DE2534120C3 - Hohlleiterwickelmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hohlleiterwickelmaschine zum kontinuierlichen Wickeln kreisrunder, elektromagnetische Wellen übertragender Hohlleiter

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ius Metalldraht Die Maschine besitzt einen Drahtspanier, eine Drahtwickeleinrichtung und eine Bandwickel- ;inrichtung, die in dieser Reihenfolge in Richtung des Uohlleitervorschubes angeordnet sind, wobei die Drahtwickeleinrichtung einen festen Dorn und einen Rotor außerhalb des Domes aufweist

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

Wenn ein runder Hohlleiter für die Übertragung der TEoi-Frequenz die Geometrie eines vollkommenen Kreises besitzt, dann wird die Fortpflanzung der TE₀1 Frequenz nicht gestört unter der Voraussetzung, daß die Hohlleiterwand aus einem homogenen Leiter besteht.

Eine der interessantesten Eigenschaften ^ines derartigen Hohlleiters ist seine geringe Dämpfung. Je größer der Durchmesser des Hohlleiters ist und je höher die Frequenz ist, um so geringer ist die Leitungsdämpfung. Ungünstigerweise ist die TEoi-Frequenz schlecht verträglich mit der TMu-Frequenz, wobei Unvollkommenheiten der Kreisgeometrie zu einer Kopplung zwischen den beiden Frequenzen führen und folglich zu hoher ;₅ Dämpfung.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Hohlleiterwickelmaschine zur Herstellung kreisrunder Hohlleiter aus dünnem Draht mit Loher Formgenauigkeit. _Jo

Derartige Maschinen, die einen Draht durch kontinuierliches Wickeln zu aneinanderliegenden Windungen formen, sind schon verschiedentlich bekanntgeworden.

Bei einer ersten Gruppe bekannter Maschinen (britische Patentschrift 8 87 063) wird der Draht auf einen sich drehenden Dorn gewickelt. Der Metalldraht legt sich auf dem Dorn zu aneinanderliegenden Windungen zusammen, und die hieraus entstehende Wicklung bleibt nur so lange auf dem Dorn, wie zu ihrer Versteifung und ihrem Schutz durch eine Umhüllung oder eine äußere Bekleidung erforderlich ist. Die Drahtwindungen werden von einer oder mehreren drehbaren Rollen gegengehalten, deren Aufgabe es ist, die Lage der ersten Windung der Wicklung längs des Domes festzulegen. An einer Stelle, wo die Wicklung eine entsprechende Länge erreicht hat, um durch das Aushärten eines aufgebrachten härtbaren Imprägniermittels oder einer äußeren Schutzhülle versteift zu sein, wird der Dorndurchmesser vermindert, z. B. durch eine konische Verjüngung oder einen Absat? oder durch Kühlung des Domes ohne gleichzeitige Kühlung der Wicklung. Ist eine derartige Maschine mit einem rotierenden Dorn ausgestattet, dann lassen sich endlose, gewickelte kreisrunde Hohlleiter herstellen,

Derartige Maschinen eignen sich allerdings nur für eine geringe Arbeitsgeschwindigkeit, weil ein weit ausladender rotierender Dorn Unwuchten zeigt, andererseits aber 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 16 04 891) ist der Dorn entweder fest oder drehbar, und der Draht wird mit Hilfe einer si?h drehenden Wickeleinrichtung, die die Drahtspule trägt, auf den Dorn gewickelt. Einerseits fts 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 Tatsache Schwierigkeiten, daß die sich leerende Drahtspule das Trägheitsmoment der sich drehenden Wickeleinrichtung und infolgedessen die Drahlspannung am Aufwikkelpunkt 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. Nun hängt die Drahtspannung am Aufwickelpunkt von der Drahtspannung am Abwickelpnnkt der Drahtspule und vom Axialschub des Wickelkopfes ab. Dieser Schub hängt seinerseits von den Haftreibungskräften des Drahtes auf dem Dorn ab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Hohlleiterwickelmaschine der eingangs geschilderten Art vorzusehen, die eine möglichst hohe Arbeitsgeschwindigkeit erlaubt und trotzdem eine gute Maßgenauigkeit der Hohlleiter gewährleistet.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß am Ende der Vorschubslänge, hinter der Bandwickeleinrichtung (IH) eine Rollenbremse angeordnet ist, daß der Rotor der Drahtwickeleinrichtung einen inneren, zur Rotorachse geneigten und den Draht durchführenden Kanal aufweist, der einen Kegel mit Mittelpunkt auf dem Drahtspanner beschreibt, sowie eine den Draht vom Austritt des Kanals zur herzustellenden Wicklung hin führende Umlenkrolle und daß eine Magnetkupplung vorgesehen ist, die den Dorn festhält ohne die Rotation des Drahtes zu behindern.

