung ergänzt werden.
  • Ein Wickelgutspeicher weist eine Mehrzahl von Umlenkrollen auf, wobei das Wickelgut durch die Mehrzahl von Umlenkrollen auf einer, in der Länge veränderlichen Bahn gehalten wird. Durch eine Veränderung der Position zumindest einer der Umlenkrollen ist eine Einstellung der Länge der Bahn möglich. Die Länge der Bahn des Wickelgutes entspricht der Kapazität des Wickelgutspeichers. Die Veränderung der Position der jeweiligen Umlenkrolle erfolgt durch ein Stellglied.
  • Ein Wickelgutspeicher kann zum Ausgleich von leichten Schwankungen der Wickelspannung mit einer Tänzerrolle kombiniert werden.
  • Ein variabler Wickelgutspeicher weist vorzugsweise eine Mehrzahl von Umlenkrollen auf, wobei der Abstand der jeweiligen Umlenkrollen mit Hilfe eines jeweiligen Stellgliedes verändert werden kann.
  • Eine Tänzerrolle kann sowohl zum Ausgleich der Wickelspannung als auch, im Zusammenspiel mit einem Geber, zur Bestimmung der Wickelspannung dienen.
  • Eine Tänzerrolle ist eine Umlenkrolle, deren Position in einer Richtung passiv oder mit Hilfe eines Stellgliedes aktiv eingestellt werden kann. Bevorzugt bestimmt ein Geber die Position der Tänzerrolle. Der Geber kann in Verbindung mit einer Federkonstruktion als Kraftgeber eingesetzt werden. Mit Hilfe des Gebers oder des Kraftgebers kann die Wickelspannung direkt bestimmt werden.
  • Zur Einstellung der Wickelspannung mit Hilfe der Tänzerrolle wird die Position der Tänzerrolle verändert, so dass die Länge zwischen der Tänzerrolle und den entsprechenden Umlenkrollen verändert wird.
  • Zur Bestimmung der Wickelspannung wird die Position der Tänzerrolle mit einem Geber bestimmt. Steigt die Wickelspannung, so ändert sich die Position der Tänzerrolle zu den entsprechenden Umlenkrollen hin und umgekehrt. Die Position wird mit dem Geber erfasst.
  • Der Geber kann als Positionsgeber ausgebildet sein. Bevorzugt ist der Geber als Kraftgeber ausgebildet. Der Kraftgeber bestimmt die Kraft, die auf die Tänzerrolle wirkt und bestimmt hierdurch die Wickelspannung. Durch die Ausgestaltung des Gebers als eine Kombination von Positionsgeber und Kraftgeber, kann eine Tänzerrolle sowohl zur Einstellung als auch zur Bestimmung der Wickelspannung eingesetzt werden.
  • Unter einem Kraftgeber wird ein Sensor zur Ermittlung der Kraft verstanden, die auf das Wickelgut wirkt. So kann der Kraftgeber beispielhaft zur Bestimmung der Position einer mit einer Feder in einer Position gehaltenen Umlenkrolle ausgebildet sein. Der Kraftgeber ist damit in der Lage, die Wickelspannung des Wickelgutes direkt zu bestimmen.
  • Eine Regeleinrichtung dient hier zur Regelung der Wickelspannung auf einen konstanten Wert oder auf eine vorgesehene Wickelspannung.
  • Als Eingang der Regeleinrichtung dient vorzugsweise ein Geber, der die momentane Wickelspannung bestimmt. Als weitere Eingangsgröße weist die Regeleinrichtung vorzugsweise die vorgesehene Wickelspannung auf. Die vorgesehene Wickelspannung kann ein konstanter Wert sein. Die Wickelspannung kann auch eine Funktion der Ausrichtung des Wickelkörpers sein. Die Wickelspannung wird dabei bevorzugt während des Wickelvorgangs berechnet. Die Berechnung der Einstellungen der Stellglieder und/oder der Drehgeschwindigkeiten, insbesondere als Funktion der vorgesehenen Wickelspannung, erfolgt bevorzugt online.
  • Die Regeleinrichtung ist vorzugsweise als Proportional-Regelung (P-Regelung), als Proportional-Intergral-Regelung (PI-Regelung) oder als Proportional-Integral-Differential-Regelung (PID-Regelung) ausgeführt.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist die vorgesehene Wickelspannung konstant.
