DE3242092A1 - Verfahren und vorrichtung zum aufwickeln eines biegsamen materials sowie dadurch hergestellte wickelkoerper - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum aufwickeln eines biegsamen materials sowie dadurch hergestellte wickelkoerperInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Aufwickeln von biegsamem Material wie z.B.
Draht, Reyonfaser, Glasfasern, Garn, Zwirn, Seil, Textilband, geschlitzten Kunststoffbahnen, Kabeln und dergleichen
an Dornen und auf Verfahren zum Verpacken solcher Wickel, auf die durch das Verfahren und durch die Vorrichtung hergestellten
Wickel und ebenfalls auf Endformen, die einen Teil der Dorne bilden, auf denen die Wickel erzeugt werden.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf das Wickeln beliebiger biegsamer strängen-oder bandähnlicher Materialien
einschließlich Draht beliebigen Querschnitts oder andere Werkstoffe. Als besonderer Anwendungsbereich der Erfindung
gilt das Aufwickeln von Gütern mit schlüpfrigen Oberflächen, unüblichen Dehneigenschaften, oder die während des Wickeins
oder als fertiger Wickel nur einen minimalen Oberflächendruck und/oder minimale Dehnung aushalten können.
Die Erfindung stellt eine Weiterbildung der US-PS
31 78 130 der Anmelderin dar. Das Verfahren, die Vorrichtung
sowie die Wickel gemäß der Erfindung dieser früheren Patentschrift sind auf die in der Patentschrift angegebenen
Wickeldurchmesser eingeschränkt. Früher hat man Einschränkungen der Wickeldurchmesser deshalb für nötig gehalten,
weil die Endformen der zum Aufwickeln dienenden Dorne unter Verwendung von graphischen.Methoden ausgelegt
waren, um die Kreiskurve der Endform von einem oder mehreren außerhalb des fertigen Wickels liegenden Punkten zu erzeugen. Eine solche graphische und geometrische Methode zur
Erzeugung der Kreiskurven der Endformen bringt aber Einschränkungen mit sich in bezug auf die Obergrenze der
Wickeldurchmesser, weil bei einem Punkt die Kurven der Endformen, die ja kreisförmig sind, zurück auf sich gerichtet
sind.
Ein noch weiteres sich bei der in der oben genannten
US-PS ergebendes Problem liegt darin, daß die Kreiskurven nur Näherungen der genauen Hüllkurven sind, die bei sich veränderndem
Durchmesser des Wickels entstehen. Ist die geometrische Gestalt der Endformen nicht richtig, so werden
die Enden des Wickels so aufgebaut, daß im Lauf der Wickelerzeugung
am Kern ein nach innen gerichteter Schlupf entsteht, der letztendlich das Ausziehloch verstopft, das als
radiale Öffnung in dem Wickelseitenteil gebildet ist, und das sich von dem äußeren Teil des Wickels bis zum inneren
Axialraum des Wickels erstreckt. Da bei solchen mit einem radialen Loch bzw. Kanal geformten Wickeln es erwünscht
ist, das Material aus dem Wickelinnenraum durch die radiale Öffnung im Ausziehloch zu ziehen, kann eine durch die An-Wesenheit
von Windungen im Ausziehloch verursachte Verstopfung zu Verdrehschwierigkeiten führen, weil die Windung
beim Ausziehen des Wickels durch die radiale Öffnung sich mit den das Ausziehloch verstopfenden Windungen verheddert.
Weiterhin kann eine durch ein Verrutschen des Wickels verursachte Verstopfung des Ausziehloches zu einer Schwierigkeit bei dem Lokalisieren des Ausziehloches führen. Eine
ungenaue Stellung des Ausziehloches führt dazu, daß das Material gegen eine sich innerhalb des Ausziehloches befindliche
Windung stößt, was allgemein das Ausziehen des Materials durch das Loch nicht mehr zuläßt.
Sind übrigens die Endformen des Dornes, auf dem das
Material aufgewickelt wird, bei einem Punkt für die Wickelverhältnisse zu breit, so kommt es zu einem "Abfallen" des
sich im Laufe des Aufwickeins befindlichen Materials (ins-5 besondere bei hoher Wickelgeschwindigkeit) auf einen unterhalb
des Solldurchmessers liegenden Durchmesser, was eventuell
zu einem Verheddern des Materials beim Ausziehen durch das Ausziehloch führen kann, das durch die Radialöffnung
in dem Seitenteil des Wickels gebildet ist. Im übrigen, wenn durch Rutschen der Materialdurchmesser
zu einem unter dem Sollwert liegenden Wert verminder wird, wäre ein Zusammendrücken ohne Schaden am Material
nicht möglich. Dabei ginge ebenfalls die Wiederholbarkeit des Wickels verloren. Liegt der Schlaufendurchmesser unter
5 dem Sollwert, so muß eine Verlängerung stattfinden, weil beim Zusammendrücken der Wickeldurchmesser sich geringfügig
erhöht.