Der Axialschub des Wickelkopfes wird relativ unabhängig von diesen Haftreibungskräften, wenn koaxial zum und nahe am Wickelkopf eine Rollenbremse angeordnet wird, die sowohl den Hohlleiter längs antreibt als auch dessen Abschnitt zwischen Wickelkopf und Rollenbremse unter Spannung hält. Da diese Spannung von der Länge dieses Hohlleiterabschnities abhängt, ist der Wickelkopf beweglich angeordnet und eine Steuereinrichtung vorgesehen, welche den Abstand zwischen Wickelkopf und Rollenbremse konstant hält.

Die Hohlleite^rwickelmaschine 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.

Die Magnetkupplung kann aus einem kegelstumpfförmigen Mittelteil bestehen, das mit dem Dorn verbunden ist, und aus einem mit einem Teil des Maschinengestells verbundenen Außenteil, wobei ein Luftspalt zwischen Mittel- und Außenteil den Durchgang des Drahtes vom Drahtspanner zum Kanal im Rotor gestattet.

Ferner kann die Wickeleinrichtung und die Bandwikkeleinrichtung mit elektrischen Antriebsmotoren versehen sein, an die jeweils ein Tachogenerator angekuppelt ist. Ferner ist ein Regelsystem vorgesehen, in dem ein Drehzahlregelkreis der Wickeleinrichtung deren Drehzahl einer Referen/drehzahl nachführt, und ein Drehzahlregelkreis der Bandwickeleinrichtung deren Drehzahl der Drehzahl der Wickeleinrichtung nachführt.

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

Die Drehzahl der Rollenbremse in einem Drehzahlregelkreis kann derart der Drehzahl der Drahtwickeleinrichtung nachführbar sein, daß einerseits die von der Rollenbremse durchgelassene Länge des Hohlleiterstückes gleich der gewickelten Länge ist und daß andererseits das Hohlleiterstück zwischen Drahtwickeleinrichtung und Rollenbremse unter Druckvorspannung gehalten wird.

Bei einer Hohlleiterwickelmaschine mit einer Rollenbremse mit mehreren Rollen können die Rollen gleichmäßig über den Umfang des Hohlleiters verteilt angeordnet sein und von je einem Elektromotor angetrieben werden, wobei die Rollenachse senkrecht zur Vorschubrichtung des Hohlleiters verläuft.

Die Elektromotoren der Rollen der Rollenbremse können in Reihe geschaltet sein.

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.

De^ der Drehzahl der Drahtwickeleinrichtung nachgeführte Drehzahlregelkreis der Rollenbremse kann einen Korrekturkreis enthalten, der den Abgleich von gewickelter und durchgelassener Hohlleiterlänge übernimmt sowie die Erzeugung der Druckvorspannung des Hohlleiterstückes zwischen Wickeleinrichtung und Rollenbremse.

Der Rotor der Drahtwickeleinrichtung kann auch einen sich mitdrehenden Wickelkopf tragen, der über Druckfedern gegen den Draht des Hohlleiterstückes zwischen Wickeleinrichtung und Rollenbremse drückt. Ein am Wickelkopf angreifender Weggeber liefert hierbei ein elektrisches Steuersignal für die Druckspannung zum Korrekturkreis des Drehzahlregelkreises der Rollenbremse.