  • Die vorgesehene Wickelspannung wird vorzugsweise bei einer Batteriezellenfertigung und der Wickelung von Kondensatoren konstant gehalten. Unter "konstant" ist hierbei zu verstehen, dass die Wickelspannung, insbesondere an dem ersten Auflagepunkt - das ist der Auflagepunkt des Wickelgutes auf dem (insbesondere bereits bewickelten) Wickelkörper - während des Wickelvorgangs gleich bleibt.
  • Bevorzugt wird, wie später ausgeführt, die Wickelspannung des Wickelgutes mit Hilfe eines variablen Wickelgutspeichers eingestellt. In diesem Fall ist der variable Wickelgutspeicher so eingestellt, dass die sich ändernde Länge zwischen dem ersten und dem zweiten Auflagepunkt ausgeglichen wird. Somit ist die Länge des Wickelgutes zwischen dem ersten Auflagepunkt und dem dritten Auflagepunkt konstant. Durch die konstante Länge des Wickelgutes zwischen dem ersten und dem dritten Auflagepunkt ist die Wickelspannung konstant.
  • Hierbei bezeichnet der erste Auflagepunkt den Auflagepunkt des Wickelgutes auf dem Wickelkörper. Weiter bezeichnet der zweite Auflagepunkt den Auflagepunkt des Wickelgutes auf der Umlenkrolle, von der das Wickelgut aus auf den Wickelkörper aufgewickelt wird. Der dritte Auflagepunkt kann der Auflagepunkt des Wickelgutes auf der Versorgungsrolle oder der Auflagepunkt des Wickelgutes auf einer Umlenkrolle zwischen der Versorgungsrolle und dem Wickelgutspeicher sein.
  • Die Wickelspannung wird konstant gehalten, indem der Abstand zwischen dem ersten und dem dritten Auflagepunkt konstant gehalten wird.
  • Hier wird der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Auflagepunkt als freie Länge bezeichnet.
  • Bei einem Wickelkörper mit einem nicht kreisförmigen Querschnitt ist der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Auflagepunkt nicht konstant, da er sich mit der Ausrichtung des Wickelkörpers verändert.
  • Die Veränderung des Abstandes zwischen dem ersten und dem zweiten Auflagepunkt wird ausgeglichen. Der Ausgleich erfolgt insbesondere durch
    • die Veränderung der Kapazität des Wickelgutspeichers und/oder
    • durch eine Veränderung der Position der Tänzerrolle.
  • Die Wickelspannung kann darüber hinaus durch eine Anpassung der Drehgeschwindigkeit des Wickelkörpers und/oder der Drehgeschwindigkeit der Versorgungsrolle konstant gehalten werden. So führt eine Reduktion der Drehgeschwindigkeit der Versorgungsrolle zu einer Erhöhung der Wickelspannung. Weiter führt eine Reduktion der Drehgeschwindigkeit des Wickelkörpers in der Regel zu einer Reduktion der Wickelspannung.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens weist die Einstelleinheit ein variabler Wickelgutspeicher auf.
  • Bevorzugt ist die Einstelleinheit als variabler Wickelgutspeicher ausgebildet. Optional kann der Wickelgutspeicher auch eine Tänzerrolle umfassen.
  • Bei der Ausgestaltung dient der variable Wickelgutspeicher zur Einstellung der Wickelspannung. Vorzugsweise erfolgt die Einstellung der Wickelspannung des Wickelgutes durch eine Änderung der Kapazität des variablen Wickelspeichers.
  • Als variabler Wickelgutspeicher eignet sich eine Mehrzahl von Umlenkrollen, wobei das Wickelgut mäanderförmig die Mehrzahl von Umlenkrollen umläuft. Zur Einstellung der Kapazität des so aufgebauten Wickelgutspeichers kann die Position von einer oder von mehreren Umlenkrollen verändert werden.
  • Hierbei ist die Veränderung durch ein Stellglied ausführbar, wobei das Stellglied den Abstand von einer Umlenkrolle oder mehreren Umlenkrollen in Bezug zueinander verändert.
  • Durch die Veränderung der Kapazität des Wickelgutspeichers kann die Längenänderung der freien Länge ausgeglichen werden. So lässt sich die Wickelspannung konstant halten.
  • Insbesondere ist die Lage des zweiten Auflagepunkt auf der Umlenkrolle zu beachten.