Die US-PS beschreibt eine Auslegungsmethode zur Erzielung
von schnellen Umkehrwinkeln im Wickel, während
dieser am Dorn aufgebaut wird, wobei geradlinige und kreisförmige Näherungen erreichbar sind. Bei modernen Wickelmaschinen
sind verschiedene Steuerkurven mit unterschiedlichen Umkehrwinkeln verfügbar. Bei dem Vorgehen gemäß der
US-PS jedoch wird bei länger werdenden Umkehrwinkeln (die iiti Grenz fall einer Sinusbahn entsprechen) durch die Näherung
in der geometrischen Methode zur Auslegung der Endformen eine Zunahme des Fehlers verursacht, so daß die Arbeitsweise
gemäß dieser US-PS zu instabilen und völlig untauglichen Wickeln führt, wobei das vorher erwähnte Problem
des Begrenzens des Wickeldurchmessers ebenfalls ins Gewicht fällt. ;
Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung werden bei
dem Vorgang zum Aufbau des Wickels mindestens folgende Wickelparameter berücksichtigt: die Querbreite, der Dorndurchmesser, die Art der Steuerkurve, der Durchmesser der
Endformen, der Vorschub oder der Zugewinn des Wickels, sowie die Entfernung der Führung von der Spindel. Diese durch eine
mathematische Gleichung miteinander verknüpften Parameter definieren das Verfahren zum Aufwickeln des Materials. Anhand
des mathematischen Zusammenhangs entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre lassen sich die zur Auslegung und
Handhabung der Parameter (die zum einwandfreien Wickel führen) nötigen Informationen erlangen oder ableiten.
Weiterhin läßt sich die Gestalt der Endform am Dorn, auf dem der Wickel aufgebaut wird, anhand der genannten mathematischen
Gleichung ableiten.
Infolgedessen liegt gemäß einem Aspekt der Erfindung
die Teilaufgabe zugrunde, einen verbesserten, abgestützten und selbsttragenden, aus biegsamem Material bestehenden
Wickel anzugeben, bei dem das biegsame Material bei relativ weit voneinander entfernten radialen Stellen über Kreuz
geführt werden kann, um zu einer Zerstörung des Materials führende Knickstellen zu vermeiden, die mit der Scherwirkung
eng nebeneinander liegender Überkreuzungen verbunden
sind. Das biegsame Material läßt sich in schraubenförmigen Windungen verlegen, die unter einem relativ kleinen Winkel
zur Achse stehen, so daß die Schnur über das Ende des Wickels hinweg oder durch dessen Mittelteil fast ohne
Reibungswiderstand abgezogen werden kann. Das biegsame Material läßt sich am Ende des entstandenen Wickels ohne
winkelmäßige Ablenkung umkehren, wobei es unter äußerst geringer Zugspannung ohne Verrutschen verlegt werden kann, so
daß das biegsame Material unter minimaler Druckwirkung sowie am Dorn wie auch nach der Entfernung von diesem gehalten
wird, und wobei nach Dornentfernung ein Zusammenfall des Wickels unterbunden wird, der voll selbsttragend bleibt und
die Möglichkeit besteht, die Schnur von innen oder von außen an einem der Enden oder wohl durch ein Loch abzuziehen, das
sich radial von der Außenfläche der Wickelseite in den axialen Innenraum des Wickels erstreckt.
Der Erfindung liegt die weitere Teilaufgabe zugrunde, eine besonders wirksame geometrische Gestaltung des Wickeldorns
unter besonderer Berücksichtigung seiner Endform zu erreichen; weiterhin sieht die Erfindung eine Maschine vor,
die mit einem solchen Dorn ausgestattet ist, und eine Maschine, die zum Herstellen eines Wickels benutzt wird, dem
verschiedene, durch eine mathematische Formel miteinander verknüpfte Wickelparameter zugrunde liegen.
Im Zusammenhang mit einem weiteren Aspekt liegt der Erfindung die Teilaufgabe zugrunde, die erwähnten Schwierigkeiten
bei der in der US-PS erläuterten geometrischen Arbeitsweise zu vermeiden, außerhalb der Grenzen, die bezüglich
des Wickeldurchmessers des aufzuwickelnden Materials bestehen, zu arbeiten,ein Verrutschen insbesondere am
äußeren Ende des Wickels im Laufe des Aufwickeins, sowie Verstopfungen im Ausziehloch zu vermeiden. Dadurch wird ein
Verheddern vermieden und der Widerstand des Materials dann vermindert, wenn dieses durch ein radiales Loch aus dem
Innenraum des fertiggestellten Wickels abgezogen wird.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt liegt der Erfindung die Teilaufgabe zugrunde, einen selbsttragenden Wickel an-
„ Q —
zugeben und die Gestalt der Endformen, auf denen dieser aufgebaut
wird,festzulegen, derart, daß die Wickelparameter
wie z.B. der Wickeldurchmesser, die Wickelbreite, der Hub der Führung, die Entfernung der Führung von der Spindelachse
sowie der Zugewinn oder Vorschub durch eine mathematische Formel miteinander verknüpft sind, woraus eine
Methode zum Aufwickeln von Materialsorten gemäß der hier genannten Arbeitsweise resultiert, die innerhalb eines vergrößerten
Bereiches und mit erweiterten Änderungsmöglichkeiten bezüglich der genannten Wickelparameter gegenüber
den Arbeitsweisen, Methoden und Vorrichtungen des Standes der Technik benutzt werden kann.