Die beiden dem Drehzahlregelkreis der Rollenbremse eingegebenen Spannungssignale für die Drehzahl der Drahtwickeleinrichtung und für die Lage des Wickelkopfes können unter normalen Betriebsbedingungen im Verhältnis 10:1 stehen.

Der Drehzahlregelkreis für die Bandwickeleinrichtung kann noch eine Feinkorrektureinrichtung aufweisen, durch welche die vom Durchmesser der Bandspulen abhängende Vorspannung der Bänder manuell korrigierbar ist

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

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den F i g. 1 — 12 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Hohlleiterwickelmaschine in schematischer Gesamtansicht und in teilweisem Schnitt,

F i g. 2 einen Drahtspanner in schematischer Darstellung.

Fig.3A, 3B und 3C eine Drahtwickelemrichtung in schematischer Darstellung,

F i g. 4 die Magnetkupplung der Wickeleinrichtung im Querschnitt.

F i g. 5 in einem Diagramm das Drehmoment der Kupplung in F i g. 4 in Abhängigkeit vom Drehwinkel,

Fig.6 die Bandwickeleinrichtung in schematischer Ansicht,

F i g. 7 die Rollenbremse in schematischer Darstellung,

F i g. 8 ein Schema zur Darstellung der Kraftverhältnisse an dem Hohlleiterstück zwischen der Wickeleinrichtung und der Rollenbremse,

ίο Fig.9 in einem Diagramm die Schubkraft der Drahtwickeleinrichtung in Abhängigkeit von der Länge des Hohlleiterstückes zwischen Drahtwickeleinrichtung und Rollenbremse,

Fig. 10 ein Schaltschema des Drehzahlregelkreises der Drahtwickeleinrichtung,

F i g. 11 ein Schaltschema des Drehzahlregelkreises der Bandwickeleinrichtung und

F i g. 12 ein Schaltschema des Drehzahlregelkreises der Vorschubeinrichtung.

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

Einen Drahtspanner I, der in der Maschinenhauptachse angeordnet ist,
eine Drahtwickeleinrichtung 11, eine Bandwickeleinrichtung 111 und eine Rollenbremse IV.

Der Drahtspanner 1 (siehe auch F i g. 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 der Drahtspanner eine ortsfeste Rolle 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 Momente und Reibungskoeffizienten keinerle^:

Rutschen des Drahtes möglich ist Die Ausgangsspan nung des Drahtes wird durch das Bremsmoment dei Bremse 17 reguliert, das direkt proportional zun Speisestrom der Bremse ist

Die Drahtwickeleinrichtung II (siehe auch F i g. 3; und b) hat die Aufgabe, den Draht auf einei zylindrischen Dorn in aufeinanderliegenden Windunge zu wickeln.

Sie (F i g. 3a) umfaßt einen Dorn 21 und einen Rote 22, der koaxial zum Dorn und um diesen drehbi gelagert ist

Der Rotor besitzt in einer radialen halbebene eine Kanal 221, der in Richtung auf die Ausgangsdrahtfül rung 18 geneigt ist die, wie schon angegeben wurde, der geometrischen Achse des Domes 21 Hegt Di

Rotor trägt nahe dem von der Drahtführung : abgewandten Ende des Kanals 221 eine Umlenkrol 22Z über welche der Draht F läuft bevor er auf di Dorn 21 gewickelt wird. Der Draht F beschreibt t

seinem Vorlaufen einen zum Dorn koaxialen Rotationskegel mit der Spitze 18.

Der Dorn steht fest, d. h. er ist fest mit dem Maschinengestell verbunden, um die Schwierigkeiten zu vermeiden, die eine Drehung des Hohlleiters bei seiner Herstellung mit sich brächte. Die großen Drehgeschwindigkeiten, die zur Herstellung kontinuierlicher Hohlleiter erforderlich sind, wurden andernfalls relativ hohe Umdrehungsgeschwindigkeiten 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) fest mit einem Teil 23 des Maschinengestelles verbunden sein. Der vom Draht beschriebene Kegel verlangt aber, daß dieses Teil 23 einen Ausschnitt in Form eines Kegelstumpfes 231 aufweist.

