WO2018029129A1 - Wickelvorrichtung und verfahren zur herstellung von flachwickeln - Google Patents

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WO2018029129A1
WO2018029129A1 PCT/EP2017/069896 EP2017069896W WO2018029129A1 WO 2018029129 A1 WO2018029129 A1 WO 2018029129A1 EP 2017069896 W EP2017069896 W EP 2017069896W WO 2018029129 A1 WO2018029129 A1 WO 2018029129A1
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winding
take
core
winding device
movement
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PCT/EP2017/069896
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English (en)
French (fr)
Inventor
Felix HÄLKER
Tobias GENSICKE
Original Assignee
Jonas & Redmann Automationstechnik Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jonas & Redmann Automationstechnik Gmbh filed Critical Jonas & Redmann Automationstechnik Gmbh
Publication of WO2018029129A1 publication Critical patent/WO2018029129A1/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H54/00—Winding, coiling, or depositing filamentary material
    • B65H54/02—Winding and traversing material on to reels, bobbins, tubes, or like package cores or formers
    • B65H54/10—Winding and traversing material on to reels, bobbins, tubes, or like package cores or formers for making packages of specified shapes or on specified types of bobbins, tubes, cores, or formers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2701/00—Handled material; Storage means
    • B65H2701/30—Handled filamentary material
    • B65H2701/37—Tapes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0404—Machines for assembling batteries
    • H01M10/0409—Machines for assembling batteries for cells with wound electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a winding device and a method for producing flat coils.
  • Battery base bodies which are also referred to as jelly rolls, can consist of a plurality of film layers wound on one another in a predetermined sequence.
  • One of these film layers may be a coated metal foil, which is known as
  • Electrode of the battery or the accumulator is used.
  • a film layer may form a separator of the battery or the accumulator and in particular consist of plastic.
  • the deflection rollers can be either pulley-backed pulleys, or be moved pneumatically or servo-electrically with a translational movement.
  • DE 100 64 477 A1 describes a method for winding non-circular coils, in which a winding wire wound on a mandrel and comes to rest in a winding point, wherein the winding speed is adjusted so that the winding point with respect to the winding mandrel rotates at a constant angular velocity , Further, the winding wire is fed to the winding point at a constant speed.
  • the document does not describe the winding of films. Further, the document does not disclose translational movement of the winding mandrel.
  • DE 36 21 932 A1 discloses a device for generating an adjustable, constant Drahtzugêt for winding machines with a controllable braking device for the wire.
  • the wire is passed over a so-called dancer system.
  • the dancer system consists of at least two spaced-apart disc assemblies, which provide the wire as a wire storage storage bottle draw similar.
  • the position of the movable disk arrangement can be interrogated via an associated measuring element.
  • Winding speeds and in particular for bobbins with a non-circular cross-section allows the described in the document
  • Winding machine however, not the setting of the constant wire tension with the desired accuracy.
  • EP 0 737 525 A1 discloses a device for winding and unwinding of
  • the dancer system includes a proportional rotary solenoid coupled to the dancer system angular encoder that generates torque that increases in proportion to its supply voltage.
  • the winding device described in this document does not allow the desired precise adjustment of a constant wire tension for high winding speeds and in particular for winding body with a non-circular cross-section.
  • the technical problem is to provide a winding device and a method for producing flat coils, which produce a high-quality winding bodies, in particular with a non-circular cross-section
  • the rotational speed of the rotational movement for winding can also be varied.
  • Proposed is a winding device for producing flat coils.
  • the winding device can not be used exclusively for the production of flat coils, but also for the production of circular coils.
  • the winding device comprises at least one control device. This can e.g. comprise a microcontroller or be designed as such.
  • control device e.g. comprise a microcontroller or be designed as such.
  • Winding device at least one material feed. It is of course also possible that the winding device comprises a plurality of material feeders. In this case, a material feed device may designate an ensemble of elements which provides material to be wound up and feeds it to a winding core.
  • the material to be wound up can be provided in particular as a roll product.
  • the material to be wound up can be provided as a material web, for example by unrolling material provided as a roll product from an unwinding roll.
  • the material to be wound up may be a metal foil or a plastic foil.
  • the winding device can in this case serve to wind one or more films.
  • the material to be wound up can also have the form of a rope, a wire or a fiber.
  • the winding device comprises the described winding core.
  • the take-up core can in this case denote a component which rotates about a rotation axis.
  • the take-up core may have a non-circular cross-section.
  • the cross section may in this case be given in a cross-sectional plane which is oriented orthogonally to the axis of rotation of the rotational movement. It is e.g. conceivable that the take-up core has an oval cross-section in the illustrated cross-sectional planes.
  • the winding device comprises at least one positioning device for the winding core.
  • the take-up core is movable by means of the positioning device with a translational movement. This may in particular mean that the Rotation axis of the take-up core is movable with the translational movement.
  • the take-up core can perform a rotational and translational movement simultaneously.
  • the translational movement has at least one translation degree of freedom.
  • the take-up core can be moved with the translatory movement along a straight-line trajectory.
  • the translational movement has a plurality of translational degrees of freedom, in particular two or three translational degrees of freedom.
  • the winding core it is conceivable for the winding core to be movable along a first straight-line trajectory and along a second straight-line trajectory, the straight-line trajectories being oriented perpendicular to one another. This can also be called x-y movement.
  • Movement profile of the rotational movement can in this case be set such that a material absorption rate of the material is constant or does not change more than a predetermined amount.
  • the material take-up speed may be a material transport speed, in particular a web speed, of the material to be wound up in
  • the material take-up speed can be any material take-up speed.
  • the material take-up speed can be any material take-up speed.
  • Material transport speed in a portion of the material to be wound which is arranged in the transport direction immediately before the mechanical contact point of the material with the take-up core or with the already wound bobbin.
  • the section can be arranged between a last deflection roller along the transport direction and the take-up core or the already wound winding body.
  • the rotation of the take-up core removes or picks up material from the take-up core from the previously discussed material delivery device, adjusting the material take-up speed. In this case, it may of course be necessary that the material supply by the rotation
  • a material supply speed may be different from the material supply speed.
  • a material supply device which is also a
  • the dancer system may comprise an unwind roll of material to be wound at a predetermined unwinding speed
  • Material supply speed can be constant in particular here.
  • the material take-up speed changes during one, in particular individual,
  • the translational movement in particular a suitably adjusted movement profile of the translational movement, advantageously makes it possible for the material take-up speed of the material to be wound to be maintained despite the non-circular cross-section during the rotation of the material
  • Winding speed allows.
  • the movement profile ie the time course of at least one
  • Movement parameters for which rotational movement and translational motion are determined prior to the start of the winding process can by calculation and / or simulation or by a teach-in procedure before the winding process
  • Movement profile is set for the winding process.
  • the winding device comprises at least one guide device for guiding the translational movement.
  • the guide means may e.g. be designed as a movable carriage or include such.
  • the positioning of the winding device can be any suitable positioning of the winding device.
  • the guiding device can
  • the take-up core can in this case be rotatably mounted on the carriage.
  • the positioning device comprises at least one drive device and at least one cam gear.
  • the drive device and the winding core are mechanically coupled by means of the at least one cam gear.
  • the drive device can also be used as translational drive or
  • Linear drive device can be called.
  • the linear drive device can translate the takeup core via the at least one cam gear and the guide device.
  • the transmitted forces or moments can be a linear movement with a translational degree of freedom or a linear movement with two
  • the drive means may be e.g. as an electric machine, e.g. be designed as a servomotor.
