DE2534120A1 - Hohlleiterwickelmaschine - Google Patents

Description

Hohlleiterwickelmaschine

Die Erfindung "bezieht sich auf eine Hohlleiterwickelmascliine zum kontinuierlichen Wickeln kreisrunder Hohlleiter aus luetalldraht. Die Maschine "besitzt einen Drahtspanner, eine Wickeleinrichtung und eine Bandwickeleinrichtung, die in dieser Reihenfolge in Sichtung des Hohlleitervorschubes angeordnet sind, wobei die Wickeleinrichtung einen festen Dorn und einen Rotor außerhalb des Dornes aufweist.

Auf dieser Maschine lassen sich endlose kreisrunde Hohlleiter aus einem isolierten Lietalldraht, z«B. aus Kupferlackdralit herstellen durch Wickeln dieses Drahtes zu einer zylindrischen Schicht aus aneinanderliegenden Windungen.

Wenn ein kreisrunder Hohlleiter für die Übertragung der TEq₁-Frequenz die Geometrie eines vollkommenen Kreises besitzt, dann wird die Fortpflanzung der TE₀^-Frequenz

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nicht gestört unter der Voraussetzung, daß die Hohlleiterwand aus einen homogenen Leiter besteht.

Eine der interessantesten Eigenschaften eines derartigen Hohlleiters ist seine geringe Dämpfung. Je größer der Durchmesser des Hohlleiters ist und je höher die Frequenz ist, umso geringer ist die Leitungsdämpfung. Ungünstigerweise ist die TE₀₁-Frequenz schlecht verträglich mit der TM^.-Frequenz, wobei Unvollkommenheiten der Kreisgeometrie zu einer Kopplung zwischen den beiden Frequenzen führen und folglich zu einem Spannungsverlust, wodurch die kleine Dämpfung verloren geht.

Ziel der Erfindung ist eine Hohlleiterwickelmaschine zur Herstellung kreisrunder Hohlleiter mit hoher Formgenauigkeit aus diünneni Draht.

Derartige Maschinen, die einen Draht durch kontinuierliches Wickeln zu aneinanderIiegenden Windungen formen, sind schon verschiedentlich bekannt geworden.

Bei einer ersten Gruppe bekannter Maschinen (britische Patentschrift 887.063) wird der Draht auf einen sich drehenden Dora gewickelt. Der Metalldraht legt sich auf dem Dorn zu aufeinanderliegend en Windungen zusammen, und die hieraus entstehende Wicklung Meibt nur solange auf dem Dorn, wie zu ihrer Versteifung und ihrem. Schutz durch eine Umhüllung oder eine äußere Bekleidung erforderlich ist. Die Drahtwindtingen werden von einer oder mehreren drehbaren Rollen gegengehalten* deren Aufgabe es ist, die Lage der erstea Wineteag der Yificklung längs des Dornes festzulegen. An eimer Stelle, wo die Wicklung eine entsprechende Länge erreicht hat» um durch das Aushärten, eines aufgebrachten härtbaren Imprägniermittels oder einer äußeren Schutzhülle versteift zn sein, wird der Dorndurchmesser vermindert durch eine konische Verjüngung o*der einen Absatz

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oder durch Kühlung des Dornes ohne gleichzeitige Kühlung der Wicklung. Ist eine derartige Maschine mit einem fliegenden Dorn ausgestattet, dann lassen sich endlose, gewickelte kreisrunde Hohlleiter herstellen.

Derartige Maschinen eignen sich allerdings nur für eine geringe Arbeitsgeschwindigkeit, weil ein weit ausladender fliegender Dorn, der sich gleichzeitig dreht, Schwierigkeiten macht und eine große Dornlänge erforderlich ist, um bei hoher Arbeitsgeschwindigkeit eine Aushärtung des Hohlleiters auf dem Dorn zu erreichen.

Bei einer anderen bekannten Gruppe von Maschinen (französische Patentschrift 1 604 891) ist der Dorn entweder fest oder drehbar, und der Draht wird mit Hilfe einer sich drehenden Wickeleinrichtung, die die Drahtspule trägt, auf den Dorn gewickelt. Einerseits eignen sich diese Maschinen schlecht zu einer kontinuierlichen Arbeitsweise, weil die Maschine zum Wechseln der Drahtspule angehalten werden muß, wenn diese leer ist. Andererseits bereitet die TatBache Schwierigkeiten, daß die sich leerende Drahtspule das Trägheitsmoment der sich drehenden Wickeleinrichtung und infolgedessen die Drahtspannung am Aufwickelpunkt ändert.

Es wurde nun beobachtet, daß der Draht auf den Dorn mit konstanter Spannung aufgewickelt werden muß, wenn man einen ganz regelmäßigen Wickel mit aneinanderliegenden Windungen erhalten will. Hun hängt die Drahtspannung am Aufwickelpunkt von der Drahtspannung am Abwickelpunkt der Drahtspule und vom Axialschub des Wickelkopfes ab. Dieser Schub hängt seinerseits von den Haftreibungskräften des Drahtes auf dem Dorn ab. Nun wird, wie gezeigt wird, der Axialschub des Wickelkopfes relativ unabhängig von diesen Haftreibungskräften,wenn koaxial zum und nahe am Wickelkopf

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eine Rollenbremse angeordnet wird, die sowohl den Wellenleiter längs antreibt als auch dessen Abschnitt zwischen Wickelkopf und Rollenbremse unter Spannung hält. Da diese Spannung von der Länge dieses Wellenleiterabschnittes abhängt, ist der Wickelkopf beweglich angeordnet Lind eine Steuereinrichtung vorgesehen, welche den Abstand zwischen Wickelkopf und Rollenbremse konstant hält.

Die Hohlleiterwickelmaschine nach der Erfindung sieht einen hinter einem in der Maschinenachse liegenden Drahtspanner angeordneten und auf einen Dorn arbeitenden Wickelkopf vor, der unter der Rückwirkung der Wicklung in gewissem Umfang längsverschieblich ist. Ferner sind Mittel vorgesehen, um eine gewisse Wickellänge unter einer Druckvorspannung zu halten, wobei die lage des Wickelkopfes diese Mittel beeinflußt.