Eine konstruktive Lösung dieser Aufgabe ist schematisch in Fig. 3b gezeigt. Ein Teil 23' des Maschinengestelles weist eine zylindrische Innenfläche auf, in der der Rotor 22 mit Hilfe von Wälzlagern 223, 224 koaxial gelagert ist. Der Rotor 22 seinerseits trägt den Dorn 21 mit Hilfe von Wälzlagern 213, 214. Der Dorn 21 wird in seiner Winkellage bezüglich des Gestelles 23' mit Hilfe einer Magnetkupplung 24 festgehalten, die im Axialschnitt in Fi g. 3b und im Querschnitt in Fig. 3c gezeigt ist.

Diese an sich bekannte Magnetkupplung 24 besitzt ein Mittelteil 241 und ein Außenteil 243, die beide rotationssymmetrisch um ihre gemeinsame Achse ausgebildet sind und durch einen Luftspalt 245 einheitlicher Dicke voneinander getrennt sind. Der Luftspalt hat die Grundform eines Kegelstumpfes, um den Durchgang des einen Kegel beschreibenden Drahtes F zu ermöglichen. In der in Fig. 3c dargestellten Ausführungsform ist die Kupplung 24 in sechs gleiche Sektoren (siehe auch F i g. 4) aufgeteilt, die jeweils einem magnetischen Kreis entsprechen, wie er durch die mit Pfeilen versehene Linie angedeutet ist. Ein Sektor umfaßt beispielsweise Zähne 243a. 2436 des Kupplungsaußenteiles, die durch einen Permanentmagnet 244a mit den Polen N. S voneinander getrennt sind, sowie Zähne 241a, 2416 des Kupplungsmittelteiles, die in einem inneren Kern 242 zusammenlaufen. Die Zähne wie 241a. 243a 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 Θ zwischen den Teilen 241 und 243 der Kupplung. Dieser Winkel führt zu einem magnetischen Gegenmoment Ce, das den Dorn im Gleichgewicht zu halten versucht Das Drehmoment Ce hängt vom Drehwinkel θ gemäß dem in F i g. 5 angegebenen Verlauf ab. Das maximale Moment tritt bei einem Winkel θ« auf, der der halben Winkelteilung der Kupplungszähne entspricht Die Drehsteifigkeit der Verbindung ergibt sich aus der Steigung der Tangente im Ursprung an die Kurve Ce = /(8Jl Diese Drehsteifigkeit sowie die Trägheit des Domes führen zu einer Eigenfrequenz des Domes, die zur Verhinderung von Resonanzerscheinungen zu vermeiden ist

Aus weiter unten angegebenen Gründen besitzt der Rotor 22 der Drahtwickeleinrichtung 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 Drahtdurchlaßkanal 251 in diesem Wickelkopf findet sich in der Verlängerung des vorerwähnten Kanals 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 F i g. 3b angedeutet ist, und trägt auf seiner Vorderseite eine mit verschraubter Seitenfläche vorspringende Nase 253, deren Steigung gleich dem Durchmesser des zu

ίο wickelnden Drahtes ist. Diese Nase 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 Wickelkopies verteilte Druckfedern 254, von denen lediglich zwei in Fig. 3c gezeigt sind. 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 Wickelkopf 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 Drahtwickeleinrichtung wird von einem Motor 26 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 eingeht.

Die Bandwickeleinrichtung Ul (siehe auch Fi g. 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 Drahtwickeleinrichtung II in dem Teil 23' des Maschinengestelles über Wälzlager 311, 312 gelagert ist. Der Rotor 31 trägt zwei Spulen 32, 33 mit gleichem Klebeband R\, R2 zum äußeren Schutz des Hohlleiters. Die sich diametral gegenüberliegenden 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 Wicklungen aufgewickelt. Die Stoßstellen des ersten Bandes werden vom zweiten, um eine halbe Bandbreite verschoben aufgewickelten Band überdeckt. Die beiden Spulen 32.33 sind mit zwei Magnetpulverbremsen 34,35 versehen, die eine Vorspannung für das Aufwickeln der Bänder erzeugen. Ohne besondere Vorsichtsmaßnah- men würde diese Vorspannung mit dem Abwickelgrad 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 Abwickelum- drehungen der Spulen verändert wird. Die Speisung der Bremsen erfolgt über Schleifringe wie 341, 342 und Gleitkontakte wie 343,344.