  • the cam gear can in this case comprise at least one cam carrier, in particular a rotatably mounted cam carrier, and a tap element, in particular at least one straight tap element.
  • a cam carrier in particular a rotatably mounted cam carrier
  • a tap element in particular at least one straight tap element.
  • the cam carrier may be coupled to the take-up core or to a member mechanically coupled to the take-up core.
  • the use of a cam gear results in an advantageous manner that a translational movement with a desired movement profile can be performed reliably especially for high speeds and high accelerations with low installation costs.
  • the geometrical design of the cam carrier, in particular of the cam disk can be effected or defined as a function of the desired movement profile of the translational movement.
  • cam gear only a preferred embodiment of a
  • mechanical coupling between a drive device and the take-up core can also take place via alternative embodiments, for example alternative transmissions.
  • a spatial position of at least one element of the cam mechanism is variable.
  • the spatial position here refers to a position and optionally an orientation of the element in three-dimensional space or in a predetermined reference coordinate system.
  • the winding device may comprise a further drive device which generates a drive force or a drive torque for changing the spatial position of the at least one element of the cam mechanism.
  • the winding device may also include elements for transmitting these drive torques or driving forces.
  • a spatial position of the cam carrier can be changed.
  • the change in the spatial position of the at least one element of the cam gear can in this case cause a change in the movement profile of the translational movement of the take-up core.
  • Winding for example, to a changing thickness of the already wound bobbin.
  • the winding device comprises a
  • the Drive device such as a servo motor, for generating a rotational movement of the take-up core.
  • This can also be referred to as a rotary drive device.
  • the winding device may also comprise transmission means for transmitting these driving forces or moments from the drive means to the take-up core.
  • a rotational speed of the drive device can be controlled.
  • the rotary drive device can be fixed relative to the with the
  • Translation movement movable axis of rotation of the take-up be arranged.
  • the rotary drive means may be arranged stationary relative to the axis of rotation of the take-up core, for example on a carriage on which the
  • the rotational drive device may in particular be mechanically coupled to the winding core via at least one flexible shaft or via at least one articulated shaft.
  • the propeller shaft may for example be a synchronizing shaft.
  • the rotational speed of the rotational drive device can be set specifically to different rotational speed values. In particular, the speed in dependence of, in particular
  • diameter of the already wound bobbin can be adjusted.
  • the diameter can in this case depending on a number of revolutions of the
  • the number of revolutions denotes the number of revolutions of the take-up core already made after the start of the take-up operation.
  • Material thickness of the material to be wound known, as well as the thickness of the already wound bobbin can be determined depending on this number of revolutions.
  • the motion profile of the rotational movement during the winding can be changed depending on the thickness of the already wound bobbin.
  • the movement profile of the rotational movement during the winding can be changed depending on the thickness of the already wound bobbin.
  • Translational movement can be changed during winding depending on the thickness or of the maximum diameter of the already wound bobbin.
  • the winding device comprises means for detecting a number of revolutions of the take-up core.
  • the rotational speed of the drive device can be set as a function of the number of revolutions. For example, by calculation, simulation or in test winding operations speeds for different number of revolutions can be determined, which is the maximum change of Limit material take-up speed during a revolution of the take-up core to a predetermined value. These speeds can then be the
  • Winding can then be set the number of revolutions of the associated speed, especially during the winding process.
  • the number of revolutions may e.g. depending on an angular position of
  • the winding device can also comprise a device for detecting the angular velocity or angular acceleration, wherein the number of revolutions can then be determined as a function of the angular velocity or acceleration.
  • the winding device comprises at least one device for detecting a material take-up speed of the material.
  • Wrapping be set such that the material take-up speed of the material during the entire winding process is constant or deviates only by a predetermined amount of a desired material take-up speed.
  • the winding device comprises at least one dancer device.
  • the dancer device may in this case be part of the device for detecting a material take-up speed and / or a device for determining a web tension of the material to be wound up.
  • the material take-up speed of the material can be determined as a function of a position of at least one movable (deflection) roller of the dancer device.
  • the dancer device may comprise at least two deflection rollers, wherein at least one deflection roller may be movable, in particular with a linear movement.
  • the position of the movable deflection roller can be dependent on the material take-up speed of the material.
  • the position at a high material take-up speed may differ from the position at a comparatively lower material take-up speed.
  • the position of the movable deflection roller can in this case by a corresponding
  • the winding device may include a position detection device for detecting a position of the movable roller of the dancer device.
  • a web tension may be determined in response to a force acting on a non-movable (diverting) roll of the dancer.
  • the force on the non-movable roller can be dependent on the web tension of the material.
  • the force can be detected by a corresponding force detection device.
  • the winding device may comprise a force sensor for detecting the force on the roll of the dancer.
  • the material take-up speed and / or the web tension can be used in particular for a teach-in process. This will be explained in more detail below.
  • the method can in this case by means of a device according to one of the in this
  • the winding core can, as previously explained, be moved with a translational movement with at least one, but preferably a plurality, especially two, degrees of translational freedom.
  • the corresponding benefits have already been explained above.
  • the rotational speed of the rotational movement of the take-up core is changed, in particular during a winding operation.
  • a rotational motion profile and / or a translational motion profile is determined in a teach-in run, wherein the
  • Rotation motion profile and / or the translational motion profile is set in a subsequent take-up run.
  • a winding may be generated at a predetermined teach-in rotational speed of the take-up core, wherein the teach-in rotational speed is less than a take-up rotational speed in a subsequent take-up pass.
  • a material feed rate or a web tension may be determined in the teach-in run (s).
  • the rotational motion profile and / or the translational motion profile in or during the teach-in run (s) can be determined or adapted such that the
  • Material feed rate or the web tension during the teach-in run is constant or deviates only by a predetermined amount of a desired setpoint.
  • a position of at least one movable roller of a dancer device of a material supply device can be determined or detected, wherein the rotational movement profile and / or the translational movement profile are determined or
  • Winding process is constant or not more than a predetermined amount deviates from a desired target position. Also, a force on a role of a dancer of a
  • MaterialzuScience painfully acquired, wherein the rotational motion profile and / or the translation motion profile determined or
  • the rotational motion profile and / or translational motion profile determined in the teach-in run may be stored, e.g. in a corresponding
  • the stored rotational motion profile and / or translational motion profile can be adjusted.
  • the movable deflection roller can be spatially fixed, that is arranged in a stationary manner.
  • FIGURE shows a schematic block diagram of a winding device according to the invention.
  • Fig. 1 is a schematic block diagram of an inventive
  • the winding device 15 is used in particular for the production of flat coils.
  • the winding device 15 comprises a control device 12 which may be designed as a microcontroller or may comprise such.
  • the winding device 15 comprises a material feed device 27, wherein the
  • Material supply 27 comprises an unwinding drive device 2, a take-off roll 1 and various deflection rollers 3.
  • a deflection pulley 3b forms a movable deflection pulley 3b of the dancer device 10. It is further shown that by means of the unwinding drive device 2 the unwinding roll 1 can be rotated, wherein a rotational movement is represented by an arrow 17 is.
  • a mass element 16 which is mechanically rigidly coupled to the movable deflection roller 3b.
  • a position sensor 1 1 for detecting a position of the movable guide roller 3b. In this case, the position sensor 1 1 may in particular comprise a position of the mass element 16 mechanically coupled to the movable deflection roller 3b.
  • a locking unit 26 for the spatial fixing of the mass element 16 and thus also for the spatial fixation of the movable deflection roller 3b.