Hierzu geht die Erfindung aus von einer Halbleiterwickelmaschine der eingangs genannten Art.

Die Halbleiterwickelmaschine ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor der Y/ickeleinrichtung einen inneren, zur Rotorachse geneigten und den Draht durchführenden Kanal aufweist, der einen Kegel mit der Mitte auf dem Drahtspanner beschreibt, sowie eine den Draht vom Austritt des Kanales zur herzustellenden Wicklung hin umlenkende Umlenkrolle. Ferner ist eine Kupplung vorgesehen, die den Dorn ohne Behinderung der Drehung des Drahtes um diesen festhält.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Kupplung als Magnetkupplung ausgebildet und besteht aus einem kegelstumpfförmigen Mittelteil, das mit dem Dorn verbunden ist, und aus einem mit einem Teil des Maschinengestells verbun-

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denen Außenteil, wobei ein Luftspalt zwischen Mittel- und

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Außenteil den Durchgang des Drahtes vom Drahtspanner zum Kanal im Rotor gestattet.

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iiach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die wickeleinrichtung und die Bandwickeleinrichtung mit elektrischen Antriebsmotoren versehen, an die jeweils ein ein Drehzahlsignal abgebender !Tachogenerator angekuppelt isto Ferner ist ein Regelsystem vorgesehen, in dem ein Drehzahlregelkreis der Wickeleinrichtung deren Drehzahl einer Referenzdrehzahl nachführt, und ein Drehzahlrege Hereis der Bandwickeleinrichtung deren Drehzahl der Drehzahl der Wickeleinrichtung nachführt.

Die Bandwickeleinrichtung kann einen koaxial zum Rotor der wickeleinrichtung in dessen Höhe gelagerten Rotor besitzen derart, daß das Aufwickeln der Bänder möglichst nahe dem Wickeln des Drahtes erfolgt.

Nach einem v/eiteren Merkmal der Erfindung ist die Drehzahl der Rollenbremse in einem Drehzahlregelkreis derart der Drehzahl der viickeleinrichtung nachführbar, daß einerseits die von der Rollenbremse durchgelassene länge des Hohlleiterstückes gleich der gewickelten Länge ist und daß andererseits das Hohlleiterstück zwischen Wickeleinrichtung und Rollenbremse unter Druckvorspannung gehalten wird»

Eine Hohlleiterwickelmaschine mit einer Rollenbremse mit mehreren Rollen ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen gleichmäßig über den Umfang des Hohlleiters verteilt angeordnet und von je einem Elektromotor angetrieben sind, wobei die Tangente an einer Rolle in deren Berührungspunkt mit dem Hohlleiter längs einer Mantellinie von dessen ümfangsflache verläuft.

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Die Elektromotoren der Hollen der Rollenbremse können in Reihe geschaltet sein_o

An die Elektromotoren können Tachogeneratoren angekuppelt sein, die ein Signal über die mittlere Drehzahl der Rollen liefern.

Bei einer Hohlleiterwickelmaschine mit einer Rollenbremse mit vier Rollen können zwei untere Rollen in fester stellung angeordnet sein,und zwei obere Rollen können elastisch gegen den Hohlleiter anliegen, wobei die Drehachsen der Rollen jeweils um 45 zur Waagrechten geneigt sind.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung umfaßt der der Drehzahl der Wickeleinrichtung nachgeführte Drehzahlregelkreis der Rollenbremse einen Korrekturkreis, der den Abgleich von gewickelter und durchgelassener Hohlleiterlange übernimmt sowie die Druckvorspannung des HohlleiterStückes «fischen Wiekeleinrichtung und Rollenbremse erhält«

Mach einem weiteren Merkmal der Erfindung dreht der Rotor der Wickeleinrichtung einen in Drehrichtung mitgenommenen Wickelkopf, der unter der Druckvorspannung des Hohlleiterstückes zwischen Wickeleinrichtung und Rollenbremse gegen Druckfedern längsver schieb bar ist. Ein am Wickelkopf angreifender Weggeber liefert hierbei ein Spannungssignal für die Druckvors.panming zum Korrekturkreis des Drehzahl— regelkreises der Sallenbreiise.

Die beiden auf den BrehzahlregeXkreis der· Rollenbremse aufgebrachten Spanmtngssignale für die Drehzahl dier Wickel— einrichtung und für die lage des Wickelkopf es können unter normalen Betriebsbedingungen bevorzugt in einem Y erhält nis. in der Größenordn-Emg von 10:1 stehen.

Der Drehzaltlregelkreis für die Bandwickeleinriektung weist; nach einem weiteren Merkmal der Erfindung eine

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Feinkorrektur einrichtung auf, durch welche die vom Durchmesser der Bandspulen a"bhängende Vorspannung der Bänder manuell korrigierbar ist.

Bei einer AIwandlungsform der Erfindung ist die Bandwickeleinrichtung von einem Schrittschaltmotor antreibbar, dessen numerische Steuerung einerseits von einem Impulsgenerator abhängt, der eine von der Drehzahl der Y/ickeleinrichtung abhängige Impulsfrequenz liefert, und andererseits von einem Impulsgenerator für manuelle Korrektur.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform. Die Beschreibung erfolgt anhand der Seichnungen, in diesen zeigt:

Fig. 1 eine Hohlleiterwickelmaschine in schematischer Gesamtansicht und in teilweisem Schnitt 5

Fig. 2 einen Drahtspanner in schematischer Deirst ellung;

Fig. 3A 3B und 3C eine V/i ekel einrichtung in schematischer Darstellung;

Fig. 4 die Magnetkupplung der Wickeleinrichtung im Querschnitt ;

Fig. 5 in einem Diagramm das Drehmoment der Kupplung in Fig. 4 in Abhängigkeit vom Drehwinkels

Fig. 6 die Bandwickeleinrichtung in schematischer Ansicht; Fig. 7 die Rollenbremse in schematischer Darstellung;

Figo 8 ein Schema zur Darstellung der Kraftverhältnisse an dem Hohlleiterstück zwischen der ¥ickeleinrichtung und der Rollenbremse»

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Fig. 9 in einem Diagramm die Schubkraft der Wickeleinrichtung in abhängigkeit von der länge des Holilleiteratückes zwischen Wickeleinrichtung und Rollenbremse j

Fig. 10 ein Schalt schema des Drehzahlregelkreises der 'wickeleinrichtung;

Fig. 11 ein Schaltschema des Drehzahlregelkreises der Bandwickeleinrichtung j und

Fig. 12 ein Schaltschema des Drehzahlregelkreises der Vorschubeinrichtung.