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

Die Rollenbremse IV (siehe auch F i g. 7) hat die Hauptaufgabe, auf das schon gewickelte Hohlleiterstück zwischen ihr und der Drahtwickeleinrichtung eine Gegenkraft auszuüben, die dem von diesem Hohlleiter stück ausgeübten Druck entgegenwirkt während dei Druck in dem Hohlleiterteil, das an der Rollenbrems«

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 Domes 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 Mantellinie. Es sind normalerweise vier Rollen 41—44 vorgesehen. In diesem auch als Beispiel dargestellten Fall sind die Rollen um 90° gegeneinander versetzt und ihre Achsen sind um 45° zur Waagrechten geneigt. Die beiden unteren Rollen weisen feste Stellungen auf, und die beiden oberen Rollen sind elastisch gegen den Hohlleiter gedrückt, um 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. Um die Schwierigkeiten eines solchen mechanischen Differentials zu vermeiden, sind die Rollen mit Einzeimotoren 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 Untersetzungsgetrieben wie 45ί, 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 Signa!, das in das Regelsystem der Maschine eingeht, kennzeichnend für die mittlere Rollengeschwindigkeit ist.

Zur Beschreibung des Regelsystems der Maschine wird zunächst auf die schematische Darstellung in F i g. 8 und das Diagramm in F i g. 9 Bezug genommen.

In F i g. 8 ist der Dorn 21 und das in aneinanderliegenden Windungen auf diesen Dorn aufgewickelte Hohlleiterstück G dargestellt, das sich zwischen der Drahtwickeieinrichitung II und der Rollenbremse IV befindet Bei der Herstellung des Hohlleiters erneuert sich dieses Hohlleiterstück G fortlaufend, weil die Windungen in dem Maße durch Gleiten auf dem Dom von links nach rechts vorrücken, indem sie neu gebildet werden. Auf das Hohlleiterstück wirken folgende Kräfte: Eine von der Wickeleinrichtung II ausgeübte Schubkraft F_b; eine von der Rollenbremse IV ausgeübte Gegenkraft F_c; und Reibungskräfte der einzelnen Windungen auf dem Dorn, die Axialkomponenten Z₁, f₂ ... und die Summe Σ fr aufweisen und die ebenfalls der Kraft Fb entgegenwirken.

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

F_b- F + Zf,
In dem Diagramm in F i g. 9 ist die Schubkraft Fi, in Abhängigkeit von der Druckverformung dargestellt, die durch die relative Länge AUL des Hohlleiterstückes C zwischen der Drahtwickeleinrichtung und der Rolleneinheit definiert ist. Die Kurve ist zwecks größerer Einfachheit durch drei Geradenstücke schematisiert. Ein erstes Sigment AO entspricht dem Fall AUL < 0, 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 Falle AUL > 0, also der Druckzone, in der die Hohlleiterwindungen unter Druck stehen. Das Hohlleiterstück G weist in der Zone OB zunächst eine beträchtliche Drucksteifigkeit beim Zusammendrücken der einzelnen Drahtwindungen und des Isolationswcrkstoffes auf, was sich in einer starken Steigung des Segmentes OB ausdrückt. Oberhalb einer gewissen Grenzkraft Fb geht diese Steifigkeit stark zurück, da Windungen wie S aus dem Wicklungsverband nach außen austreten, was zum sog. »Windungsstau« führt, der unerwünscht ist und sich in dem Segment mit flacher Steigung ßCäußert.