  • Durch den Ausgleich der Länge des Wickelgutes mit Hilfe eines variablen Wickelgutspeichers ist eine einfache und wirksame Art und Weise, die Wickelspannung des Wickelgutes konstant zu halten.
  • Die freie Länge wird anhand von drei Komponenten berechnet:
  • Die Bahnlänge des Wickelgutes zwischen dem ersten und dem zweiten Auflagepunkt wird als freie Länge bezeichnet. Weiter relevant ist der Auflagepunkt des Wickelgutes auf der Umlenkrolle. Darüber hinaus kann das bereits auf dem Wickelkörper aufgewickelte Wickelgut beachtet werden. Durch die Berücksichtigung der drei Aspekte ist die auszugleichende freie Länge berechenbar.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens weist die Einstelleinheit eine einstellbare Wickelgutbremse auf. Eine Wickelgutbremse ist vorzugsweise als Umlenkrolle ausgeführt, die an einen Servomotor gekoppelt ist, wobei der Servomotor die Drehgeschwindigkeit der Umlenkrolle vorgibt. Bei einer Minderung der Drehgeschwindigkeit der Umlenkrolle wird die Wickelspannung erhöht.
  • Bevorzugt ist die Einstelleinheit als einstellbare Wickelgutbremse ausgebildet. Optional umfasst die Einstelleinheit zusätzlich eine Tänzerrolle.
  • Die Wickelgutbremse kann auch optional zur Einstellung der Wickelspannung dienen. Die Wickelgutbremse kann beispielhaft in Kombination eines Wickelgutspeichers und/oder der Tänzerrolle eingesetzt werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die Wickelspannung mit einer Regeleinrichtung auf die vorgesehene Wickelspannung eingestellt.
  • Die Regeleinrichtung weist einen Regelkreis auf. Der Regelkreis ist bevorzugt als P-Regler, PI-Regelkreis oder als PID-Regelkreis ausgebildet.
  • Eine Regeleinrichtung mit einem Regelkreis kann zur Regelung der Wickelspannung auf eine konstante oder auf die vorgegebene Wickelspannung dienen.
  • Die Regeleinrichtung regelt vorzugsweise die Position eines Stellgliedes. Das Stellglied dient zur Einstellung der Position der Tänzerrolle oder zur Einstellung der Kapazität des Wickelgutspeichers.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ermittelt ein Geber, insbesondere ein Geber an einer Tänzerrolle, die Wickelspannung.
  • Der Geber ist bevorzugt als Kraftgeber und/oder als Positionsgeber ausgebildet. Ein Kraftgeber wird bei einer Tänzerrolle auch als Zugmessdose bezeichnet. Ein solcher Geber stellt die ermittelte Position und/oder die ermittelte Kraft für die Regeleinrichtung, insbesondere für den Regelkreis und/oder für die Steuereinrichtung bereit.
  • Der Geber kann die Kraft auch direkt durch Wechselwirkung des Gebers mit dem Wickelgut bestimmen.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens stellt die Einstelleinheit die Länge des Wickelgutes zwischen einem Auflagepunkt des Wickelgutes auf der Versorgungsrolle und dem Auflagepunkt des Wickelgutes auf dem Wickelkörper auf eine konstante Länge ein.
  • Die Einstelleinheit gleicht mit anderen Worten die Abweichung der Wickelspannung durch die Änderung der freien Länge und der Verschiebung des jeweiligen zweiten Auflagepunktes des Wickelgutes auf der Umlenkrolle aus. Die Änderung der freien Länge kann gemessen sowie bevorzugt berechnet werden. Die Änderung der freien Länge wird der Steuereinrichtung bereitgestellt.
  • Bevorzugt wird die freie Länge durch eine fortwährende Berechnung mit Hilfe geometrischer Zusammenhänge während des Wickelvorgangs berechnet. Eine Berechnung der freien Länge während des Wickelvorgangs wird als online-Berechnung bezeichnet.
  • Die Berechnung der freien Länge ist insbesondere vorteilhaft, weil bei einer experimentellen Bestimmung Messfehler auftreten können.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens gleicht die Einstelleinheit, insbesondere in Verbindung mit dem Wickelgutspeicher, eine Veränderung einer freien Länge aus.