Die kontinuierlich arbeitende Hohlleiterwickelmaschine (Fig. 1) besitzt im wesentlichen folgende Untereinheiten:

Einen Drahtspanner I, der in der lüaschinenhauptachse angeordnet ist;

eine Wickeleinrichtung IIJ

eine Bandwickeleinrichtung III und

eine Rollenbremse IV₀

Der Drahtspanner I (siehe auch Fig. 2) hat die Aufgabe, der Maschine isolierten Kupferdraht, z.B. Kupferlackdraht, unter konstanter Spannung 'zuzuführen<> Der Drahtspanner besitzt in Vorschubrichtung des Drahtes ein Magazin 11, eine Drahtführung 12, eine verstellbare Rolle 13, deren waagrechte Achse 13a sich in einem Hebel 14 befindet, der schwenkbar auf einer mit dem Maschinengestell verbundenen Achse 14a gelagert ist. Der Hebel mit der Rolle 13 wird durch eine Druckfeder 15 nach oben gedrückt, die mit Hilfe einer Rändelschraube 151 einstellbar ist. Ferner besitzt

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der Drahtspanner eine ortsfeste Solle 16, die über eine Achse 16a mit dem Maschinengestell verbunden ist und mit einer an sich bekannten Magnetpulverbremse 17 ausgerüstet ist, die durch einen eingestellten Strom gespeist wird. Schließlich besitzt der Drahtspanner eine Ausgangsdrahtführung 18, die sich in der Maschinenhauptachse befindet. Der zu verarbeitende Draht befindet sich zwischen den Rollen 13 und.-16 derart eingespannt, daß unter Berücksichtigung der auftretenden Komente und Reibungskoeffizienten keinerlei Rutschen des Drahtes möglich ist. Die Ausgangsspannung des Drahtes wird, durch das Bremsmoment der Bremse 17 reguliert _T das direkt proportional zum Speisestrom der Bremse ist.

Die wickeleinrichtung II (siehe auch Fig. 3a und b) hat die Aufgabe, den Draht auf einen zylindrischen Dorn in aufeinanderliegenden Windungen zu wiekeln.

Die V/ickeleinrichtung (Fig. 5a) umfaßt" einen Dorn 2Λ und einen Rotor 22, der koaxial zum Dorn und unr diesen drehbar gelagert ist.·

Der Rotor- besitzt in einer- radialen Halbebene ainen Kanal. 221 , der in Kiditung auf die Aussgangsdrahtführung· 18; geneigt ist* die» wie schon angegeben wurde* in ier geometrischen Acihse des: Do>rnes. 21: lieg*. Ber Eato-r trägt nahe dem van der Drahtfuthrung, T. 8 abgewälzten Ende des Kanales 221 eine Umlenkrolle 2.2.2.* iiib.er welche eier,- Darakt E¹ lauft» beiTor er auf" den Dorn 2t gewickelt, wird;. l©r Draht F beschreibt bei seinem. Vorläufen ©inen ztxm Dorn kegel mit öSer Sp,itz:e TtB.

Der Djcrm siteJtofc fesifc^ dsjfc· ear ist; f^:es,ii: mnLt; dem: geetell verbMEüäefflij» tjük dii© SteSs»di.erigkeJt:(SEi' zxl verm-eiden» äiie eine DjE-önjaEtg des ΗΙο1ΐ!ΐ1©3ΐ^©3?3- bei seiner· Herstellung

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mit sich brächte. Die großen Drehgeschwindigkeiten, die zur Herstellung feoostiMiaierlicher Hohlleiter erforderlich sind, wurden andernfalls relativ hohe Umdrehungsgeschwin— üigkeiten der Bandwickeleinrichtung und der Rollenbremse mit sich bringen» was zu schwierigen Problemen führen würde.

Aus den angeführten Gründen soll also der Dorn 21 (Fig. 3a) feat mit einem feil 23 des Maschinengestelles verbunden sein. Der vom Draht beschriebene Kegel verlangt aber,, daß dieses· ITeil 23» einen Ausschnitt in Form eines Kegelstumpfes 2 31, aufweist.

Eine konstruktive Lösung dieser Aufgabe ist schematised in Fig> 3b gezeigt, !in Teil 23^r des Masehinenge steilesweist eine zylindrische Innenfläche auf, in der derRotor 22 rait Hilfe von wälzlagern 223> 224 koaxial gelagert ist. Der Hotosr 2:2 seineraeits trägt den Dorn 21· mit Hilfe von Wälzlagern 213, 214« Der Dorn 21 wird in seiner Winkellage bezüglich des Sestelles 23' mit Hilfe einer Kagnetkupplttuag; 24 festgehalten, die im Axialsctoiätt in !ig« 3b> und imj Qpersciuiitt in Fig. 3e gezeigt, isst«