  • the locking unit 26 may be part of the
  • Winding device 15 in particular the material feed 27, be.
  • Locking unit 26 may fix the mass member 16 during a take-up pass and release it during a teach-in pass.
  • Another deflection roller 3c serves as a supply deflection roller.
  • a material to be wound for example a film web 13 or ropes, threads or wires, is fed to a take-up core 4.
  • the winding core 4 is part of the winding device 15. It is shown that the winding core 4 is rotatable about an axis of rotation, wherein the rotational movement is represented by an arrow 14. In a cross-sectional plane which is oriented orthogonal to this axis of rotation, the winding core 4 has an oval cross-section.
  • Winding core 4 is supplied.
  • Material supply for feeding these additional materials according to the already explained material supply 27 may be formed.
  • these may also each include a dancer device 10.
  • a rotary drive device 9 which is mechanically coupled via a hinge shaft 18 with the take-up core 4. Driving forces or drive torques for rotating the winding core 4 can be generated by the rotational drive device 9 and transmitted via the propeller shaft 18.
  • the take-up core 4 is rotatably mounted on a carriage 5, which has an example formed as a rail and shown schematically Guiding device 19 is guided for a linear guide on a plane.
  • An arrow 20 shows a linear movement with which the winding core 4 can be moved along this guide device 19.
  • the carriage 5 is coupled via a lever 21 and a cam roller 6 with a cam 7.
  • the cam 7 and the cam roller 6 and the lever 21 are part of a cam gear 24.
  • a translational drive device 8, in particular a servo motor, generates drive forces or drive torques for rotation of the cam 7, which can be transmitted via a shaft 22.
  • the rotational movement of the cam 7 is shown schematically by an arrow 23.
  • the cam roller 6 moves during the rotation of
  • Cam 7 the outer contour of the cam 7 from. As a result, the carriage 5 is moved with a desired movement profile of the translational movement.
  • Movement profile ie in particular a time course of the acceleration, the speed and the position of the carriage 5 and thus of the take-up core 4, is dependent on a geometric design of the cam 7, in particular a geometric design of the outer contour.
  • spring elements over which the cam roller 6 to the outer contour of
  • Cam 7 can be pressed.
  • the take-up core 4 is movable by means of a positioning device 25 with a translational movement, wherein the positioning means 25 in the illustrated embodiment, the translation drive means 8, the shaft 22, the cam gear 24, the lever 21, the carriage 5 and the guide device 19th includes.
  • a rotational speed of the rotary drive device 9 can be changed. Since the circumference of the already wound bobbin changes with each completed revolution of the take-up core 4, in particular increases, also a material consumption changes during the further following revolutions. This can lead to unwanted big changes in the
  • a so-called teach-in operation can be performed.
  • a winding with a very slow rotational speed of the winding core 4 can be generated.
  • the position sensor 11 detects the position of the movable deflection roller 3b. The position signal is evaluated in the control device 12, wherein the control device 12 a rotational speed of the
  • Rotary drive means 9 can set such that a position of the movable guide roller during the winding operation is constant or deviates only by a predetermined amount from a desired position. In this case, the position of the movable deflection roller 3b together with the material take-up speed vz represents.
  • the correspondingly determined movement profile of the rotational movement can be stored in the control device, for example a storage device of the control device 12.
  • the movable guide roller 3b is detected in its position with the locking unit 26, that is arranged stationary, and the stored motion profile set by the rotary drive means 9.

Landscapes

  • Secondary Cells (AREA)
  • Winding Of Webs (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wickelvorrichtung (15) zur Herstellung von Flachwickeln, wobei die Wickelvorrichtung (15) mindestens eine Steuereinrichtung (12), mindestens eine Materialzuführeinrichtung (27) und einen Aufwickelkern (4) umfasst, wobei die Wickelvorrichtung (15) mindestens eine Positioniereinrichtung (25) für den Aufwickelkern (4) umfasst, wobei der Aufwickelkern (4) mittels der Positioniereinrichtung (25) mit einer Translationsbewegung bewegbar ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung von Flachwickeln.

Description

Wickelvorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Flachwickeln
Die Erfindung betrifft eine Wickelvorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung von Flachwickeln.
Batteriegrundkörper, die auch als Jelly Rolls bezeichnet werden, können aus mehreren, in vorbestimmter Reihenfolge übereinander liegenden, aufgewickelten Folienlagen bestehen. Eine dieser Folienlagen kann eine beschichtete Metallfolie sein, die als
Elektrode der Batterie bzw. des Akkumulators dient. Auch kann eine Folienlage einen Separator der Batterie bzw. des Akkumulators bilden und insbesondere aus Kunststoff bestehen.
Zur Anpassung an verfügbaren Bauraum kann es erforderlich sein, die zylinderförmigen Batteriegrundkörper nicht mit kreisrundem Querschnitt zu wickeln. Insbesondere kann es erwünscht sein, möglichst flache Batteriegrundkörper zu wickeln.
Das Wickeln von im Querschnitt beispielsweise ovalen Wickelkörpern führt jedoch zu einem diskontinuierlichen Materialverbrauch beim Wickeln. Mit anderen Worten kann sich eine Materialaufnahmegeschwindigkeit des zugeführten Wickelmaterials beim Wickeln verändern. Durch diese sich verändernden Materialaufnahmegeschwindigkeiten kann sich auch eine Bahnspannung einer aufzuwickelnden Folienbahn verändern.
Es ist bekannt, einen kontinuierlichen Materialverbrauch, d.h. eine Materialzuführung mit konstanter oder annähernd konstanter Zuführgeschwindigkeit über einen Materialpuffer zu ermöglichen. Als ein solcher Materialpuffer dient beispielsweise ein sogenanntes
Tänzersystem, wobei Umlenkrollen des Tänzersystems bewegt werden können, um eine Menge gepufferten Materials zu verändern. Hierbei können die Umlenkrollen entweder massebehaftete Umlenkrollen sein, oder pneumatisch oder servoelektrisch mit einer Translationsbewegung bewegt werden.
Die DE 100 64 477 A1 beschreibt ein Verfahren zum Wickeln nicht kreisrunder Spulen, bei dem ein Wickeldraht auf einen Wickeldorn gewickelt und in einem Wickelpunkt zur Auflage kommt, bei dem die Wickelgeschwindigkeit so eingestellt wird, dass sich der Wickelpunkt gegenüber dem Wickeldorn mit konstanter Winkelgeschwindigkeit dreht. Weiter wird der Wickeldraht dem Wickelpunkt mit konstanter Geschwindigkeit zugeführt. Die Druckschrift beschreibt hierbei allerdings nicht das Aufwickeln von Folien. Weiter offenbart die Druckschrift keine Translationsbewegung des Wickeldorns.
Weiter bekannt ist die DE 36 21 932 A1 . Diese offenbart eine Vorrichtung zur Erzeugung einer einstellbaren, konstanten Drahtzugspannung für Wickelmaschinen mit einer steuerbaren Bremseinrichtung für den Draht. Der Draht wird über ein sogenanntes Tänzersystem geführt. Das Tänzersystem besteht aus wenigstens zwei im Abstand veränderbaren Scheibenanordnungen, die den Draht als Drahtvorratsspeicher flaschenzugähnlich zur Verfügung stellen. Weiter ist die Position der beweglichen Scheibenanordnung über ein zugeordnetes Messglied abfragbar. Für hohe
Wickelgeschwindigkeiten und insbesondere für Wickelkörper mit einem nichtkreisförmigen Querschnitt ermöglicht die in der Druckschrift beschriebene
Wickelmaschine jedoch nicht die Einstellung der konstanten Drahtzugspannung mit der gewünschten Genauigkeit.