Von einem noch weiteren Aspekt gesehen soll die vorliegende Erfindung Wickel ermöglichen, die eine optimale
Zusammenstellung der selbsttragenden Eigenschaften für eine beliebige Substanz, für beliebige Anwendungsfälle und für
eine beliebige Art und beliebige Dimensionierung des Wickels besitzen,wobei sowohl die Dimensionierung der Endform und
des Wickels bestimmt wie auch die Einstellung der Wickelmaschine
angegeben werden, die beim Wickeln nötig sind.
Der Erfindung liegt ebenfalls die Teilaufgabe zugrunde, eine Methode zur Auslegung eines verbesserten Doms zu
schaffen, der zum Auf- und Abwickeln von biegbaren, insbesondere flachen oder bandartigen Substanzen verwendet werden
kann, die sich bislang in dieser Hinsicht als schwierig erwiesen haben und die oft nur unter Verwendung komplizierter
Maschinen verarbeitet werden konnten, wenn es galt, solche Substanzen unter Anwendung von Dornen und Endformen
in an sich bekannter Art zu wickeln.
Zwar kommt die Erfindung in all ihren verschiedenen und mehrfachen Aspekten insbesondere bei einer Methode,
einer Vorrichtung und einer Wickelart zur Verwendung, bei denen der Wickel eine Achterform mit mindestens einem sich
zwischen der Außenfläche des Wickels und seinem Innenkern
erstreckenden Loch aufweist. Die Erfindung ist jedoch ebenfalls noch bei anderen Wickelarten wie z.B. bei einer Ln
der Textilindustrie als "Universalwickel" bekannten Wick-
ORiGINAL INSPECTED
lungsart anwendbar.
Das Aufwickeln von den hier in Frage kommenden Materialsorten
im Achterwickel ist bekannt und in verschiedenen Patentschriften wie z.B. den US-PSen26 34 922,
26 34 923, 27 16 008, 27 38 145, 27 67 938, 28 28 092, 31 78 130, 34 86 714, 35 65 365, 36 01 326, 36 55 140,
36 66 200, 36 77 490, 37 47 861 und 40 85 902 der Anmelderin beschrieben.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung sind der nun folgenden, nur beispielsweisen näheren
Beschreibung einiger Ausführungsformen zu entnehmen.
Es zeigen:
Figur 1 veranschaulichungsweise eine Ausführungsform der
verallgemeinerten Gestalt des Dorns und der Endformen als Teil der Erfindung,
Figur 2 schematisch eine bekannte Vorrichtung zum Aufwickeln von biegsamem Material,
Figur 3 ein Diagramm der Verschiebung des Querteils bei Verwendung einer besonderen Form der Steuerkurve,
Figur 4 eine Stirnansicht der Wickelvorrichtung zur Verdeutlichung des Zusammenhangs zwischen verschiedenen
Parametern, die der Entwicklung des Verfahrens und der Vorrichtung zur Erzeugung eines erfindungsgemäßen
Wickels zugrunde liegen, Figur 5 ein Diagramm der willkürlichen Stellung einer
Wickelschnur auf einem Wickeldorn oder einem Dorn, wobei zwecks Einfachheit die Schnur als in einer
Ebene verlegt dargestellt wird,
Figur 6 ein Diagramm der Wickelbreite gegenüber dem Wickeldurchmesser
für verschiedene gegebene Parameter
als bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, und
Figur 7 die erfindungsgemäße Methode der Entwicklung der
Dornendformen für einen Wickel.
Figur 1 veranschaulicht eine Grundform des Dorns und der an dessen Enden angebrachten erfindungsgemäßen Endformen.