Diese an sich befcaratte Magnetkupplung· 24 besitzt: ein Mittelteil 241 UW& ©im Aüßenteil 2^I43» die "beidie rotatioDissvminetriseli uia üare gemeinsame Achse ausgebildet simsft wim& d.urc:h einemi MtItspalt 245 eimlieitlieher Dicke vonelmamcSei' getrennt aindi. Ber Ikaftspalt Jiat diie Gri-aÄdfOrm eiaes Kegelstumpf es,, ism <äen Bcü"cltgamg; des einten Eegel besalorextseiEiirden DraEütes F zna eBttoglidnea. In der in Kg. 3>σ dargestelltem AusfülLraiingBfoTm ist diie EiipplttD^ 24- in seciaus gleie-h)© Sektoren (siefee auch MgV 4) aiofgeteilt» äii.e: Jeweils eiBi©» magmetiscbsaa Ereia entsprechen!.,, wie er diuarcli düe' mtit Efeilea verseiEiieMe Iiänie angedeutet ist« Earn Sek— t©r mjaf aßt -"beisjElelsweisie EgJane 245a>i 243b> dies Kupplirngs— s!» die äfetrah einen lermnentmagiaet 2?44a mit <3em

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Polen Π, S voneinander getrennt sind, sowie Zähne 241a,

241 "b des Kupplungsmittelteiles, die in einem inneren Kern

242 zusammenlaufen. Die Zähne wie 241a, 243 a bestehen aus magnetischem Werkstoff, und das dem Sektor zwischen den Zähnen verbleibende Volumen ist mit nicht magnetischem Werkstoff gefüllt, wobei die Kegelflächen glatt sind, um den den Luftspalt durchlaufenden Draht ungestört durchgleiten zu lassen.

Ein auf den Dorn ausgeübtes Drehmoment äußert sich durch einen Drehwinkel O zwischen den Teilen 241 und 243 der Kupplung. Dieser Winkel führt zu einem magnetischen Gegenmoment C_e, das den Dorn im Gleichgewicht zu halten versucht. Das Drehmoment Cg hängt vom Drehwinkel 0 gemäß dem in Figo 5 angegebenen Verlauf ab. Das maximale Moment tritt bei einem Winkel Q^ auf, der der halben Winkelteilung der Kupplungszähne entspricht. Die Drehsteifigkeit der Verbindung ergibt sich aus der oteigung der Tangente im Ursprung an die Kurve Cq = f (θ). Diese Drehsteifigkeit sowie die Trägheit des Dornes führen zu einer Eigenfrequenz des Dornes, die zur Verhinderung von Resonanzerscheinungen zu vermeiden ist.

Aus weiter unten angegebenen Gründen besitzt der Rotor 22 der Wickeleinrichtung an seinem vorderen Teil einen Absatz 225 verminderten Durchmessers. Auf diesem Absatz ist ein Wickelkopf 25 montiert, der mit dem Rotor 22 mit Hilfe eines nicht dargestellten Verbindungselementes drehfest verbunden ist. Ein Drahldurchlaßkanal 251 in diesem Wickelkopf findet sich in der Verlängerung des vorerwähnten Kanales 221 im Rotor. Die vorerwähnte Umlenkrolle 222 befindet sich als Umlenkrolle 252 auf der Stirnseite des Wickelkopfes. Der Wickelkopf ist axial verschieblich, wie durch den Doppelpfeil in Fig. 3b angedeutet ist, und trägt auf seiner Vorderseite eine mit verschraubter Seitenfläche

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vorspringende Nase 253» deren Steigung gleich dem Durchmesser des zu wickelnden Drahtes ist. Diese !fase gibt eine Hilfestellung "beim Aufwickeln des Drahtes auf den Dorn und schiebt jede neu erzeugte Windung hinter die schon vorhandenen. Die auf den Wickelkopf vom schon gewickelten Hohlleiter ausgeübte Reaktionskraft wirkt gegen drei gleichmäßig über den Umfang des wickelkopfes verteilte Druckfedern 254, von denen lediglich zwei in Pig. 3c gezeigt sind ο Der Weg des Wickelkopfes wird von einem Weggeber 255 gemessen, der z.B. aus einem geraden Potentiometer hoher Auflösung besteht, das axial angeordnet ist und dessen Abgriff von einer ebenfalls axial am Yv'ickelkopf befestigten Stange getragen wird. Das vom Weggeber 255 abgegebene Wegsignal des Wickelkopfes 25 geht in ein Regelsystem ein, das weiter unten beschrieben wird.

Der Rotor 22 der Wickeleinrichtung wird von einem Motor über ein Untersetzungsgetriebe 261, 262 angetrieben. Auf der Welle des Motors 26 sitzt ein Tachogenerator 263, dessen Signal, die Drehzahl des Motors 26, in das Regelsystem der Maschine e-ingeht.

Die Bandwickeleinrichtung III (siehe auch Fig. 6) hat die Hauptaufgabe, die Hohlleiterwindungen in dem Maß, in dem sie gewickelt werden und auf dem Dorn vorrücken, durch Bänder zu befestigen. Die Bandwickeleinrichtung besitzt einen Rotor 31, der koaxial zur Wiekeleinrichtung II in dem Teil 23' des Maschinengestelles über Wälzlager 311, 312 gelagert ist. Der Rotor 31 trägt zwei Spulen 32, 33 mit gleichem Klebeband R₁, Rp zum äußeren Schutz des Hohlleiters. Die sich diametral gegenüber liegenden Spulen drehen sich auf dem Körper 31 auf zwei geneigten Achsen 32a, 33a. Die Neigung der Spulen hängt von der einheitlichen Breite der beiden Bänder ab. Jedes einzelne Band wird ohne Spalt oder Überdeckung in aneinanderliegenden

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Wicklungen aufgewickelt. Die ötoßstellen des ersten Bandes werden vom zweiten, um eine halbe .Bandbreite verschoben aufgewickelten Band überdeckt. Die beiden üpulen 32, 33 sind mit zwei I-lagnetpulverbremsen 34, 35 versehen, die eine Vorspannung für das Aufwickeln der Bänder erzeugen. Ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen würde diese Vorspannung mit dem ^bwickelgrad oder dem Restdurchmesser der Spulen veränderlich sein. Die Vorspannung wird aber konstant gehalten, indem der Speisestrom der elektromagnetischen Bremsen in Abhängigkeit von der Anzahl der Abwickelumdrehungen der Spulen verändert wird. Die Speisung der Bremsen erfolgt ücer Schleifringe wie 341, 342 und Gleitkontakte wie 343, 344o

Der Rotor 31 der Bandwickeleinrichtung wird über ein Untersetzungsgetriebe 361, 362 von einem Motor 36 angetrieben. Auf der Welle des luotors 36 befindet sich ein Tachogenerator 363, dessen Signal, die Drehzahl des iÄotors 36, in das Regelsystem der Maschine eingeht.