  • Die Einstelleinheit dient bevorzugt zur Einstellung der Kapazität des Wickelgutspeichers. Der Wickelgutspeicher weist dafür zumindest eine Umlenkrolle auf, wobei die Einstelleinheit die Position der zumindest einen Umlenkrolle in Bezug zu einer weiteren Umlenkrolle verändert.
  • Durch die Veränderung der Position der Umlenkrollen des Wickelgutspeichers zueinander wird die Kapazität des Wickelgutspeichers verändert. Bei einem solchen Wickelgutspeicher durchläuft das Wickelgut den Wickelgutspeicher, wobei das Wickelgut von zumindest einer Umlenkrolle in seiner Ausbreitungsrichtung verändert wird.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird zumindest ein Parameter für die Einstelleinheit, insbesondere die Stellung des jeweiligen Stellgliedes, beim Wickeln berechnet.
  • Ein Parameter kann auch die freie Länge sein. Ein von der freien Länge und optional von der vorgesehenen Wickelspannung abhängiger Parameter ist die Einstellung für das jeweilige Stellglied bzw. ein sonstiger Parameter für die Einstelleinheit. Der Parameter kann bei der Berechnung auch mit zumindest einem gemessenen Parameter verglichen werden.
  • Die Wickelmaschine umfasst eine Aufnahmevorrichtung für den Wickelkörper, insbesondere für einen Wickelkörper mit einem nicht-kreisförmigen Querschnitt.
  • Weiter ist der Wickelmaschine eine Versorgungsrolle für das Wickelgut zugeordnet. Die Wickelmaschine kann eine weitere Aufnahmevorrichtung für die Versorgungsrolle aufweisen.
  • Weiter umfasst die Wickelmaschine vorteilhaft eine Einstelleinheit. Die Einstelleinheit kann als Wickelgutspeicher, als Wickelgutbremse oder als Tänzerrolle ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Einstelleinheit zur Einstellung der jeweiligen Drehgeschwindigkeit der Versorgungsrolle und/oder des Wickelkörpers vorgesehen sein.
  • Optional kann eine Wickelmaschine eine weitere Tänzerrolle aufweisen. Die Tänzerrolle kann zum Ausgleich der Wickelspannung und/oder in Verbindung mit einem Geber, zur Bestimmung der Wickelspannung vorgesehen sein.
  • Das Wickelgut verläuft von der Versorgungsrolle vorteilhaft über die optionale Tänzerrolle und/oder durch die Einstelleinheit. Das Wickelgut wird nach Durchlauf der Tänzerrolle und/oder nach Durchlauf der Einstelleinheit über eine Umlenkrolle dem Wickelkörper bereitgestellt.
  • Die Umlenkrolle vor dem Wickelkörper kann Teil der Einstelleinheit sein. Die Umlenkrolle ist vorteilhaft an einer festen Position angeordnet. Das Wickelgut verläuft über die Umlenkrolle, wobei das Wickelgut die Umlenkrolle bei einem zweiten Auflagepunkt verlässt. Der Auflagepunkt verändert sich mit der Ausrichtung des Wickelkörpers, insbesondere bei einem Wickelkörper mit einer nicht-kreisförmigen Querschnittsfläche.
  • Die Wickelmaschine weist optional eine Wickelgutbremse auf. Die Wickelgutbremse ist zur direkten Einstellung der Wickelspannung auf die vorgesehene Wickelspannung vorgesehen.
  • Die Versorgungsrolle und/oder der Wickelkörper sind vorteilhaft mit jeweils einem Antrieb gekoppelt. Der jeweilige Antrieb dient zur Drehung des Wickelkörpers oder der Versorgungsrolle. Die Versorgungsrolle weist eine zweite Drehgeschwindigkeit auf. Der Wickelkörper weist eine erste Drehgeschwindigkeit auf.
  • Die Drehgeschwindigkeiten werden von der Steuereinrichtung gesteuert oder geregelt.
  • Mit Hilfe der Drehgeschwindigkeit ist eine Einstellung oder eine Regelung der Wickelspannung möglich. Eine Absenkung der ersten Drehgeschwindigkeit, insbesondere in Bezug zur zweiten Drehgeschwindigkeit, hat meist eine Absenkung der Wickelspannung zur Folge.
  • Bevorzugt wird die Wickelspannung durch Regelung der jeweiligen Drehgeschwindigkeit eingestellt.