Der Dorn 12 weist eine im Ganzen kurvenförmige Außenfläche 14 auf, wobei die Endformen 16 eine geometrische
Gestaltung ihrer Innenflächen 18 besitzen, die gemäß einer
noch weiter unten zu erläuternden Methode ausgelegt sind. Eine hier nicht abgebildete Führung bewegt sich entlang
der Bahn 20, die im wesentlichen parallel zu den Längsachsen
des Domes 12 liegt»
Bei gebräuchlichen Wickelmaschinen können die Endformen 16 dauerhaft am Dorn 12 befestigt sein oder die eine
und/oder die andere Endform kann abnehmbar mit dem Dorn
verbunden sein, wobei beide Möglichkeiten im Wickelmaschinenbau hinlänglich bekannt sind« Im übrigen kann die Außenfläche
14 des Dorns 12 kugelförmig oder elliptisch sein oder eine andere Gestalt insbesondere derart aufweisen, daß ihr
Durchmesser von der Mitte gegen die Enden zu abnimmt. Aus
diesem Grund wird klar sein, daß.die Gestalt des Dorns 12
und der Endformen 16 gemäß Figur 1 nur als Beispiel und zur allgemeinen Erläuterung dienen soll, ohne daß der Erfindungsgegenstand
auf die Gestalt des Doms und der Endformen eingeschränkt wird. Weiterhin bezieht sich die hier
beschriebene und beanspruchte Erfindung auf Dehndorne sowie zusammendrückbare Dorne und Endformen, wie sie der Fachwelt
bekannt sind.
Figur 2 zeigt schematisch den Aufbau einer bekannten
Wickelmaschine, bei der das erfindungsgemäße Verfahren angewandt werden kann» Der Dorn 12 ist drehbar an der Welle
22 gelagert, die über ein Getriebe durch einen Motor 24 angetrieben wird. Der Motor 24 treibt ebenfalls mittels
einer nierenförmigen Steuerkurve 30 eine Kulisse 32 an, deren Stift 34, der in den Schlitz 36 eines Hebels 38 eingesetzt
ist (der bei 40 angelenkt 1st), ebenfalls mit einem Schnurführer 42 ausgestattet ist. Diese Vorrichtung arbeitet
nach einem bekannten Verfahren, das hier keine Beschreibung braucht. Das Wesentliche ist, daß der Motor 24 die Welle
22 über das Getriebe 26 in Drehung versetzt, so daß der Dorn
12 sich um seine Längsachse bei einer Geschwindigkeit dreht,
die anhand der übersetzung des Getriebes 26 und der Tourenzahl des Motors 24 ausgewählt werden kann. Die nierenförmige
Steuerkurve 30 wird ebenfalls durch den Motor 24 in
Drehung versetzt, so daß die Querführung 42 hin und her entlang den Bahnen verschoben wird. Der Zugewinn oder Vorschub
des Wickels hängt von der Ortsveränderung der Querführung 42 entlang der Bahn 20 gegenüber dem Bezugspunkt am
Dorn 14 ab, der im Laufe des Wickelprozesses gedreht wird. Die vorliegende Erfindung ist ebenfalls bei Vorrichtungen
mit einstellbaren Änderungen des Winkelvorschubs wie z.B. gemäß der US-PS 36 66 200 der Anmelderin anwendbar.
Bei der Drehbewegung der nierenförmigen Steuerkurve 30 verschiebt sich die Führung 4 2 oder Traverse gemäß der Darstellung
der Figur 3, wobei die Führung 42 sich durch einen linearen Bereich von 0 bis b, c bis e und f bis H bewegt.
Die Bereiche b bis c sowie e bis f können als sinusförmig angesehen werden. In dieser Hinsicht ist zu unterstreichen,
daß das Verfahren, die Vorrichtung sowie der fertige Wickel gemäß der Erfindung unter Anwendung einer beliebigen Steuerkurve
ausgeführt, verwendet bzw. hergestellt werden können, ohne daß eine Einschränkung auf eine sinusförmige oder
pseudo-sinusförmige Steuerkurve bestünde.
Figur 4 ist eine Stirnansicht der Wickelanordnung, worin dG den Abstand der Führung vom Berührungspunkt X1 am
Wickel 44 darstellt. Gemäß dem Satz von Pythagoras:
Gd = |dG2+rm2 (1)
worin Gd den Abstand der Führung 42 von der Spindelachse 5 46 und rm den Radius des Wickels 44 bedeuten. Diese Parameter
liegen der Ableitung der Gleichung zugrunde, die die Werte der verschiedenen Parameter des Wickels und des
Wickelmechanismus zueinander festlegt, wie weiter unten näher erläutert wird.
Figur 5 zeigt eine willkürliche Bahnführung einer Wickellinie an einem Wickeldorn oder einem Wickel, wobei
die Schnur zur Vereinfachung und der Erläuterung in eine Ebene verlegt worden ist. Die willkürliche Bahnführung bildet
einen Winkel 0 (siehe Figur 4). Die X-Achse (Abszissenachse)
wird durch den Mittelpunkt des Wickeldorns geführt und steht senkrecht zu der Achse der den Dorn tragenden
Spindel. In Figur 5 stellt ym die Ausrichtung des Materials
am Dorn Coder dem Wickel) bei einer beliebigen Stelle X
und yG die Stellung der Traverse bei dem Punkt dar, der die Lage von ym bestimmt. X1 stellt den Punkt dar, wo die
Wickellinie 48 (Figur 4) den Dorn oder den Wickel verläßt und entspricht dem Berührungspunkt gemäß Figur 4. dG ist
zwar zeitabhängig, diese zeitabhängige Änderung wird aber
bei der nun folgenden Ableitung außer Betracht gelassen, weil die Analyse unter momentanen Bedingungen geführt wird,
in denen zu einem gegebenen Zeitpunkt rm und Gd und so dG bekannt sind.