Die EP 0 737 525 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Auf- und Abspulen von
Metalldrähten. Hierbei erfolgt die Regelung der Drahtspannung sowie der
Drahtablaufgeschwindigkeit mit Hilfe eines Tänzersystems. Das Tänzersystem weist einen Proportional-Drehmagneten auf, der an dem Winkelkodierer des Tänzersystems gekoppelt ist und der ein proportional zu seiner Versorgungsspannung anwachsendes Drehmoment erzeugt. Auch die in dieser Druckschrift beschriebene Aufwickelvorrichtung ermöglicht nicht die gewünschte genaue Einstellung einer konstanten Drahtspannung für hohe Wickelgeschwindigkeiten und insbesondere für Wickelkörper mit einem nichtkreisförmigen Querschnitt.
Es stellt sich das technische Problem, eine Wickelvorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung von Flachwickeln zu schaffen, die eine Herstellung von Wickelkörpern, insbesondere mit einem nicht-kreisförmigen Querschnitt, mit hohen
Wickelgeschwindigkeiten ermöglichen.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Es ist eine Grundidee der Erfindung, einen Aufwickelkern einer Wickelvorrichtung zusätzlich zu der zum Aufwickeln erforderlichen Rotationsbewegung mit einer
Translationsbewegung zu bewegen. Zusätzlich kann auch die Rotationsgeschwindigkeit der Rotationsbewegung zum Aufwickeln variiert werden.
Vorgeschlagen wird eine Wickelvorrichtung zur Herstellung von Flachwickeln.
Selbstverständlich kann die Wickelvorrichtung nicht ausschließlich zur Herstellung von Flachwickeln, sondern auch zur Herstellung von Rundwickeln genutzt werden.
Die Wickelvorrichtung umfasst mindestens eine Steuereinrichtung. Diese kann z.B. einen MikroController umfassen oder als solcher ausgebildet sein. Weiter umfasst die
Wickelvorrichtung mindestens eine Materialzuführeinrichtung. Es ist selbstverständlich auch möglich, dass die Wickelvorrichtung mehrere Materialzuführeinrichtungen umfasst. Eine Materialzuführeinrichtung kann hierbei eine Gesamtheit von Elementen bezeichnen, die aufzuwickelndes Material bereitstellt und einem Aufwickelkern zuführt.
Das aufzuwickelnde Material kann insbesondere als Rollenware bereitgestellt werden. Weiter kann das aufzuwickelnde Material als Materialbahn bereitgestellt werden, beispielsweise indem als Rollenware bereitgestelltes Material von einer Abwickelrolle abgewickelt wird. Z.B. kann das aufzuwickelnde Material eine Metallfolie oder eine Kunststofffolie sein. Die Wickelvorrichtung kann hierbei zum Aufwickeln von einem oder mehreren Folien dienen. Alternativ kann das aufzuwickelnde Material aber auch die Form eines Seiles, eines Drahtes oder einer Faser aufweisen.
Weiter umfasst die Wickelvorrichtung den erläuterten Aufwickelkern. Der Aufwickelkern kann hierbei ein Bauteil bezeichnen, welches um eine Rotationsachse rotiert.
Der Aufwickelkern kann einen nicht-kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Der Querschnitt kann hierbei in einer Querschnittsebene gegeben sein, die orthogonal zur Rotationsachse der Rotationsbewegung orientiert ist. Es ist z.B. vorstellbar, dass der Aufwickelkern in der erläuterten Querschnittsebenen einen ovalen Querschnitt aufweist.
Erfindungsgemäß umfasst die Wickelvorrichtung mindestens eine Positioniereinrichtung für den Aufwickelkern. Der Aufwickelkern ist mittels der Positioniereinrichtung mit einer Translationsbewegung bewegbar. Dies kann insbesondere bedeuten, dass die Rotationsachse des Aufwickelkerns mit der Translationsbewegung bewegbar ist. Somit kann der Aufwickelkern eine Rotations- und Translationsbewegung gleichzeitig ausführen.
Die Translationsbewegung weist mindestens einen Translationsfreiheitsgrad auf.
Insbesondere kann der Aufwickelkern mit der Translationsbewegung entlang einer geradlinigen Trajektorie bewegt werden. Selbstverständlich ist es jedoch auch vorstellbar, dass die Translationsbewegung mehrere Translationsfreiheitsgrade, insbesondere zwei oder drei Translationsfreiheitsgrade, aufweist. So ist es insbesondere vorstellbar, dass der Aufwickelkern entlang einer ersten geradlinigen Trajektorie und entlang einer zweiten geradlinigen Trajektorie bewegbar ist, wobei die geradlinigen Trajektorien senkrecht zueinander orientiert sind. Dies kann auch als x-y-Bewegung bezeichnet werden.
Ein Bewegungsprofil der Translationsbewegung und gegebenenfalls auch ein
Bewegungsprofil der Rotationsbewegung kann hierbei derart eingestellt werden, dass eine Materialaufnahmegeschwindigkeit des Materials konstant ist oder sich nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß ändert.
Die Materialaufnahmegeschwindigkeit kann eine Materialtransportgeschwindigkeit, insbesondere eine Bahngeschwindigkeit, des aufzuwickelnden Materials in
Transportrichtung vor einem mechanischen Kontakt des Materials mit dem Aufwickelkern sein. Beispielsweise kann die Materialaufnahmegeschwindigkeit die
Materialtransportgeschwindigkeit in einem Abschnitt des aufzuwickelnden Materials sein, der in Transportrichtung unmittelbar vor dem mechanischen Kontaktpunkt des Materials mit dem Aufwickelkern bzw. mit dem bereits aufgewickelten Wickelkörper angeordnet ist. Beispielsweise kann der Abschnitt zwischen einer entlang der Transportrichtung letzten Umlenkrolle und dem Aufwickelkern bzw. dem bereits aufgewickelten Wickelkörper angeordnet sein.
Durch die Rotation des Aufwickelkerns wird Material von dem Aufwickelkern von der vorhergehend erläuterten Materialzuführeinrichtung abgezogen oder aufgenommen, wobei sich die Materialaufnahmegeschwindigkeit einstellt. Hierbei kann es natürlich erforderlich sein, dass die Materialzuführeinrichtung das durch die Rotation
aufgenommene Material mit ausreichender Dynamik bereitstellt. Eine Materialbereitstellungsgeschwindigkeit kann von der Materialzuführgeschwindigkeit verschieden sein. Z.B. kann eine Materialbereitstellungseinrichtung, die auch ein
Tänzersystem umfassen kann, eine Abwickelrolle umfassen, von der aufzuwickelndes Material mit einer vorbestimmten Abwickelgeschwindigkeit
(Materialbereitstellungsgeschwindigkeit) abgewickelt wird. Die
Materialbereitstellungsgeschwindigkeit kann hierbei insbesondere konstant sein.