Die Sollenbremse IV (siehe auch Pig. 7) hat die Hauptaufgabe, auf das schon gewickelte Hohlleiterstück zwischen ihr und der Wickeleinrichtung eine Gegenkraft auszuüben, die dem von diesem Hohlleiterstück ausgeübten Druck entgegenwirkt, während der Druck in dem Hohlleiterteil, das an der Rollenbremse schon vorbeigelaufen ist, praktisch aufgehoben ist. Mit zur Hauptaufgabe der Rollenbremse gehört es, das Vorrücken des Hohlleiters im Maße seiner Entstehung zu ermöglichen. Außerdem dient die Rollenbremse dazu, den Dorn zu tragen und zu zentrieren, der andernfalls fliegend angeordnet wäre. Die Rollenbremse besitzt eine Anzahl gleichmäßig um den äußeren Umfang des Dornes 21, der vom Hohlleiter G bedeckt ist, verteilter Rollen. Die Tangente an eine Rolle in deren Berührpunkt mit dem Hohlleiter verläuft in Richtung von dessen berührter

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Ivlantellinie. Bs sind normalerweise vier Rollen 41-44 vorgesehen. In diesem auch als Beispiel dargestellten Pail sind die Rollen um 90° gegeneinander versetzt und ihre Achsen sind um 45 zur «/aagrechten geneigt. Die beiden unteren Rollen weisen feste Stellungen auf, und die beiden oberen Rollen sind elastisch gegen den Hohlleiter gedruckt, us einen Ausgleich der vier Anpreßkräfte zu erzielen. Diese Anordnung erweist sich auch als bestgeeignet für die Führung und das Zentrieren des Domes.

Wenn die vier Rollen von einem einzigen Motor angetrieben würden, wäre ein mechanisches Differential zwischen ihnen notwendig, um Änderungen der wirksamen Rollradien, mit denen der Hohlleiter angetrieben wird, auszugleichen. TJm die Schwierigkeiten eines solchen mechanischen Differentials zu vermeiden, sind die Rollen mit Einzelmotoren 45-48 ausgerüstet, die in Serie gespeist werden, um auf diese Weise ein elektrisches Differential zu bilden,, Verringert sich bei einer Rolle der Anpreßdruck auf den Hohlleiter, dann wird die Rolle beschleunigt, und das führt zu einer ausgleichenden Verlangsamung der anderen Rollen.

Die Rollen sind kardanisch aufgehängt und tragen Gummireifen, damit die von den aktiven Kanten des Rollenkranzes ausgeübten Anpressungen sich ausgleichen,, Die Rollen werden mit Hilfe von Untersetzungegetrieben wie 451, 452 durch Motoren wie 45 angetrieben. Zu jedem Motor gehört ein Tachogenerator wie 453_;und die vier im gewählten Beispiel vorhandenen Tachogeneratoren sind in Reihe geschaltet, damit das so gebildete einheitliche Signal, das in 'las Regelsystem der Maschine eingeht, kennzeichnend für die mittlere Rollengeschwindigkeit ist.

Zur Beschreibung des Regelsystems der Maschine wird zunächst auf die schematische Darstellung in Pig. 8 und

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das Diagramm in Fie· 9 Besu^ genommen.

In Tig. 8 1st der Dorn 21 und das in aiieinand erliegend en ".«indungen auf diesen Dorn aufgewickelte Hohlleiteratuck G dargestellt, das sich zwischen der Wickeleinrichtung II und der Hollenbremse IV "befindet. Bei aer Herstellung des Hohlleiters erneuert sich dieses Eohlleiterstück G fortlaufend, weil die Windungen in dem Liaße durch Gleiten auf dem Dorn von links nach rechts vorrücken, indem sie neu gebildet werden. Auf das Hohlleiterstück wirken folgende Kräfte: Eine von der v/ickeleinrichtung II ausge übte ο chu bkr a f t P-, ;

eine von der Rollenbremse IV ausgeübte Gegenkraft F₀; und Reibungskräfte der einzelnen Windungen auf dem Dorn, die Axialkomponenten f^, f₂ <>.. und die Summe Sf^ aufweisen und die ebenfalls der Kraft F-, entgegenwirken.

Um die Beweglichkeit des Hohlleiterstückes auf dem Dorn sicherzustellen, muß in jedem Zeitpunkt folgendes Gleichgewicht erfüllt sein:

In dem Diagramm in Fig. 9 ist die Schubkraft F^ in Abhängigkeit von der Druckverformung dargestellt, die durch die relative länge AlA äes Hohlleiterstückes G zwischen der Wickeleinrichtung und der Rolleneinheit definiert ist. Die Kurve ist zwecks größerer Einfachheit durch drei Geradenstücke schematisiert. Sin erstes Segment AO entspricht dem Fall AV^ <1 °» also der Zugzone, in der die Hohlleiterwicklungen unter Zugbeanspruchung stehen» Da die Kupferwindungen eine sehr geringe Zugsteifigkeit aufweisen, besitzt dieses Segment AO eine relativ geringe Steigung. Die beiden folgenden Segmente OB und BC entsprechen dem Fallet ΐΆ!>0, also der Druckzone, in der die Hohlleiterwindungen unter Druck stehen. Das Hohlleiterstück G weist

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in der Zone OB zunächst eine beträchtliche Drucksteifigkeit beim Zusammendrücken der einzelnen Drahtwindungen und des Isolationswerkstoffes auf, was sich in einer starken Steigung des Segmentes OB ausdrückt. Oberhalb einer gewissen Grenzkraft F, geht diese Steifigkeit stark zurück, da V/i ndungen wie S aus dem Wicklungsverband nach außen austreten, was zum sog. "Windungsstau" führt, der unerwünscht ist und sich in dem Segment mit flacher Steigung BC äußert.