Wie oben gezeigt, muß die Schubkraft Ft der Drahtwickeleinrichtung zu jedem Zeitpunkt genau gleich der Summe aus der Gegenkraft F_c der Rollenbremse und aus den Kräften Σί, infolge der Wicklungsreibung auf dem Dorn sein. Nun ist die Wicklungsreibung und damit der Ausdruck Σί, veränderlich, er hängt von der Art und dem Zustand der sich berührenden Oberflächen ab, vom Berührdruck, von der Vorschubgeschwindigkeit der Windungen auf dem Dorn usw. Zur zuletzt genannten Einflußgröße ist zu sagen, daß die Reibungskraft bei der Gleitgeschwindigkeit Null relativ hoch ist (ruhende Reibung), sie nimmt bis zu einer gewissen Geschwindigkeit ab und von da an wieder zu. Der ,n seiner genauen Höhe nicht bekannte Reibungsterm2//ist im Diagramm in Fig.9durch einen Mittelwert <Σ:Ί> dargestellt und kann also in einem gewissen Maße -chwanken, 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 <2"//> darstellt und das andere der Grenzkraft Fw, für Windungsstau entspricht. Hierdurch wird ein günstiger Sicherheitsabstand zu beiden Grenzen erreicht. Der Arbeitspunkt befindet sich also voll in der Druckzone, was eine notwendige Bedingung ist, um einen Hohlleiter mit guter mechanischer und elektrischer Qualität herzustellen.

Der Arbeitspunkt bestimmt die von der Drahtwickeleinrichtung auszuübende Kraft und hieraus über die Differenz F₆ - 2i die Gegenkraft F_cder Rollenbremse. Diese Kraftverhältnisse sind unter dem Vorbehalt zu betrachten, daß die Gegenkraft nicht zu gering wird, weil der Hohlleiter andernfalls zu sehr den Reibungskräften unterworfen wäre. In diesem Falle wäre es erforderlich, die Schubkraft F_t zu vergrößern oder auch die Vorschubgeschwindigkeit des Hohlleiters, um den Ausdruck Σί, zu vermindern, was aber mit einer stabilen Arbeitsweise der Maschine nicht immer verträglich ist.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß die von der Rollenbremse ausgeübte Gegenkraft F_c unter Berücksichtigung der Änderungen der Reibungskräfte in hinreichender Weise an die von der Drahtwickeleinrichtung ausgehende Schubkraft F_b gebunden sein muß, damit einerseits das Hohlleiterstück G zwischen der

Drahtwickeleinrichtung 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 4L

Das Regelsystem der Hohlleiterwickelmaschine umfaßt folgende Regelkreise:

Einen Drehzahlregelkreis 20 (Fig. 10) der Drahtwickeleinrichtung der über eine Steuerspannung V₂₀I einstellbar ist; einen Drehzahlregelkreis 30(F i g. U) der Bandwickeleinrichtung, der die Drehzahl der Drahtwickeleinrichtung als Stellgröße nimmt; und einen Drehzahlregelkreis 40 (Fig. 12) der Rollenbremse, der ebenfalls die Drehzahl der Drahiwickcleinrichtung als Stellgröße nimmt, die aber wie weiter unten gezeigt durch eine Einrichtung korrigiert wird, die die Gleichheit der gewickelten und durchgelassenen Hohlleiterlänge und die Druckvorspaünung des Hohlleiterstückes C zwischen der Drahtwickeleinrichtung und der Rollenbremse sicherstellt.

Der Drehzahlregelkreis 20 der Drahtwickeleinrichtung ist relativ einfach aufgebaut. Er besitzt ein Potentiometer 20t, das eine Steuerspannung V>oi liefert, einen Vergleicher 202, und einen Verstärker 203, der die zum Antrieb des Motors 26 der Drahtwickcleinrichtung erforderliche Leistung erzeugt. Der Tachogenerator 263 liefert eine Spannung V₂₆₃, die kennzeichnend für die wahre Drehzahl der Drahtwickeleinrichtung ist. Der Vergleicher 202 liefert eine Fehlerspannung V₂₀₂ = V₂₀₁ — V263, die um so kleiner ist, je höher die Regelverstärkung ist.