Insbesondere bei einem nicht-kreisförmigen Querschnitt des Aufwickelkerns ändert sich die Materialaufnahmegeschwindigkeit während einer, insbesondere einzelnen,
Umdrehung des Aufwickelkerns mit konstanter Rotationsgeschwindigkeit. Diese sich verändernde Materialaufnahmegeschwindigkeit führt auch zu sich verändernden
Materialspannungen. Zu starke Änderungen der Materialaufnahmegeschwindigkeit und somit Materialspannung sind aber unerwünscht. Die Translationsbewegung, insbesondere ein geeignet eingestelltes Bewegungsprofil der Translationsbewegung, ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass die Materialaufnahmegeschwindigkeit des aufzuwickelnden Materials trotz des nicht-kreisförmigen Querschnitts während der Rotation des
Aufwickelkerns konstant oder annähernd konstant ist. Dies wiederum ermöglicht in vorteilhafter Weise einen (annähernd) konstanten Materialverbrauch beim Aufwickeln. Hierdurch wiederum reduzieren sich in vorteilhafter Weise Veränderungen der
Materialspannungen beim Aufwickeln und es wird ein Aufwickeln mit hoher
Wickelgeschwindigkeit ermöglicht.
Weiter kann das Bewegungsprofil, also der zeitliche Verlauf mindestens eines
Bewegungsparameters, für die Rotationsbewegung und für die Translationsbewegung vor Beginn des Aufwickelvorgangs festgelegt werden. Z.B. kann durch Berechnung und/oder Simulation oder durch ein Teach-In-Verfahren vor dem Aufwickelvorgang ein
Bewegungsprofil für den Aufwickelvorgang bestimmt werden, wobei dieses
Bewegungsprofil für den Aufwickelvorgang eingestellt wird.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Wickelvorrichtung mindestens eine Führungseinrichtung zur Führung der Translationsbewegung. Die Führungseinrichtung kann z.B. als beweglicher Schlitten ausgebildet sein oder einen solchen umfassen.
Insbesondere kann die Positioniereinrichtung der Wickelvorrichtung die
Führungseinrichtung umfassen oder aufweisen. Die Führungseinrichtung kann
insbesondere eine Bewegungsführung mit einer Linearbewegung, insbesondere einer geradlinigen Linearbewegung, ermöglichen. Der Aufwickelkern kann hierbei drehbar an dem Schlitten gelagert sein.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Positioniereinrichtung mindestens eine Antriebseinrichtung und mindestens ein Kurvengetriebe. Die Antriebseinrichtung und der Aufwickelkern sind mittels des mindestens einen Kurvengetriebes mechanisch gekoppelt. Die Antriebseinrichtung kann auch als Translationsantriebs- oder
Linearantriebseinrichtung bezeichnet werden.
Mit anderen Worten kann die Linearantriebseinrichtung den Aufwickelkern über das mindestens eine Kurvengetriebe und die Führungseinrichtung translatorisch bewegen. Insbesondere können die übertragenen Kräfte bzw. Momente eine Linearbewegung mit einem Translationsfreiheitsgrad oder eine Linearbewegung mit zwei
Translationsfreiheitsgraden bewirken. Selbstverständlich können zusätzlich zu dem Kurvengetriebe auch noch weitere Elemente zur mechanischen Kopplung vorgesehen sein.
Die Antriebseinrichtung kann hierbei z.B. als elektrische Maschine, z.B. als Servomotor ausgebildet sein. Das Kurvengetriebe kann hierbei mindestens einen Kurventräger, insbesondere einen drehbar gelagerten Kurventräger, und ein Abgriffelement, insbesondere mindestens ein gerade geführtes Abgriffelement, umfassen. Über eine Abtriebswelle kann der Servomotors den Kurventräger, insbesondere eine
Kurvenscheibe, des Kurvengetriebes antreiben, beispielsweise rotieren. Über das Abgriffelement des Kurvengetriebes kann der Kurventräger mit dem Aufwickelkern oder mit einem mit dem Aufwickelkern mechanisch gekoppeltem Element gekoppelt sein. Durch die Verwendung eines Kurvengetriebes ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass eine Translationsbewegung mit einem gewünschten Bewegungsprofil insbesondere auch für hohe Geschwindigkeiten und hohe Beschleunigungen mit geringem Montageaufwand zuverlässig durchgeführt werden kann. Hierbei kann die geometrische Ausbildung des Kurventrägers, insbesondere der Kurvenscheibe, in Abhängigkeit des gewünschten Bewegungsprofils der Translationsbewegung erfolgen bzw. festgelegt werden.
Hierbei stellt ein Kurvengetriebe nur eine bevorzugte Ausführungsform einer
mechanischen Kopplung zwischen einer Antriebseinrichtung und dem Aufwickelkern dar. Eine mechanische Kopplung kann selbstverständlich auch über alternative Ausführungsformen, beispielsweise alternative Getriebe, erfolgen.
In einer weiteren Ausführungsform ist eine Raumlage mindestens eines Elements des Kurvengetriebes veränderbar. Die Raumlage bezeichnet hierbei eine Position und gegebenenfalls eine Orientierung des Elements im dreidimensionalen Raum bzw. in einem vorbestimmten Referenzkoordinatensystem.
Beispielsweise kann mindestens ein Element des Kurvengetriebes oder auch die
Gesamtheit aus Antriebseinrichtung und Kurvengetriebe bewegt werden. Hierzu kann die Wickelvorrichtung eine weitere Antriebseinrichtung umfassen, die eine Antriebskraft bzw. ein Antriebsmoment zur Veränderung der Raumlage des mindestens einen Elements des Kurvengetriebes erzeugt. Selbstverständlich kann die Wickelvorrichtung auch Elemente zur Übertragung dieser Antriebsmomente bzw. Antriebskräfte umfassen.
Insbesondere kann eine Raumlage des Kurventrägers verändert werden. Die Änderung der Raumlage des mindestens einen Elements des Kurvengetriebes kann hierbei eine Veränderung des Bewegungsprofils der Translationsbewegung des Aufwickelkerns bewirken.
Durch eine Bewegung des mindestens einen Elements kann insbesondere ein ansonsten periodisches Bewegungsprofil der Translationsbewegung verändert werden,
insbesondere auch während der Ausführung der Translationsbewegung. Hierdurch ergibt sich wiederum in vorteilhafter Weise eine bessere Anpassung des Bewegungsprofils der Translationsbewegung an sich verändernde Rahmenbedingungen während des
Aufwickelvorgangs, beispielsweise an eine sich verändernde Dicke des bereits aufgewickelten Wickelkörpers.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Wickelvorrichtung eine
Antriebseinrichtung, z.B. einen Servomotor, für die Erzeugung einer Rotationsbewegung des Aufwickelkerns. Diese kann auch als Rotations-Antriebseinrichtung bezeichnet werden. Selbstverständlich kann die Wickelvorrichtung auch Übertragungsmittel zur Übertragung dieser Antriebskräfte bzw. -momente von der Antriebseinrichtung auf den Aufwickelkern umfassen. Weiter ist eine Drehzahl der Antriebseinrichtung steuerbar. Somit kann insbesondere eine Rotationsgeschwindigkeit der Abtriebswelle der Antriebseinrichtung für die Rotationsbewegung des Aufwickelkerns aktiv verändert, werden.
Die Rotations-Antriebseinrichtung kann ortsfest relativ zu der mit der
Translationsbewegung bewegbaren Rotationsachse des Aufwickelkerns angeordnet sein. Auch kann die Rotations-Antriebseinrichtung ortsfest relativ zur Rotationsachse des Aufwickelkerns angeordnet sein, beispielsweise auf einem Schlitten, an dem der
Aufwickelkern drehbar gelagert ist.