  • Beispielhaft führt ein ovaler oder rechteckiger Querschnitt eines Wickelkörpers zu einer periodischen Veränderung der Wickelspannung bei einer gleichmäßigen Geschwindigkeit des Wickelgutes. Die Wickelspannung ist dabei abhängig von der freien Länge. Bei einem Anstieg der freien Länge erhöht sich die Wickelspannung.
  • Zur Absenkung der Wickelspannung kann
    • die erste Drehgeschwindigkeit (des Wickelkörpers) reduziert werden,
    • ein Wickelgutspeicher die Kapazität reduzieren, insbesondere mit Hilfe einer Einstelleinheit oder einem Stellglied und/oder
    • die zweite Drehgeschwindigkeit (der Versorgungsrolle) erhöht werden.
  • Zur Einstellung der Wickelspannung mit vorstehenden Maßnahmen dient eine Steuereinrichtung. Der Steuereinrichtung ist eine Recheneinheit zugeordnet. Die Recheneinheit dient zur Berechnung der jeweiligen Drehgeschwindigkeit, zur Einstellung der jeweiligen Einstelleinheit und/oder des jeweiligen Stellgliedes.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher beschrieben und erläutert. Die Figuren stellen insbesondere mögliche Ausführungen der Erfindung dar. Die in den Figuren gezeigten Merkmale können zu neuen Ausführungen kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es zeigen
    • FIG 1
    eine Wickelmaschine,
    FIG 2
    eine weitere Wickelmaschine,
    FIG 3
    eine weitere Wickelmaschine,
    FIG 4
    eine weitere Wickelmaschine sowie
    FIG 5
    eine weitere Wickelmaschine.
  • FIG 1 zeigt eine Wickelmaschine. Die Wickelmaschine weist eine Einstelleinheit EE auf. Die Einstelleinheit EE kann als Wickelgutbremse, als Wickelgutspeicher 5 und/oder als Tänzerrolle 3 ausgebildet sein. Weiter ist eine Steuereinrichtung SE gezeigt, wobei die Steuereinrichtung SE eine Recheneinheit RE und/oder eine Regeleinrichtung 9 umfasst. Die Steuereinrichtung SE dient zur Steuerung oder Regelung des Antriebs M für den Wickelkörper 1. Die Recheneinheit RE stellt die vorgesehene Wickelspannung F-soll bereit. Bevorzugt stellt die Recheneinheit RE die Einstellungen für ein jeweiliges Stellglied 3a, 5a und/oder die erste und zweite Drehgeschwindigkeit W1, W2 bereit. Anhand der vorstehenden Größen steuert oder regelt die Steuereinrichtung SE die Motoren M der Versorgungsrolle 4 und/oder des Wickelkörpers 1. Optional steuert oder regelt die Steuereinrichtung ein jeweiliges Stellglied 3a, 5a. Der Wickelkörper dreht sich beim Wickelvorgang mit einer ersten Drehgeschwindigkeit W1. Die erste Drehgeschwindigkeit W1 entspricht der ersten zeitlichen Ableitung der Ausrichtung a des Wickelkörpers 1. Der Wickelkörper 1 wird mit dem Wickelgut D umwickelt. Das Wickelgut D durchläuft die Wickelmaschine mit einer Geschwindigkeit v. Das Wickelgut D weist beim Wickelvorgang eine Wickelspannung F auf.
  • Die Wickelspannung F wird mit Hilfe des Antriebs M des Wickelkörpers 1, mit Hilfe des Antriebs bzw. des Motors M für die Versorgungsrolle 4 auf eine vorgesehene Wickelspannung F_soll eingestellt. Die Versorgungsrolle weist eine zweite Drehgeschwindigkeit W2 auf.
  • Das Wickelgut D wird über eine Umlenkrolle 2 geführt. Das Wickelgut D wird von der Umlenkrolle 2 auf den Wickelkörper 1 gewickelt. Das Wickelgut D verlässt die Umlenkrolle 2 an einem zweiten Auflagepunkt P2. Das Wickelgut D berührt den Wickelkörper 1 beim ersten Auflagepunkt P1. Zwischen dem ersten Auflagepunkt P1 und dem zweiten Auflagepunkt P2 erstreckt sich die freie Länge x. Die freie Länge x entspricht der Länge des Wickelgutes D zwischen der Umlenkrolle 2 und dem Wickelkörper 1. Die freie Länge x ändert sich während des Wickelvorgangs periodisch. Darüber hinaus ändert sich der zweite Auflagepunkt P2 auf der Umlenkrolle 2 ebenso periodisch.