Die für die Drehzahl der Drahtwickeleinrichtung kennzeichnende Spannung V₂^ dient als Referenzspannung für die Drehzahlregeikreise 30 der Bandwickeleinrichtung und 40 der Rollenbremse, weil von diesen drei Kreisen der Regelkreis der Drahiwickeleinrichtung 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 Drahtwickeleinrichtung nachgeregelt werden, wobei das Verhältnis der Breite der Bänder /?_t. R> zum Durchmesser des Drahtes Fzu 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 V₃₆₃, die kennzeichnend für die wahre Drehzahl der Bandwickeleinrichtung ist. Der Vergleicher 302 liefert eine Fehlerspannung V₃₀^ = V263 - V₃₆₃, die um so kleiner ist. je höher die Regelverstärkung ist Die Getriebe 261/262 und 361/362 (siehe auch Fig.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 erhalten. 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 angetriebe

nen Bandwickeleinrichtung durch Veränderungen der Spulendurchmesser 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 Feinkorrekturpotentiometer 301 vorgesehen wäre. Dieses Potentiometer liefert eine Spannung V301, die ebenfalls auf den Vergleicher 302 aufgebracht wird. Es gilt demnach ViO) = V₂Dj — Vj(,3 — Vjoi. Diese Feinkorrektur der Drehzahl verlangt eine ständige Überwachung der Arbeitsweise der Maschine.

Der Drehzahlregelkreis 40 der Rollenbremse muß für die Einhaltung der beiden zuvor definierten Bedingungen sorgen, nämlich der Gleichheit der gewickelten und der durchgelassenen Hohlleitcrlänge (Konstanz von L) und der Aufrechterhaltung der Druckvorspannung des Hohlleiterstückes G zwischen der Drahtwickeleinrichtung 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 bis 48 (nur der Motor 46 ist in F i g. 12 dargestellt) der Rollenbremse notwendige Leistung liefert. Die Tachogeneratoren 453,463.473 und 483 (nur der Tachogenerator 463 ist in Fig. 12 dargestellt) liefern eine Spannung V_4ti, die kennzeichnend für die wahre Drehzahl der Rollenbremse ist. Der Vergleicher 402, der die Spannung k V₂^ prop. V₂₆₃ erhält, liefert eine Fehlerspannung V₄₀₂- Ein bis hierhin beschriebener Regelkreis ist nicht ausreichend, um die beiden oben angeführten Bedingungen zu erfüllen. Der kleinste Drehzahlfehler der Rollenbremse wird nämlich zeitlich integriert und liefert einen l.angenfehlcr. der zur Verlagerung des Arbeitspunktes in F i g. ^ führt, was schließlich entweder zum Wtndungssiuu oder zum Ausziehen der Windung führt, was in beiden Fallen 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 Ji. ist nichts anderes als die Verschiebung des Wickelkopfes 25. Der schon beschriebene Weggcber 255 liefert eine Spannung V₂₅,. die kennzeichnend für die Lage des Wickelkopfes 25 bezüglich einer Normallage ist. die bei Vorliegen der erwarteten Reibungskräfte dem in Fig. 9 angegebenen Arbeitspunkt entspricht an dem die gewünschte Vorspannung vorliegt und die Spannung V'255 gleich NuI! ist. Die Spannung V255 wird über einen Operationsverstärker 256 auf den Eingang des Vergleichers 402 gebracht. Die gesamte auf den Eingang dieses Vergleichers aufge brachte Spannung ist folglich die algebraische Summe von drei Ausdrücken und läßt sich wie folgt schreiben:

V - ί
Folglich wird Ausdruck (1)
kV_1M + ak'Jv_Mdt - Ku.3 -

worin a, h, k, Ar'konstant sind-

f J^

df.

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

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche-.