Aus einer Betrachtung der Figur 5 geht hervor, daß nach Verlassen des Dorns bzw. des Wickels 44 die Wickelschnur
auf die Führung 42 gerichtet ist. Der Winkel 0 muß bei dem Punkt X1 kontinuierlich sein. Aus dem bereits Gesagten
geht hervor, daß das Material keine definierte scharfe Verbiegung erfährt.
Aus diesen Angaben geht hervor, daß
Tan 0 -ZgpSL (2)
Tan 0 stellt die Neigung der Wickelschnur bzw. Wickelschnurlinie vom Berührungspunkt XT zur Führung 42 dar. Da
der Draht oder anderes Material kontinuierlich ist, ohne daß starke Knickstellen oder Brüche auftreten, besitzt er
ebenfalls den bei X1 errechneten Wert von ym.
Das heißt:
|J2- = X = X1 = Tan 0 (2a)
Sr -V-V
»b)
worin y1 = ■
2 dx
2 dx
Die Gleichung 2a gibt die Geschwindigkeit der Lageveränderung der Wickellinie gegenüber der bei dem Punkt Xi errechneten
Raumverlagerung an. Dieser Wert ist gleich der Neigung der Kurve ym.
Anhand der Gleichungen 2a und 2b sieht man, daß die Differentialgleichung:
yG = dGym'+ym (3)
lautet.
Die Gleichung 3 beschreibt eine Wickelanordnung unter allen Bedingungen für alle Wickellagen, Zugewinne, Querbreiten usw. Aus der rechten Seite der Gleichung 3 läßt sich
die Komplementare als
(DdG+1)ym = O . (3a)
ableiten.
D ist ein Differentialoperator, nämlich D = «=— .
DdG+1 = O
D = - fe
Yc = CIe "'— (3b)
Man merkt, daß die Lösung der Gleichung ym = yc+yP sowie yc für alle Wickel gleichbleibend ist und nur von den
Anfangsbedingungen (oder Grenzbedingungen) des Wickels abhängt. yP stellt die spezielle Lösung dar und ist von der
Art der Steuerkurve abhängig.
Ist yG = A sin (*)C X (wobei A = eine Hälfte des Querhubes
oder der Breite) gilt für eine z.B. sinusförmige Steuerkurve als spezielle Lösung
yP = B sin coc X+F cos O)CX (3c)
Durch Lösen für B, F und ym
ym = CIe + ^-—^- (sin(jJcX-d(Juc cos
Die Gleichung 4 beschreibt vollständig die für eine sinusförmige Steuerkurve festgelegte Bahn. Es ist festzuhalten,
daß (dc eine Funktion der Wickellänge ist. wc ist
eine Raumfrequenz, deren Einheiten Radianten-Fuß sind.
Es geht klar hervor, daß nachdem einige Fuß (X) aufgewickelt
worden sind, der Term Cle~x' einen sehr kleinen
Wert hat. Ist z.B. dG = 1 Fuß, dann nach Aufwickeln von nur 10 Fuß, e~X//dG = e~10 = 0,0000454, was vernachlässigbar
klein ist.
Wenn man zuläßt, daß dieser Zustand auftritt, dann
ym = 5 ~ (sin ωοΧ-άωσ cos mc X) (4a)
Hd ioc
und durch Ableitung
y'ra = -^l—2 (cos wcX+dü)C sin tocX) (4b)
1+d wc
wir stellen ein Maximum fest, wenn
f- -τ—)
arctan
wc
aus diesem wird das Maximum als
ym(max) = - -( ^-—-· (5)
(■1-d ωσ / Λ/λ
errechnet.
Aus Gleichung 1 '
d = dG =]07-πη2 = I Gd2-Dm2/4 (5a)
worin Dm dem Wickeldurchmesser entspricht. Ebenfalls
1+G (5b>
Dm
worin G den Vorschub (Zugewinn) bedeutet. So daß
ym(max) = - ■= } r-^—-—
(5c)
worin
A den Führungshub, .
Gd den Abstand der Führung von der Mittelachse der Spindel,
G den Zugewinn oder Vorschub des Wickels, Dm den Durchmesser des Wickels, und ym die Breite des Wickels bedeuten.
Infolgedessen bestimmt die Gleichung 5c den Zusammenhang
zwischen dem Führungshub, dem (von der Spindelachse gemessenen) Führungsabstand, dem WickeldurchmessGr sowie
dem Zugewinn (Vorschub) im Verhältnis zur Wickelbreite.