Die Rotations-Antriebseinrichtung kann insbesondere über mindestens eine flexible Welle oder über mindestens eine Gelenkwelle mit dem Aufwickelkern mechanisch gekoppelt sein. Die Gelenkwelle kann beispielsweise eine Gleichlaufwelle sein. Die Drehzahl der Rotations-Antriebseinrichtung kann gezielt auf verschiedene Drehzahlwerte eingestellt werden. Insbesondere kann die Drehzahl in Abhängigkeit eines, insbesondere
maximalen, Durchmessers des bereits aufgewickelten Wickelkörpers eingestellt werden. Der Durchmesser kann hierbei in Abhängigkeit einer Umdrehungsanzahl des
Aufwickelkerns bestimmt oder durch eine geeignete Erfassungseinrichtung erfasst werden. Hierbei bezeichnet die Umdrehungsanzahl die Anzahl der nach Beginn des Aufwickelvorgangs bereits erfolgten Umdrehungen des Aufwickelkerns. Ist eine
Materialdicke des aufzuwickelnden Materials bekannt, so kann in Abhängigkeit dieser Umdrehungsanzahl auch die Dicke des bereits aufgewickelten Wickelkörpers bestimmt werden.
Mit anderen Worten kann das Bewegungsprofil der Rotationsbewegung während des Aufwickelns in Abhängigkeit von der Dicke des bereits aufgewickelten Wickelkörpers verändert werden. Gegebenenfalls kann auch das Bewegungsprofil der
Translationsbewegung während des Aufwickelns in Abhängigkeit von der Dicke bzw. von dem maximalen Durchmesser des bereits aufgewickelten Wickelkörpers verändert werden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Wickelvorrichtung eine Einrichtung zur Erfassung einer Umdrehungsanzahl des Aufwickelkerns. Weiter ist die Drehzahl der Antriebseinrichtung in Abhängigkeit der Umdrehungsanzahl einstellbar. Beispielsweise können durch Berechnung, Simulation oder in Testaufwickelvorgängen Drehzahlen für verschiedene Umdrehungsanzahlen ermittelt werden, die die maximale Änderung der Materialaufnahmegeschwindigkeit während einer Umdrehung des Aufwickelkerns auf einen vorbestimmten Wert begrenzen. Diese Drehzahlen können dann der
entsprechenden Umdrehungsanzahl zugeordnet werden. Bei einem folgenden
Aufwickelvorgang kann dann die der Umdrehungsanzahl zugeordnete Drehzahl eingestellt werden, insbesondere auch während des Aufwickelvorgangs.
Die Umdrehungsanzahl kann z.B. in Abhängigkeit einer Winkelposition des
Aufwickelkerns bestimmt werden. In diesem Fall kann die Wickelvorrichtung eine
Einrichtung zur Erfassung der Winkelposition umfassen. Selbstverständlich kann die Wickelvorrichtung aber auch eine Einrichtung zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit oder Winkelbeschleunigung umfassen, wobei in Abhängigkeit der Winkelgeschwindigkeit bzw. -beschleunigung dann die Umdrehungsanzahl ermittelt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Wickelvorrichtung mindestens eine Einrichtung zur Erfassung einer Materialaufnahmegeschwindigkeit des Materials.
Weiter kann eine Einstellung von Bewegungsparametern der Translationsbewegung und/oder der Rotationsbewegung des Aufwickelkerns in Abhängigkeit der erfassten Materialaufnahmegeschwindigkeit erfolgen. Somit kann also eine Regelung der
Translationsbewegung und/oder der Rotationsbewegung, während des
Aufwickelvorgangs erfolgen.
Allerdings ist es auch möglich, dass die Bewegungsparameter der Translations- und/oder Rotationsbewegung des Aufwickelkerns für einen Wickelvorgang zeitlich vor dem
Wickelvorgang derart festgelegt werden, dass die Materialaufnahmegeschwindigkeit des Materials während des gesamten Wickelvorgangs konstant ist oder nur um ein vorbestimmtes Maß von einer gewünschten Materialaufnahmegeschwindigkeit abweicht. In diesem Fall kann eine Steuerung der Translationsbewegung und/oder
Rotationsbewegung während des Aufwickelvorgangs erfolgen. Hierdurch wird in vorteilhaftere Weise eine Aufwicklung mit hohen Aufwickelgeschwindigkeiten ermöglicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Wickelvorrichtung mindestens eine Tänzereinrichtung. Die Tänzereinrichtung kann hierbei Teil der Einrichtung zur Erfassung einer Materialaufnahmegeschwindigkeit und/oder einer Einrichtung zur Bestimmung einer Bahnspannung des aufzuwickelnden Materials sein. Z.B. kann die Materialaufnahmegeschwindigkeit des Materials in Abhängigkeit einer Position zumindest einer bewegbaren (Umlenk-)Rolle der Tänzereinrichtung bestimmt werden. Beispielsweise kann die Tänzereinrichtung mindestens zwei Umlenkrollen umfassen, wobei mindestens eine Umlenkrolle bewegbar sein kann, insbesondere mit einer Linearbewegung. Die Position der bewegbaren Umlenkrolle kann hierbei abhängig von der Materialaufnahmegeschwindigkeit des Materials sein. So kann sich z.B. die Position bei einer hohen Materialaufnahmegeschwindigkeit von der Position bei einer im Vergleich niedrigeren Materialaufnahmegeschwindigkeit unterscheiden. Die Position der bewegbaren Umlenkrolle kann hierbei durch eine entsprechende
Positionserfassungseinnchtung erfasst werden. In diesem Fall kann die Wickelvorrichtung eine Positionserfassungseinnchtung zur Erfassung einer Position der bewegbaren Rolle der Tänzereinrichtung umfassen.
Alternativ oder kumulativ kann eine Bahnspannung in Abhängigkeit einer Kraft bestimmt werden, die auf eine nicht bewegbare (Umlenk-)Rolle der Tänzereinrichtung wirkt. Die Kraft auf die nicht bewegbare Rolle kann hierbei abhängig von der Bahnspannung des Materials sein. So kann sich z.B. die Kraft bei einer hohen Bahnspannung von der Kraft bei einer im Vergleich niedrigeren Bahnspannung unterscheiden. Die Kraft kann hierbei durch eine entsprechende Krafterfassungseinrichtung erfasst werden. In diesem Fall kann die Wickelvorrichtung einen Kraftsensor zur Erfassung der Kraft auf die Rolle der Tänzereinrichtung umfassen.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zuverlässige, genaue und einfach zu implementierende Erfassung der Materialaufnahmegeschwindigkeit und/oder der Bahnspannung. Die Materialaufnahmegeschwindigkeit und/oder die Bahnspannung kann insbesondere für ein Teach-In-Verfahren genutzt werden. Dies wird nachfolgend näher erläutert.
Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Herstellung von Flachwickeln, wobei einem Aufwickelkern Material mit einer Materialaufnahmegeschwindigkeit zugeführt wird. Weiter wird der Aufwickelkern rotiert.
Das Verfahren kann hierbei mittels einer Vorrichtung gemäß einer der in dieser
Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt werden. Der Aufwickelkern kann, wie vorhergehend erläutert, mit einer Translationsbewegung mit mindestens einem, vorzugsweise jedoch mehreren, besonderes vorzugsweise zwei, Translationsfreiheitsgraden bewegt werden. Die entsprechenden Vorteile wurden vorhergehend bereits erläutert.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Drehzahl der Rotationsbewegung des Aufwickelkerns verändert, insbesondere während eines Aufwickelvorgangs.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Rotations-Bewegungsprofil und/oder ein Translations-Bewegungsprofil in einem Teach-In-Durchlauf bestimmt, wobei das
Rotations-Bewegungsprofil und/oder das Translations-Bewegungsprofil in einem nachfolgenden Aufwickel-Durchlauf eingestellt wird.