Wie oben gezeigt, muß die Schubkraft F^ der Wicklungseinrichtung zu jedem Zeitpunkt genau gleich der Summe aus der Gegenkraft P_n der Rollenbremse und aus den Kräften ^f₁ infolge der Wicklungsreibung auf dem Dorn sein,, KÜn ist die Wicklungsreibung und damit der Ausdruck £f^ veränderlich, er hängt von der Art und dem Zustand der sich berührenden Oberflächen ab, vom Berührdruck, von der Yorschubgeschwindigkeit der Windungen auf dem Dorn usw₀ Zur zuletzt genannten Einflußgröße ist zu sagen, daß die Reibungskraft bei der Gleitgeschwindigkeit lull relativ hoch ist (ruhende Reibung), sie nimmt bis zu einer gewissen Geschwindigkeit ab und von da an wieder zu. Der in seiner genauen Höhe nicht bekannte Reibungsterm £ f-j_ ist im Diagramm in Fig. 9 durch einen Mittelwert <[ Sf^ dargestellt und kann also in einem gewissen Maße schwanken, wie dies der Doppelpfeil auf dem Segment OB angibt. Als Arbeitspunkt auf diesem Segment wird daher ein Punkt P gewählt, der in der Mitte zwischen den beiden Kraftniveaus liegt, von denen das eine eine mittlere Reibungskraft ⁴CiUf^ darstellt und das andere der Grenzkraft F-. ^ für Windungsstau entspricht. Hierdurch wird ein günstiger Sicherheitsabstand zu beiden Grenzen erreicht. Der Arbeitspunkt befindet sich also voll in der Druckzr>ne, was eine notwendige Bedingung ist, um einen Hohlleiter mit guter mechanischer und elektrischer Qualität herzustellen.

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Der Arbeitspunkt "bestimmt die von eier Wicklungseinrichtung auszuübende Kraft und hieraus über die Differenz F-, -Sfdie Gegenkraft ΊΡ der Rollenbremse. Diese Kraftverhältnisse sind unter dem Vorbehalt zu betrachten, daß die Gegenkraft nicht zu gering wird, v/eil der Hohlleiter andernfalls zu sehr den Reibungskräften unterworfen wäre. In diesem Falle wäre es erforderlich, die Schubkraft P-, zu vergrößern oder auch die Vorschubgeschwindigkeit des Hohlleiters, um den Ausdruck Sf^ zu vermindern, was aber mit einer stabilen iirbeitsweise der Maschine nicht immer verträglich, ist.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß die von der Rollenbremse ausgeübte Gegenkraft P unter Berücksichtigung der Änderungen der Reibungskräfte in hinreichender Weise an die von der Wickeleinrichtung ausgehende Schubkraft IV gebunden sein muß, damit einerseits das Hohlleiterstück G zwischen der Wickeleinrichtung und der Rollenbremse unter konstanter Druckvorspannung gehalten wird und damit andererseits die Länge des durch die Rollen durchgelassenen Hohlleiterstückes ständig gleich der hinzugewikkelten länge ist, wobei die Druckvorspannung in einem engen Bereich, aufrechterhalten bleibt. Die Differenz zwischen dem durchgelassenen Hohlleiterstück und der hinzugewickelten Länge ist gleich der vorhin definierten Größe ^

Das Regelsystem der Hohlleiterwickelmaschine umfaßt folgende Regelkreise.·

Einen Drehzahlregelkreis 20 (Figo 10) der Wickeleinrichtung, der über eine Steuerspannung ^₂OI einstellbar ist} einen Drehzahlregelkreis 30 (Pig. 11) der Bandwickeleinrichtung, der die Drehzahl der Wickeleinrichtung als Stellgröße nimmt; und

einen Drehzahlregelkreis 40 (Pig. 12) der Rollenbremse, der ebenfalls die Drehzahl der Wickeleinrichtung als Stellgröße nimmt, die aber wie weiter unten gezeigt durch eine

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Einrichtung korrigiert wird, die die Gleichheit der gewikkelten und durchgelassenen Hohlleiterlänge und die Druckvorspannung des Hohlleiter3tückes G zwischen der Wickeleinrichtung und der Rollenbremse sicherstellt.

Der Drehzahlregelkreis 20 der Wickeleinrichtung ist relativ einfach aufgebaut. Er besitzt ein Potentiometer 201, das eine Steuerspannung V₂OI li^ef"^er~k» einen Vergleicher 202, und einen Verstärker 203, der die zum Antrieb des Motors der Wickeleinrichtung erforderliche Leistung erzeugt. Der Tachogenerator 263 liefert eine Spannung Vpg*, ^^e ^^enn~ zeichnend für die wahre Drehzahl der Wickeleinrichtung ist. Der Yergleicher 202 liefert eine Fehlerspannung V₂02 ~ ^201 ~ ^26V ^^{e um30} kleiner ist, je höher die Regelverstärkung ist.

Die für die Drehzahl der V/i ekel einrichtung kennzeichnende Spannung Vpg^ dient als Referenzspannung für die Drehzahl-, regelkreise 30 der Bandwickeleinrichtung und 40 der Rollenbremse, weil von diesen drei Kreisen der Regelkreis der Wickeleinrichtung die größte Zeitkonstante hat.