Zeichnet man eine Kurve entsprechend der Gleichung 5c so
ORIGINAL [NSPECTED
läßt sich die Endform auslegen.
Es ist klar, daß bei Bekanntsein der Werte für den Führungsabstand (Gd), den Wickeldurchmesser (Dm) und den
Zugewinn (G) die auf einen normalen Wert abgestellte Amplitude yiti(max)/A errechnet werden kann.
Die Gleichung 5c ist wichtig, weil man mit ihrer Hilfe die Dornbreite bei bekanntem Führungshub oder umgekehrt errechnen
kann, wie insbesondere in dem nun folgenden Beschreibungsteil erläutert wird.
Es folgt nun eine Beschreibung des Vorgehens bei der Auslegung einer Endform unter Anwendung des erfindungsge-.
mäßen Verfahrens. In einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung sollen die Endformen für einen Dorn mit einem 8 Zoll Durchmesser (wobei'der Dorndurchmesser der maximalen,
senkrecht zu seiner Längsachse gemessenen Breite entspricht) . Die kurvenförmige Oberfläche 14 des Doms für)ht
zu einem Dorndurchmesser von 6,5 Zoll an den Endteilen 17, wo die Dornoberfläche 14 in die Oberfläche 18 der einen Endform
16 gemäß Figur 1 übergeht. Der Hub der Führung ist auf
11,5 Zoll festgelegt, während der Durchmesser der Endformen 18 Zoll und der Abstand zwischen der Führung 4 2 und den
Endformen (zum Schluß der Querbahn 20) 0,5 Zoll betragen sollen. Diese Ausführungsform soll Endformen 16 mit einem
durchschnittlichen Vorschub = 0 besitzen. Unter diesen Be-5 dingungen
A =11,5 Zoll,
Gd = 9,5 Zoll (18 Zoll Durchmesser der Endform geteilt
durch 2 plus 0,5 Zoll Führungsabstand), G =0, und
Dm = ein Wert zwischen 6,5 und 18 Zoll.
Da G = 0 ist, reduziert sich Gleichung 5c auf
ym = A 1/2 (5d)
Für Werte von Dm zwischen 6,5 und 18 Zoll in 0,5 Zoll-Schritten
ergeben sich folgende Werte für die Parameter ym und Dm.
- 17 -
Tabelle I | |
Dm | ■ Ym |
6,5 | 6,77 |
7,0 | 7,14 |
7,5 | 7,49 |
8,0 | 7,82 |
8,5 | 8,13 |
9,0 | 8,42 |
9,5 | 8,69 |
10,0 | 8,95 |
10,5 | 9,18 |
11,0 | 9,40 |
11,5 | 9,61 |
12,0 | 9,80 |
12,5 | 9,98 |
13,0 | 10,15 |
13,5 | 10,31 |
14,0 | 10,46 |
14,5 | 10,59 |
15,0 | 10,72 |
15,5 | 10,84 |
16,0 | 10,95 |
16,5 | 11,06 |
17,0 | 11,16 |
17,5 | 11 ,25 |
18,0 | 11,34 |
Es ist zu bemerken, daß bei der Wahl des Dorndurchmessers
die Breite durch die Gleichung 5d bestimmt wird. Im obigen Beispiel beträgt die Dornbreite 6,77 Zoll, wobei die
Dornbreite als der Abstand zwischen den Punkten 17 (Figur 1) definiert ist. Sie entspricht der Wickelbreite in der ersten
Wickellage (wo der Dorndurchmesser ebenfalls dem Wickeldurchmesser
entspricht).
Figur 6 veranschaulicht das Verhältnis zwischen der Wickelbreite und dem Wickeldurchmessor bei don Jm Bei spit5 J
genannten Abmessungen. Die Figur stellt die Kurve der End-
BAD ORIGINAL
form dar, die gemäß der Gleichung 5d unter Zugrundelegung
der genannten Parameter und Verhältnisse erzeugt wurde. Ein.weiteres Ausführungsbeispiel zur Auslegung der
Endformen gemäß der Lehre der Erfindung ist in der Tabelle II angegeben und in Figur 7 abgebildet.
Tabelle II | Ym | |
Dm | 5,94 | |
4,5 | 6,40 | |
5,0 | 6,83 | |
5,5 | 7,21 | |
6,0 | 7,56 | |
6,5 | 7,88 | |
7,0 | 8,16 | |
7,5 | 8,42 | |
8,0 | 8,66 | |
8,5 | 8,87 | |
9,0 | 9,06 | |
9,5 | 9,24 | |
10,0 | 9,39 | |
10,5 | 9,54 | |
11,0 | 9,67 | |
11,5 | 9,79 | |
12,0 | ||
Bei diesem Beispiel beträgt der Endformendurchmesser 12 Zoll und der Dorndurchmesser 6 Zoll, wobei die gekrümmte
Oberfläche 18 des Dorns (Figur 1) den Dorndurchmesser auf einen Wert von 4,5 Zoll am Anschluß 17 der Oberfläche 14
mit der Oberfläche 16 (siehe Figur 1) bringt. Weiterhin wird ein Führungsabstand von 0,5 von der Endform aus gemessen
sowie ein Vorschub von 0 zugrundegelegt. Der Führungshub beträgt 10 Zoll. Daher ist A = 10 Zoll, Gd = 6,5,
G=O und Dm entspricht einem zwischen 4,5 und 12 Zoll liegenden Wert. In diesem zweiten Beispiel beträgt die Dornbreite
5,94 Zoll.