  • FIG 2 zeigt eine weitere Wickelmaschine. Die Wickelmaschine weist eine Tänzerrolle 3 auf. Die Tänzerrolle 3 dient zum Ausgleich der Wickelspannung F des Wickelgutes D. Das Wickelgut D geht von der Versorgungsrolle 4 aus und durchläuft die Tänzerrolle 3. Über eine Umlenkrolle 2 wird das Wickelgut D auf den Wickelkörper 1 gewickelt.
  • Der Tänzerrolle 3 sind ein Geber und/oder ein Stellglied 3a zugeordnet. Der Geber ermittelt die Position d der Tänzerrolle 3. Der Geber kann auch als Kraftgeber ausgebildet sein und so unmittelbar die Wickelspannung ermitteln.
  • Bevorzugt wird mit Hilfe der Tänzerrolle 3 die Änderung der freien Länge x ausgeglichen, wobei die Tänzerrolle 3, z.B. mit Hilfe eines Stellgliedes 3a die Änderung der freien Länge x ausgleicht. Durch einen konstanten Abstand von einem ersten Auflagepunkt P1 und einem dritten Auflagepunkt P3 ist die Wickelspannung F auf einen konstanten Wert eingestellt. Der dritte Auflagepunkt P3 ist der Punkt, bei dem das Wickelgut D die Versorgungsrolle 4 verlässt. Der dritte Auflagepunkt P3 ist vorzugsweise auf der Versorgungsrolle 4 lokalisiert. Durch eine konstante Länge des Wickelgutes zwischen dem ersten Auflagepunkt P1 und dem dritten Auflagepunkt P3 ist die Wickelspannung ebenfalls konstant.
  • FIG 3 zeigt eine weitere Wickelmaschine. Die Wickelmaschine umfasst einen Wickelkörper 1, eine Umlenkrolle 2, eine Tänzerrolle 3 und eine Versorgungsrolle 4. Die Geschwindigkeit des Wickelgutes D ist, insbesondere ausgehend von der Versorgungsrolle 4, konstant. Das Wickelgut D verläuft in der hier gezeigten Ausführung mit einer konstanten Geschwindigkeit v von der Versorgungsrolle 4. Das Wickelgut D durchläuft die freie Länge x mit einer nicht-konstanten Geschwindigkeit v (v‡const). Als Ausgleich der Geschwindigkeit v des Wickelgutes D dient die Tänzerrolle 3. Die zweite Drehgeschwindigkeit W2 der Versorgungsrolle 4 ist konstant. Insbesondere hängt die zweite Drehgeschwindigkeit W2 nicht von der jeweiligen Ausrichtung a (von 0° bis 360°) ab. Das heißt, dass die Geschwindigkeit v des Wickelgutes D, welches von der Versorgungsrolle 4 kommt, konstant ist.
  • Die Position d der Tänzerrolle 3 kann aktiv mit Hilfe des Stellgliedes 3a eingestellt werden.
  • Weiter ist die erste Drehgeschwindigkeit W1 nicht konstant, sondern weist einen periodischen Verlauf auf. Dies ist in dem jeweiligen Diagramm angezeigt. Der etwa periodische Verlauf der ersten Drehgeschwindigkeit W1, das ist die Drehgeschwindigkeit des Wickelkörpers 1, wird anhand der Form des nicht-kreisförmigen Querschnitts des Wickelkörpers 1 berechnet. Die periodische Variation der ersten Drehgeschwindigkeit W1 bei einer konstanten zweiten Drehgeschwindigkeit W2 der Versorgungsrolle führt zum Ausgleich der Wickelspannung F des Wickelgutes D beim Wickelvorgang.
  • Alternativ kann auch die Versorgungsrolle 4 mit einer periodischen Drehgeschwindigkeit W2 angetrieben werden. Dann kann die erste Drehgeschwindigkeit W1 auf einen konstanten Wert eingestellt werden.
  • Der Tänzerrolle 3 ist optional einem Stellglied 3a zugeordnet (nicht gezeigt). Durch das Stellglied 3a und die Tänzerrolle können minimale Schwankungen der Wickelspannung F ausgeglichen werden.