1. HohHeiterwickelmaschine zum kontinuierlichen Wickeln kreisrunder, elektromagnetische Wellen übertragender Hohlleiter aus Metalldraht, mit einem Drahtspanner, einer Drahtwickeleinrichtung und einer Bandwickeleinrichtung, die in dieser Reihenfolge in Richtung des Hohlleitervorschubes angeordnet sind, wobei die Drahtwickeleinrichtung einen festen Dorn und einen Rotor außerhalb des Domes aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der Vorschubslänge, hinter der Bandwickeleinrichtung (III) eine Rollenbremse (IV) angeordnet ist, daß der Rotor (23) der Drahtwickeleinrichtung (II) einen inneren, zur Rotorachse geneigten und den Draht ^durchführenden Kanal (221) aufweist, der einen Kegel mit Mittelpunkt auf dem Drahtspanner (I) beschreibt, sowie eine den Draht vom Austritt des Kanals zur herzustellenden Wicklung hinführende Umlenkrolle (222), und daß eine Magnet-Kupplung (24) vorgesehen ist, die den Dorn (21) festhält ohne die Rotation des Drahtes zu behindern.

2. HohHeiterwickelmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetkupplung (24) 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 (1) zum Kanal (221) im Rotor (22) gestattet.

3. HohHeiterwickelmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtwikkeleinrichtung (II) und die Bandwickeleinrichtung (111) mit elektrischen Antriebsmotoren (26 und 36) versehen sind, an die jeweils ein ein Tachogenerator (263 und 363) angekuppelt ist, und daß ein Regelsystem vorgesehen ist, in dem ein Drehzahlregelkreis (20) der Drahtwickeleinrichtung diese Drehzahl einer Referenzdrehzahl nachführt, und ein Drehzahlregelkreis (30) der Bandwickeleinrichtung die Drehzahl der Drehzahl der Wickeleinrichtung nachführt.

4. Hohlleiterwickelmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandwickeleinrichtung (IH) einen koaxial um den Rotor (22) der Drahtwickeleinrichtung (II) gelagerten Rotor (31) besitzt derart, daß das Aufwickeln der Bänder (A₁, R₂) möglichst nahe dem Wickeln des Drahtes (Verfolgt.

5. Hohlleiterwickelmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der Rollenbremse (IV) in einem Drehzahlregelkreis (40) derart der Drehzahl der Drahtwickeleinrichtung (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 Drahtwickeleinrichtung und Rollenbremse unter Druckvorspannung gehalten wird.

6. Hohlleiterwickelmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einer Rollenbremse mit mehreren Rollen, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (41 -44) gleichmäßig über den Umfang des Hohlleiters verteilt angeordnet und von je einem Elektromotor (45 — 48) angetrieben sind, wobei die

Rollenachse senkrecht zur Vorschubrichtung des Hohlleiters verläuft

7. Hohlleiterwickelmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromotoren (45-48) der Rollen (41-44) der Rollenbremse (IV) in Reihe geschaltet sind.

8. Hohlleiterwickelmaschine nach einem 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.

9. Hohlleiterwickelmaschine nach einem 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 der Ansprüche 1 bis 9. dadurch gekennzeichnet, daß der der Drehzahl der Drahtwickeleinrichtung (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 der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor der Drahtwickeleinrichtung einen sich mitdrehenden Wickelkopf (25) trägt, der über Druckfedern (254) gegen den Draht des Hohlleiterstückes (G) zwischen Wickeleinrichtung und Rollenbremse drückt und daß ein am Wickelkopf angreifender Weggeber (255) ein elektrisches Steuersignal für die Druckspannung zum Korrekturkreis des Drehzahlregelkreises (40) der Rollenbremse (IV) liefert.

12. Hohlleiterwickelmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden dem Drehzahlregelkreis (40) der Rollenbremse (IV) eingegebenen Spannungssignale für die Drehzahl der Drahtwickelein-ichtung (II) und für die Lage des Wickelkopfes (25) unter normalen Betriebsbedingungen im Verhältnis 10:1 stehen.

13. HohHeiterwickelmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlregelkreis (30) für die Bandwickeleinrichtung (III) eine Feinkorrektureinrichtung (301) aufweist, durch welche die vom Durchmesser der Bandspuleri (32, 33) abhängende Vorspannung der Bänder (R\, R₂) manuell korrigierbar ist.

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