Der Drehzahlregelkreis 30 besitzt ebenfalls eine einfache Struktur, muß aber sehr leistungsfähig sein. Diese Drehzahl muß so genau wie möglich der Drehzahl der Wickeleinrichtung nachgeregelt werden, wobei das Verhältnis der Breite der Bänder R^, R₂ zum Durchmesser des Drahtes P zu berücksichtigen ist. Der Regelkreis 30 besitzt einen Vergleicher 302 und einen Verstärker 303, der die zum Antrieb des Motors 36 der Bandwickeleinrichtung notwendige Leistung liefert. Der Tachogenerator 363 liefert eine Spannung V^g^, die kennzeichnend für die wahre Drehzahl der Bandwiekeleinrichtung ist. Der Vergleicher 302 liefert eine Fehler spannung V^₀₂ = Vpg, - V^g,, die umso kleiner ist, je höher die Regelverstärkung ist. Die Getriebe 261/262 und 361/362

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(siehe auch Pig. 6) bewirken die Übersetzung des Verhältnisses von Bandbreite zu Drahtdurchmesser.

Die Regelkreise 30 und 20 sind an sich bekannter Art, weisen aber besonders hohe Gütemerkmale auf. Dies gilt einerseits bezüglich der Zeitkonstante, die so klein sein muß, wie mit mechanischen Mitteln überhaupt erreichbar, um die minimale Antwortzeit zu erhaltene Andererseits gilt dies hinsichtlich der Präzision, also der Regelverstärkung. Namentlich der Verstärker 303 und die sich anschließenden mechanischen Glieder sind bestmöglich ausgebildet, um Nachteile infolge von Veränderungen des Antriebsmomentes der angetriebenen Bandwickeleinrichtung durch Veränderungen der Spülendurchmesser bei deren Leerung zu vermeiden. Trotz dieser Vorsichtsmaßnahmen wäre stets ein kleiner Drehzahlfehler zu erwarten, der ein Aufwickeln des Bandes mit Überlappung oder mit Zwischenraum zur Folge hätte, wenn nicht zusätzlich ein Peinkorrekturpotentiometer 301 vorgesehen wäre. Dieses Potentiometer liefert eine Spannung V^q-I > die ebenfalls auf den Vergleicher 302 aufgebracht wird. Es gilt demnach V^₀₂ = ^V263 ~ ^V363 ~ ^V301 * Diese Peinkorrektur der Drehzahl verlangt eine ständige Überwachung der Arbeitsweise der Liaschine·

Der Drehzahlregelkreis 40 der Rollenbremse muß für die Einhaltung der beiden zuvor definierten Bedingungen sorgen, nämlich der Gleichheit der gewickelten und der durchgelassenen Hohlleiter länge (Konstanz von L) und der Aufrechterhaltung der Druckvorspannung des Hohlleiterstückes G zwischen der Wickeleinrichtung und der Rollenbremse. Dieser Regelkreis 40 besitzt zunächst einen Vergleicher 402, der die algebraische Summe aller auf ihn aufgebrachten Spannungen bildet, und ferner einen Verstärker 403, der die zum Antrieb der Motoren 45 his 48 (nur der Motor 46 ist in Pig. 12 dargestellt) der Rollenbremse notwendige Leistung liefert. Die Tachogeneratoren 453, 463, 473

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-4o 2534 Ί 2ü

483 (nur der Tachogenerator 46 3 ist in Fig. 12 dargestellt) liefern eine Spannung V/g-z» die kennzeichnend für die wahre Drehzahl der Rollenbremse ist. Der Vergleicher 402, der die Spannung kV₂g, prop. ^p63 erhält, liefert eine Fehlerspannung ^v ₄q₂· ^{Ein b:i}-^s hierhin beschriebener Regelkreis ist nicht ausreichend, um die beiden oben angeführten Bedingungen zu erfüllen. Der kleinste Drehzahlfehler der Rollenbremse v/ird nämlich zeitlich integriert und liefert einen Längenfehler, der zur Verlagerung des Arbeitspunktes in Fig. 9 führt, was schließlich entweder zum Windungsstau oder zum Ausziehen der Windung führt, was in beiden Fällen die Hohlleiterqualität beeinträchtigen würde.

Zur Vermeidung dieses Fehlers dient ein Korrekturkreis, der in Abhängigkeit von der Veränderung Al zwischen der' durchgelassenen und der hinzugewickelten Länge des Hohlleiterstückes G arbeitet. Die Veränderung AL ist nichts anderes als die Verschiebung des Wickelkopfes 25. Der schon beschriebene Weggeber 255 liefert eine Spannung V₂^CJ die kennzeichnend für die Lage des Wickelkopfes 25 bezüglich einer Formallage ist, die bei Vorliegen der erwarteten Reibungskräfte dem in Fig. 9 angegebenen Arbeitspunkt entspricht, an dem die gewünschte Vorspannung vorliegt und die Spannung V₂₅₅ gleich Full ist» Die Spannung Vpe,- wird über einen Operationsverstärker 256 auf den Eingang des Vergleichers 402 gebracht. Die gesamte auf den Eingang dieses Vergleichers aufgebrachte Spannung ist folglich die algebraische Summe von drei Ausdrücken und läßt sich wie folgt schreiben:

^KV263 " 463
weil

^V255
Folglich wird Ausdruck (1)

^kV263 ⁺ ^'/ ^Y263^dt - ^Y463
worin a, b, k, k¹ konstant sind _o

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253A12Ü

Die Geschwindigkeit der Rollenbremse allein aus der Stellung des Y/ickelkopf es zu steuern, würde auf große Schwierigkeiten bezüglich der Dynamik stoßen. Deshalb wird die Geschwindigkeit der Rollenbrenisenmotors zunächst grob
durch einen ersten Steuerkanal aus der Geschwindigkeit
des WickelkopfΘ8 gesteuert und dann durch einen zweiten
oteuerkanal aus der Stellung des Wickelkopfes korrigiert.

- Patentansprüche

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Claims (12)

-Z2~ 2 5 3 A 1 2 U Patentansprüche

1.J Hohlleiterwickelmaschine zum kontinuierlichen wickeln kreisrunder Hohlleiter aus Metalldraht, mit einem Drahtspanner, einer Y/ickeleinrichtung und einer Bandwickeleinrichtung, die in dieser Reihenfolge in Richtung des Hohlleitervorschubes angeordnet sind, wobei die Wickeleinrichtung einen festen Dorn und einen Rotor außerhalb des Domes aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (23) einen inneren, zur Rotorachse geneigten und den Draht (P) durchführenden Kanal (221 ) aufweist, der einen Kegel mit der Lütte auf dem Drahtspanner (i) beschreibt, sowie eine den Draht vom Austritt des Kanales zur herzustellenden Wicklung hin umlenkende Umlenkrolle (222), und daß eine Kupplung (24) vorgesehen ist, die den Dorn (21) ohne Behinderung der Drehung des Drahtes um diesen festhält.

2. Hohlleiterwickelmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (24) als Magnetkupplung ausgebildet ist und aus einem kegelstumpfförmigen Mittelteil (241) besteht, das mit dem Dorn (21) verbunden ist, und aus einem mit einem Teil (23') des Maschinengestells verbundenen Außenteil (243), wobei ein luftspalt (245) zwischen Mittel- und Außenteil den Durchgang des Drahtes (F) vom Drahtspanner (i) zum Kanal (221) im Rotor (22) gestattet.

3» Hohlleiterwickelmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wickeleinrichtung (II) und die Bandwickeleinrichtung (III) mit elektrischen Antriebsmotoren (26 und 36) versehen sind, an die jeweils ein ein Drehzahlsignal abgebender Tachogenerator (263 und 363) angekuppelt ist, und daß ein Regelsystem vorgesehen

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ist, in dem ein Drehzahlregelkreis (20) der Wickelein- - richtung deren Drehzahl einer Referenzdrehzahl nachführt, und ein Drehzahlregelkreis (30) der Bandwickeleinrichtung deren Drehzahl der Drehzahl der Wickeleinrichtung nachführt.

4« Hohlleiterwickelmaschine nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandwickeleinrichtung (III) einen koaxial zum Rotor (22) der Wickeleinrichtung (II) in dessen Höhe gelagerten Rotor (31) "besitzt derart, daß das Aufwickeln der Bänder (R.,, Rp) möglichst nahe dem V/ickeln des Drahtes (3?) erfolgt.

5. Hohlleiterwickelmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 mit einer Rollenbremse hinter der Bandwickeleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der Rollenbremse (I?) in einem Drehzahlregelkreis (40) derart der Drehzahl der Wickeleinrichtung (II) nachführbar ist, daß einerseits die von der Rollenbremse durchgelassene länge des Hohlleiterstückes (G-) gleich der gewickelten länge ist und daß andererseits das Hohlleiterstück zwischen Wickeleinrichtung und Rollenbremse unter Druckvorspannung gehalten wird.

6. Hohlleiterwiekelmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 mit einer Rollenbremse mit mehreren Rollen, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (4I-44) gleichmäßig über den Umfang des Hohlleiters verteilt angeordnet und von je einem Elektromotor (45-48) angetrieben sind, wobei die Tangente an eine Rolle in deren Berührpunkt mit dem Hohlleiter längs einer Mantellinie von dessen Umfangsfläche verläuft.

7· Hohlleiterwickelmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die

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Elektromotoren (45-48) der Rollen (4I-.44} der Rollenbremae (IV) in Reihe geschaltet sind.

8. Hohlleiterwickelmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an die Elektromotoren (45-48) der Rollen (41-44) der Rollenbremse (IV) 'Tachogeneratoren (wie 453) angekuppelt
sind, die ein Signal über die mittlere Drehzahl der
Rollen liefern.

9. Hohlleiterwickelmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 mit einer Rollenbremse mit vier Rollen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei untere Rollen
(41, 42) in fester stellung angeordnet sind und zwei, obere Rollen (43, 44) elastisch gegen den Hohlleiter anliegen, wobei die Drehachsen der Rollen jeweils um 45 zur Waagrechten geneigt sind.

10. Hohlleiterwickelmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der
hauptsächlich der Drehzahl der Wickeleinrichtung (II) nachgeführte Drehzahlregelkreis (40) der Rollenbremse (IV) einen Korrekturkreis (255, 256) umfaßt, der den
Abgleich von gewickelter und durchgelassener Hohlleiterlänge übernimmt sowie die Druckvorspannung des Hohlleiterstückes (G-)* zwischen Wickeleinrichtung und Rollenbremse erhält.

11. Hohlleiterwickelmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der
Rotor der Wickeleinrichtung einen in Drehrichtung mitgenommenen Wickelkopf (25) trägt, der unter der Druckvorspannung des Hohlleiterstuckes (G) zwischen Wickeleinrichtung und Rollenbremse gegen Druckfedern (254)
längsverschiebbar ist, und daß ein am Wickelkopf

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-^- 2 b..Hi 2 υ

angreifender ./eggeber (255) ein Spannungssignal für diese ~>xuckvorspannung zum Korrekturkreis des Jreiizahlregelkreises (40) der Rollenbremse (IV) liefert.

12. Lolilleiterwickelmascliine nach einem oder mehreren.'der Ansprüche 1 Ms 11, dadurch gekennzeichnet, daS die beiden auf den Drehzahlregelkreis (40) der Rollenbremse (IV) aufgebrachten opannungssignale für die drehzahl der Wickeleinrichtung (II) und für die Lage des wickelkopfes (25) unter normalen Betriebsbedingungen in einem Verhältnis in der Größenordnung von 10:1 stehen.

15· Hohlleiterv/iekelmas chine nach einem oder mehreren der Einsprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlregelkreis (30) für die Bandv.-ickeleinrichtung (Hl) eine Feinkorrektureinrichtung (301) aufweist, durch 7/eiche die vom durchmesser der Bandspulen (32, 33) abhängende Vorspannung der Bänder (R,, R₂) manuell korrigierbar ist.

14· Eohlleiterwickelmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandwickeleinrichtung (III) von einem ochrittschaltniotor (324) antreibbar ist, dessen numerische Steuerung (322, 323) einerseits von einem Impulsgenerator (264-267) abhängt, der eine von der Drehzahl der ¥ikkeleinrichtung (II.) abhängige Impulsfrequenz liefert, und andererseits von einem Impulsgenerator (321) für manuelle Korrektur.

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