  • Zur Steuerung oder Regelung der ersten Drehgeschwindigkeit W1 dient bevorzugt eine Steuereinrichtung SE (nicht gezeigt).
  • FIG 4 zeigt eine weitere Wickelmaschine. Die Wickelmaschine weist einen Wickelkörper 1 auf, der mit zwei Wickelgütern D bewickelt wird. Die erste Drehgeschwindigkeit W1 des Wickelkörpers 1 ist konstant.
  • Die Wickelmaschine weist jeweils eine Umlenkrolle 2 auf. Auf der jeweiligen Umlenkrolle 2 wird das jeweilige Wickelgut D auf den Wickelkörper 1 gelenkt.
  • Darüber hinaus ist für das jeweilige Wickelgut D jeweils eine Tänzerrolle 3 vorhanden. Der jeweiligen Tänzerrolle 3 ist jeweils ein Geber zur Bestimmung der jeweiligen Position d der jeweiligen Tänzerrolle 3 zugeordnet. Die Position d der jeweilige Tänzerrolle ist nahezu konstant. Optional (nicht gezeigt) ist die Tänzerrolle 3 jeweils mit einem Stellglied 3a ausgestattet.
  • Zum Ausgleich der jeweiligen Wickelspannung D des jeweiligen Wickelgutes D erfolgt eine Variation der jeweiligen zweiten Drehgeschwindigkeit W2. Die Variation der Wickelspannung F als Funktion der Ausrichtung a des Wickelkörpers 1 (oder der Versorgungsrolle 4) kann als vorgesehene Wickelspannung F-soll eingestellt sein.
  • Die Geschwindigkeit v des jeweiligen Wickelgutes D ist, ausgehend von der Versorgungsrolle 4, nicht konstant. Die Geschwindigkeit v des jeweiligen Wickelgutes D orientiert sich an der Ausrichtung a des Wickelkörpers 1.
  • FIG 5 zeigt eine weitere Wickelmaschine. Die Wickelmaschine weist einen Wickelgutspeicher 5 und eine Tänzerrolle 3 auf. Die Tänzerrolle 3 und/oder der Wickelgutspeicher 5 bilden die Einstelleinheit EE. Die Einstelleinheit EE dient zur Einstellung der Wickelspannung F des Wickelgutes D. Die und/oder-Verknüpfung ist durch die gestrichelte Umrandung der jeweiligen Elemente 3, 5 angedeutet.
  • Die Wickelmaschine umfasst eine Steuereinrichtung SE. Die Steuereinrichtung SE weist eine Regeleinrichtung 9 auf. Die Regeleinrichtung 9 dient zur Regelung der Kapazität des Wickelgutspeichers 5. Die Kapazität des Wickelgutspeichers 5 wird mit einem Stellglied 5a eingestellt. Das Stellglied 5a verändert hierzu die Position d von einer Umlenkrolle des Wickelgutspeichers 5. Weiter können Kraftgeber die Wickelspannung F des Wickelgutes D bestimmen.
  • Ein analoger Aufbau der Einstelleinheit EE kann durch die Tänzerrolle 3 erfolgen. Die Tänzerrolle 3 kann mit einem Geber gekoppelt sein. Der Geber bestimmt über die Bestimmung der Position d der Tänzerrolle 3 die Wickelspannung F.
  • Die Wickelmaschine umfasst darüber hinaus eine Steuereinrichtung SE. Die Steuereinrichtung SE umfasst eine Recheneinheit RE und eine Regeleinrichtung 9. Die Regeleinrichtung 9 dient zur Regelung der Position des jeweiligen Stellgliedes 5a und/oder der Drehgeschwindigkeit W1, W2.
  • Die Steuereinrichtung SE weist weiter Eingänge für die Position d der jeweiligen Tänzerrolle 3 und/oder der Kapazität des Wickelgutspeichers 5 auf.
  • Die Steuereinrichtung SE dient dazu, die Wickelspannung auf eine vorgesehene Wickelspannung F, insbesondere auf eine konstante vorgesehene Wickelspannung F-soll, einzustellen. Die erste und zweite Drehgeschwindigkeit W1, W2 werden durch die Steuereinrichtung SE vorgegeben.