Figur 7 zeigt eine Kurve entsprechend der geometrischen Form der Endformenoberfläche und der allgemeinen Form
des Dorns. In Figur 7 entspricht,die Kurve dem Zusammenhang
zwischen der Wickelbreite ym und dem Wickeldurchmesser Dm, um den Umriß bzw. das Profil 50 zu bestimmen.
Die Endform am entgegengesetzten Ende des Dorns entspricht dem Umriß 50 seitenverkehrt.
Unter Zugrundelegung der Figur 7 (die für die Praxis maßstabgetreu zu erstellen wäre) werden die gekrümmten
Endformen durch ein Werkzeug, das entsprechend einer Abtastung des Radius der gekrümmten äußeren Oberfläche 50 der
Endform verstellt wird, gedrückt oder geschnitten. Die
Endform kann z.B. aus Aluminium oder Stahl bestehen. Numerisch gesteuerte Drehbänke lassen sich ebenfalls so einsetzen,
daß die Endformen unter Zugrundelegung der Daten in
Tabelle II hergestellt werden, wobei die Daten über einen programmierbaren Computer die Drehbank steuern. Eine
größere Auflösung läßt sich erreichen, indem man anhand der Gleichung 5d (oder 5c) zusätzliche Punkte der der Endform entsprechenden Kurve errechnet.
Die angegebenen Beispiele verdeutlichen die Arbeitsweise
zur Auslegung der Endform anhand der Gleichung 5d, die einer Ableitung der Gleichung 5c einem Null-Wert für
den Zugewinn (Vorschub des Wickels) entspricht. Die Gestalt der Endform läßt sich aber auch anhand der Gleichung
5c errechnen, falls die Zugewihnwerte nicht gleich Null sein sollen.
Der Ausdruck Zugewinn (oder Vorschub) des Wickels ist im Sinne der Bogenmaßfrequenz ωο der Querführung zu verstehen,
die positiv oder negativ sein kann. Ist z.B. der Zugewinn positiv, so eilt die Bogenmaßfrequenz der Querführung
gegenüber der Bogenmaßfrequenz des Dorns vor. In entsprechender Weise bedeutet ein negativer Zugewinn, daß
die Bogenmaßfrequenz der Querführung gegenüber der Bogenmaßfrequenz des Dorns nacheilt oder demgegenüber verlangsamt
wird. Der Zugewinn oder Vorschub läßt sich ebenfalls als positiver bzw. negativer Prozentsatz ausdrücken. Dabei
bedeutet z.B. ein 1%-iger Zugewinn, daß sich die Bogenmaßfrequenz
der Querführung gegenüber der Bogenmaßfrequenz
ORIGINAL INSPECTED
des Domes um 1 % erhöht. Auf ähnliche Weise entspricht ein
negativer Zugewinn oder Vorschub von -1 % einer Nacheilung oder Verlangsamung der Bogenmaßfrequenz der Querführung
um 1 % gegenüber der Bogenmaßfrequenz des Dorns oder der Spindel.
Die bisher beschriebene Erfindung bezieht sich insbesondere auf Achterwickelanordnungen, wobei eine "EinWickel-Anordnung"
einem Wickel entspricht, der durch zwei Umdrehungen des Dorns bei jedem vollständigen hin- und hergehenden
Querschub der Querführung erzeugt wird. In anderen Worten: bei einem "Ein-Wickel" ist das Verhältnis
zwischen der Dornbogenmaßfrequenz und der Querführungsbogenmaßfrequenz
gleich der Ganzzahl 2. Dementsprechend ist ein "Zwei-Wiekel" eine Achtwickelart, bei der zwei
Achterüberkreuzungen je Wickellage vorhanden sind und wobei das Verhältnis der Dornbogenmaßfrequenz zur Querführungsbogenmaßfrequenz
bei vier liegt. Weiterhin ist ein "Drei-Wickel" ein Wickel, bei dem das Verhältnis zwischen der
Dornbogenmaßfrequenz und der Querführungsbogenmaßfrequenz 6 beträgt, was für einen "Vier-Wickel" und einen "Fünf-Wickel"
usw. entsprechend gilt.