In dem Teach-In-Durchlauf kann ein Wickel mit einer vorbestimmten Teach-In- Rotationsgeschwindigkeit des Aufwickelkerns erzeugt werden, wobei die Teach-In- Rotationsgeschwindigkeit geringer als eine Aufwickel-Rotationsgeschwindigkeit in einem nachfolgenden Aufwickel-Durchlauf ist.
Weiter kann eine Materialzuführgeschwindigkeit oder eine Bahnspannung in dem bzw. während des Teach-In-Durchlauf(s) bestimmt werden. Weiter kann das Rotations- Bewegungsprofil und/oder das Translations-Bewegungsprofil in dem bzw. während des Teach-In-Durchlauf(s) derart bestimmt bzw. angepasst werden, dass die
Materialzuführgeschwindigkeit oder die Bahnspannung während des Teach-In-Durchlaufs konstant ist oder nur um ein vorbestimmtes Maß von einem gewünschten Sollwert abweicht.
Z.B. kann eine Position zumindest einer bewegbaren Rolle einer Tänzereinrichtung einer Materialzuführeinrichtung bestimmt oder erfasst werden, wobei das Rotations- Bewegungsprofil und/oder das Translations-Bewegungsprofil derart bestimmt bzw.
angepasst werden, dass die Position der bewegbaren Rolle während des
Aufwickelvorgangs konstant ist oder nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß von einer gewünschten Soll-Position abweicht. Auch kann eine Kraft auf eine Rolle einer Tänzereinrichtung einer
Materialzuführeinrichtung bestimmt oder erfasst werden, wobei das Rotations- Bewegungsprofil und/oder das Translations-Bewegungsprofil derart bestimmt bzw.
angepasst werden, dass die Kraft auf die Rolle während des Aufwickelvorgangs konstant ist oder nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß von einer gewünschten Soll-Kraft abweicht.
Das im Teach-In-Durchlauf bestimmte Rotations-Bewegungsprofil und/oder Translations- Bewegungsprofil kann gespeichert werden, z.B. in einer entsprechenden
Speichereinrichtung. In einem nachfolgenden Aufwickel-Durchlauf, der insbesondere mit der Aufwickel-Rotationsgeschwindigkeit durchgeführt werden kann, kann das
gespeicherte Rotations-Bewegungsprofil und/oder Translations-Bewegungsprofil eingestellt werden. Hierbei kann insbesondere die bewegbare Umlenkrolle räumlich fixiert, also ortsfest angeordnet, werden.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zuverlässige Bestimmung eines
Rotations-Bewegungsprofils und/oder Translations-Bewegungsprofils, die einen
Aufwickel-Durchlauf mit möglichst konstanter Materialzuführgeschwindigkeit bzw.
Bahnspannung ermöglichen.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Wickelvorrichtung.
In Fig. 1 ist ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen
Wickelvorrichtung 15 dargestellt. Die Wickelvorrichtung 15 dient insbesondere zur Herstellung von Flachwickeln. Die Wickelvorrichtung 15 umfasst eine Steuereinrichtung 12, die als Mikrocontroller ausgebildet oder einen solchen umfassen kann. Weiter umfasst die Wickelvorrichtung 15 eine Materialzuführeinrichtung 27, wobei die
Materialzuführeinrichtung 27 eine Abwickel-Antriebseinrichtung 2, eine Abwickelrolle 1 und verschiedene Umlenkrollen 3 umfasst. Hierbei bilden Umlenkrollen 3a ortsfest angeordnete Umlenkrollen 3 einer Tänzereinrichtung 10. Eine Umlenkrolle 3b bildet eine bewegbare Umlenkrolle 3b der Tänzereinrichtung 10. Weiter dargestellt ist, dass mittels der Abwickel-Antriebseinrichtung 2 die Abwickelrolle 1 rotiert werden kann, wobei eine Rotationsbewegung durch einen Pfeil 17 dargestellt ist. Weiter angeordnet ist ein Masseelement 16, das mechanisch starr mit der bewegbaren Umlenkrolle 3b gekoppelt ist. Weiter dargestellt ist ein Positionssensor 1 1 zur Erfassung einer Position der bewegbaren Umlenkrolle 3b. Hierbei kann der Positionssensor 1 1 insbesondere eine Position des mechanisch mit der bewegbaren Umlenkrolle 3b gekoppelten Masseelements 16 umfassen. Weiter dargestellt ist eine Feststelleinheit 26 zur räumlichen Fixierung des Masselements 16 und somit auch zur räumlichen Fixierung der bewegbaren Umlenkrolle 3b. Die Feststelleinheit 26 kann Bestandteil der
Wickelvorrichtung 15, insbesondere der Materialzuführeinrichtung 27, sein. Die
Feststelleinheit 26 kann das Masselement 16 während eines Aufwickel-Durchlaufs fixieren und während eines Teach-In-Durchlaufs freigeben.
Eine weitere Umlenkrolle 3c dient als Zuführ-Umlenkrolle. Mittels der Zuführ-Umlenkrolle 3c wird ein aufzuwickelndes Material, beispielsweise eine Folienbahn 13 oder Seile, Fäden oder Drähte, einem Aufwickelkern 4 zugeführt. Der Aufwickelkern 4 ist Teil der Wickelvorrichtung 15. Dargestellt ist, dass der Aufwickelkern 4 um eine Rotationsachse rotierbar ist, wobei die Rotationsbewegung durch einen Pfeil 14 dargestellt ist. In einer Querschnittsebene, die orthogonal zu dieser Rotationsachse orientiert ist, weist der Aufwickelkern 4 einen ovalen Querschnitt auf.
Weiter dargestellt ist eine Materialaufnahmegeschwindigkeit vz, mit der Material durch den Aufwickelkern 4 von der Materialzuführeinrichtung 27 abgezogen und somit dem
Aufwickelkern 4 zugeführt wird.
Weiter schematisch dargestellt ist zusätzlich zugeführtes Material 13, wobei
Materialzuführeinrichtungen zur Zuführung dieser zusätzlichen Materialien entsprechend der bereits erläuterten Materialzuführeinrichtung 27 ausgebildet sein können.
Insbesondere können diese ebenfalls jeweils eine Tänzereinrichtung 10 umfassen.
Weiter dargestellt ist eine Rotations-Antriebseinrichtung 9, welche über eine Gelenkwelle 18 mit dem Aufwickelkern 4 mechanisch gekoppelt ist. Durch die Rotations- Antriebseinrichtung 9 können Antriebskräfte bzw. Antriebsmomente zur Rotation des Aufwickelkerns 4 erzeugt und über die Gelenkwelle 18 übertragen werden.