  • Bevorzugt sind die Drehgeschwindigkeiten W1, W2 konstant und der Ausgleich der Wickelspannung F erfolgt durch das jeweilige Stellglied 5a. Das Stellglied 5a wird hierbei derart eingestellt, dass die freie Länge x durch die Änderung der Kapazität des Wickelgutspeichers 5 ausgeglichen wird.
  • Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Wickeln eines Wickelgutes D, eine Steuereinrichtung SE und eine Wickelmaschine. Durch eine Einstelleinheit EE und/oder durch eine Veränderung der jeweiligen Drehgeschwindigkeit W1, W2 eines Wickelkörpers 1 und/oder einer Versorgungsrolle 4 kann die Wickelspannung auf eine vorgesehene Wickelspannung F_soll, insbesondere eine konstante Wickelspannung F, eingestellt werden. Ein kennzeichnender Aspekt ist der Ausgleich der freien Länge x des Wickelgutes, wobei die freie Länge x der Abstand des ersten Auflagepunktes P1 des Wickelgutes auf dem Wickelkörper 1 und dem zweiten Auflagepunkt P2 des Wickelgutes auf einer Umlenkrolle 2 ist. Die Änderung der freien Länge wird hierbei durch die Einstelleinheit und/oder durch eine Variation der jeweiligen Drehgeschwindigkeit W1, W2 ausgeglichen. Durch die Erfindung kann die Wickelspannung F beim Wickeln eines Wickelgutes D auf einen Wickelkörper einfach, schnell und genau eingestellt werden.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Wickeln eines Wickelgutes (D), insbesondere zum Wickeln eines Drahtes oder einer Folie auf einen Wickelkörper (1) mit nicht-kreisförmigem Querschnitt, von einer Versorgungsrolle (4) auf den Wickelkörper (1) mit zumindest folgenden Verfahrensschritten:
    - Bereitstellung des Wickelgutes (D) von der Versorgungsrolle (4),
    - Aufwickeln des Wickelgutes (D) auf den Wickelkörper (1),
    - wobei die Wickelspannung (F) des Wickelgutes (D) auf eine vorgesehene Wickelspannung (F-soll) einstellbar ist,
    - wobei zur Einstellung der Wickelspannung (F) eine Drehgeschwindigkeit (W1, W2) des Wickelkörpers (1) gesteuert oder geregelt wird, und/oder
    - die Wickelspannung (F) durch eine Einstelleinheit (EE) auf die vorgesehene Wickelspannung (F-soll) eingestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorgesehene Wickelspannung (F-soll) konstant ist.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Einstelleinheit (EE) einen variabler Wickelgutspeicher (5) aufweist.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Einstelleinheit (EE) eine einstellbare Wickelgutbremse aufweist.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Wickelspannung (F) mit einem Regeleinrichtung (9) auf die vorgesehene Wickelspannung (F-soll) eingestellt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Geber, insbesondere ein Geber an einer Tänzerrolle (3) oder ein Kraftgeber, die Wickelspannung (F) ermittelt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Einstelleinheit (EE) die Länge des Wickelgutes (D) zwischen einem dritten Auflagepunkt (P3) des Wickelgutes (D) auf der Versorgungsrolle (4) und dem ersten Auflagepunkt (P1) des Wickelgutes (D) auf dem Wickelkörper (1) auf eine konstante Länge einstellt.
  8. Verfahren zumindest nach Anspruch 7, wobei die Einstelleinheit (EE), insbesondere in Verbindung mit dem Wickelgutspeicher (5), eine Veränderung einer freien Länge (x) ausgleicht.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Parameter für die Einstelleinheit (EE), insbesondere eine Stellung eines Stellgliedes (3a, 5a), beim Wickeln berechnet wird.
  10. Verfahren zumindest nach Anspruch 1, wobei die Einstellung der Wickelspannung durch die Drehgeschwindigkeit des Wickelkörpers erfolgt.
  11. Computerprogrammprodukt zur Installation auf einer Recheneinheit, wobei das Computerprogrammprodukt bei der Ausführung auf der Recheneinheit (RE) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist.
  12. Steuereinrichtung für eine Wickelmaschine, wobei die Steuereinheit (SE) mit Hilfe von Antrieben (M) und/oder einer Einstelleinheit (EE) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.
  13. Wickelmaschine, insbesondere zum Wickeln von Draht oder einer Folie, aufweisend eine Steuereinrichtung (SE) nach dem vorangehenden Anspruch.
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