Weiter dargestellt ist, dass der Aufwickelkern 4 drehbar an einem Schlitten 5 gelagert ist, der über eine z.B. als Schiene ausgebildete und schematisch dargestellte Führungseinrichtung 19 für eine Linearführung auf einer Ebene geführt wird. Durch einen Pfeil 20 ist hierbei eine Linearbewegung dargestellt, mit der der Aufwickelkern 4 entlang dieser Führungseinrichtung 19 bewegt werden kann. Der Schlitten 5 ist über einen Hebel 21 und eine Kurvenrolle 6 mit einer Kurvenscheibe 7 gekoppelt. Die Kurvenscheibe 7 und die Kurvenrolle 6 sowie der Hebel 21 sind Bestandteil eines Kurvengetriebes 24. Eine Translations-Antriebseinrichtung 8, insbesondere ein Servomotor, erzeugt Antriebskräfte bzw. Antriebsmomente zur Rotation der Kurvenscheibe 7, die über eine Welle 22 übertragen werden können. Die Rotationsbewegung der Kurvenscheibe 7 ist schematisch durch einen Pfeil 23 dargestellt. Die Kurvenrolle 6 fährt während der Rotation der
Kurvenscheibe 7 die Außenkontur der Kurvenscheibe 7 ab. Hierdurch wird der Schlitten 5 mit einem gewünschten Bewegungsprofil der Translationsbewegung bewegt. Das
Bewegungsprofil, also insbesondere ein zeitlicher Verlauf der Beschleunigung, der Geschwindigkeit und der Position des Schlittens 5 und somit des Aufwickelkerns 4, ist abhängig von einer geometrischen Ausbildung der Kurvenscheibe 7, insbesondere einer geometrischen Ausbildung der Außenkontur. Nicht dargestellt sind gegebenenfalls vorhandene Federelemente, über die die Kurvenrolle 6 an die Außenkontur der
Kurvenscheibe 7 angedrückt werden kann.
Somit ist dargestellt, dass der Aufwickelkern 4 mittels einer Positioniereinrichtung 25 mit einer Translationsbewegung bewegbar ist, wobei die Positioniereinrichtung 25 im dargestellten Ausführungsbeispiel die Translations-Antriebseinrichtung 8, die Welle 22, das Kurvengetriebe 24, den Hebel 21 , den Schlitten 5 und die Führungseinrichtung 19 umfasst.
Durch die Steuereinrichtung 12 kann eine Drehzahl der Rotations-Antriebseinrichtung 9 verändert werden. Da sich der Umfang des bereits aufgewickelten Wickelkörpers mit jeder absolvierten Umdrehung des Aufwickelkerns 4 ändert, insbesondere vergrößert, verändert sich auch ein Materialverbrauch während der weiter folgenden Umdrehungen. Dies kann dazu führen, dass unerwünscht große Veränderungen der
Materialaufnahmegeschwindigkeit vz während einer Umdrehung auftreten. Diese unerwünscht großen Veränderungen können durch die entsprechende Einstellung der Drehzahl der Rotations-Antriebseinrichtung 9 begrenzt werden.
Zur Ermittlung eines Bewegungsprofils der Rotationsbewegung des Aufwickelkerns 4 und einer Translationsbewegung des Aufwickelkerns 4 für einen Wickelvorgang wird ein sogenannter Teach-In-Betrieb durchgeführt werden. Hierbei kann ein Wickel mit sehr langsamer Rotationsgeschwindigkeit des Wickelkerns 4 erzeugt werden. Während dieses Aufwickelvorgangs im Teach-In-Betrieb erfasst der Positionssensor 1 1 die Position der bewegbaren Umlenkrolle 3b. Das Positionssignal wird in der Steuereinrichtung 12 ausgewertet, wobei die Steuereinrichtung 12 eine Rotationsgeschwindigkeit der
Rotations-Antriebseinrichtung 9 derart einstellen kann, dass eine Position der bewegbaren Umlenkrolle während des Aufwickelvorgangs konstant ist oder nur um ein vorbestimmtes Maß von einer gewünschten Position abweicht. Hierbei repräsentiert die Position der bewegbaren Umlenkrolle 3b mit der Materialaufnahmegeschwindigkeit vz zusammen.
Das entsprechend bestimmte Bewegungsprofil der Rotationsbewegung kann in der Steuereinrichtung, beispielsweise einer Speichereinrichtung der Steuereinrichtung 12, gespeichert werden. Für einen nachfolgenden Aufwickelvorgang, der mit im Vergleich sehr viel höherer Rotationsgeschwindigkeit durchgeführt werden kann, wird die bewegbare Umlenkrolle 3b in ihrer Position mit der Feststelleinheit 26 festgestellt, also ortsfest angeordnet, und das gespeicherte Bewegungsprofil durch die Rotations- Antriebseinrichtung 9 eingestellt.
Bezugszeichenliste
1 Abwickelrolle
2 Abwickel-Antriebseinrichtung
3 Umlenkrolle
3a Umlenkrollen des Tänzersystems
3b bewegbare Umlenkrolle des Tänzersystems
3c Zuführ-Umlenkrolle
4 Aufwickelkern
5 Schlitten
6 Kurvenrolle
7 Kurvenscheibe
8 Translations-Antriebseinrichtung
9 Rotations-Antriebseinrichtung
10 Tänzereinrichtung
1 1 Positionssensor
12 Steuereinrichtung
13 Material
14 Pfeil
15 Wickelvorrichtung
16 Masseelement
17 Pfeil
18 Gelenkwelle
19 Führungseinrichtung
20 Pfeil
21 Hebel
22 Welle
23 Pfeil
24 Kurvengetriebe
25 Positioniereinrichtung
26 Feststelleinheit
27 Materialzuführeinrichtung

Claims

Patentansprüche
1 . Wickelvorrichtung zur Herstellung von Flachwickeln, wobei die
Wickelvorrichtung (15) mindestens eine Steuereinrichtung (12), mindestens eine Materialzuführeinrichtung (27) und einen Aufwickelkern (4) umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wickelvorrichtung (15) mindestens eine Positioniereinrichtung (25) für den Aufwickelkern (4) umfasst, wobei der Aufwickelkern (4) mittels der
Positioniereinrichtung (25) mit einer Translationsbewegung bewegbar ist.
2. Wickelvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Wickelvorrichtung (15) mindestens eine Führungseinrichtung (19) zur Führung der Translationsbewegung umfasst.
3. Wickelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Positioniereinrichtung (25) mindestens eine Antriebseinrichtung (8) und mindestens ein Kurvengetriebe (24) umfasst, wobei die Antriebseinrichtung (8) und der
Aufwickelkern (4) mittels des mindestens einen Kurvengetriebes (24) mechanisch gekoppelt sind.
4. Wickelvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Raumlage mindestens eines Elements des Kurvengetriebes (24) veränderbar ist.
5. Wickelvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Wickelvorrichtung (15) eine Antriebseinrichtung (9) für eine Rotationsbewegung des Aufwickelkerns (4) umfasst, wobei eine Drehzahl der Antriebseinrichtung (9) steuerbar ist.
6. Wickelvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Wickelvorrichtung (15) eine Einrichtung zur Erfassung einer Umdrehungsanzahl des Aufwickelkerns (4) umfasst, wobei die Drehzahl der
Antriebseinrichtung (9) in Abhängigkeit der Umdrehungsanzahl einstellbar ist.
7. Wickelvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Wickelvorrichtung (15) mindestens eine Tänzereinrichtung (10) umfasst.
8. Verfahren zur Herstellung von Flackwickeln, wobei einem Aufwickelkern (4) Material (13) mit einer Materialaufnahmegeschwindigkeit (vz) zugeführt wird, wobei der Aufwickelkern (4) rotiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufwickelkern (4) mit einer Translationsbewegung bewegt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl der
Rotationsbewegung des Aufwickelkerns (4) verändert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rotations- Bewegungsprofil und/oder ein Translations-Bewegungsprofil in einem Teach-In- Durchlauf bestimmt wird, wobei das Rotations-Bewegungsprofil und/oder das
Translations-Bewegungsprofil in einem nachfolgenden Aufwickel-Durchlauf eingestellt wird.
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