Es ist klar, daß die Erfindung sich nicht auf die beschriebene und anhand der beiliegenden Zeichnungen veranschaulichte
Ausführungsform beschränkt. Abänderungen bleiben
5 möglich, die sich insbesondere auf die Gestaltung der verschiedenen Maschinenelemente und auf den Austausch von
patentrechtlichen Äquivalenten beziehen können, ohne dadurch den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
L e e r s e j t e
Claims (14)
1. Vorrichtung zum Aufwickeln eines biegsamen Materials mit
einer um ihre Längsachse drehbaren Spindel und einer im wesentlichen parallel zur Spindellängsachse verschiebbaren Führung,
dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel gegen ihre Enden zu mindestens je einen Abschnitt sich verringernden Durchmessers
sowie nach außen sich erweiternde Endformen besitzt, deren gekrümmte Wandungen folgender Gleichung
ym = - A
entsprechen, worin A den Führungshub, Gd den von der Spindelmittellinienachse
aus gemessenen Führungsabstand, G den Zugewinn bzw. Vorschub des Wickels, Dm de:n Wickeldurchmesser und
ym die Wickelbreite bedeuten«
2. Vorrichtung zum Aufwickeln eines biegsamen Materials nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt sich
- 2 iverringernden Durchmessers sphärisch ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen mittleren zylindrischen Teil der Spindel.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Vorschub oder Gewinn 0 beträgt, so daß die gekrümmten Endformenwandungen folgender Gleichung
ymo = - rf
[\OtciJ ^ Aj
entsprechen.
fJ1
5. Aus biegsamem Material bestehender Xtfickel, dessen Windungen
aus nacheinanderfolgenden achterförmigen Schlaufen bestehen,
wobei die Überkreuzungen der Achter um den Wickel herum winkelversetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickel eine
durchgehende Axialöffnung besitzt, deren Wandung mindestens einen Abschnitt sich verringernden Durchmessers besitzt, wobei
Endwandungen des Wickels schräg nach außen erweitert sind und eine Krümmung gemäß folgender Gleichung
ym = -
aufweisen, worin A den Führungshub, Gd den von der Spindelmittellinienachse
aus gemessenen Führungsabstand, G den Zugewinn bzw. Vorschub des Wickels, Dm den Wickeldurchmesser und ym die
Wickelbreite bedeuten.
6. Aus biegsamem Material bestehender Wickel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der in seinem Durchmesser sich verringernde
Abschnitt sphärisch ausgebildet ist.
7. Aus biegsamem Material bestehender Wickel nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der
durchgehenden Öffnung einen mittleren zylindrischen Abschnitt
besitzt.
8. Aus biegsamem Material bestehender Wickel nach einem der
Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorschub oder Gewinn O beträgt, so daß die gekrümmten Endformenwandungen
folgender Gleichung
Τ72
entsprechen. .
9. Spindel für Wickelmaschinen, gekennzeichnet durch mindestens einen Abschnitt sich verringernden Durchmessers und durch
nach außen erweiterte Endformen, wobei die Wandungen der Endformen gekrümmt sind und folgender Gleichung
ym = - A
/2
entsprechen,worin A den Führungshub, Gd den von der Spindelmittellinienachse
aus gemessenen Führungsabstand, G den Zugewinn bzw. Vorschub des Wickels, Dm den Wickeldurchmesser und ym
die Wickelbreite bedeuten.
10. Spindel für Wickelmaschinen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Abschnitt sich verringernden Durchmessers sphärisch ausgebildet ist.
11. Spindel für Wickelmaschinen nach Anspruch 9 oder Anspruch
10, gekennzeichnet durch einen mittleren zylindrischen Teil der Spindel.
12. Spindel für Wickelmaschinen nach einem der Ansprüche 9 bis
11, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorschub.oder Gewinn 0 beträgt,
so daß die gekrümmten Endformenwandungen folgender Gleichung
A
ymo = -
ymo = -
entsprechen.
13. Wickelverfahren für biegsames Material, bei dem ein Wickeldorn
gedreht und eine Querführung mit einem bestimmten Hub bei einer Entfernung Gd von der Spindeldrehachse parallel dazu hin
und her verschoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickelvorschub A, der als die Lageveränderung der Querführung
gegenüber der Lage des Doms definiert wird, gesteuert wird, um mehrere aufeinander liegende Wickellagen zu bilden, die jeweils
in einer Achterform gebildet werden, so daß die Überkreuzungen winkelmäßig versetzt sind, wobei der Wickel mit
mindestens einer radialen, von der inneren Wickellage zu der äußeren Wickellage sich erstreckenden Öffnung gebildet wird,
und daß die Wickelbreite ym folgender Gleichung
vm = _ _—. L·—
Gd(I+G) Dm
entspricht, worin A den Führungshub, Gd den von der Spindelmittellinienachse
aus gemessenen Führungsabstand, G den Zugewinn bzw. Vorschub des Wickels, Dm den Wicke!durchmesser und ym
die Wickelbreite bedeuten.
14. Wickelverfahren für biegsames Material nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß der Vorschub (G) Null beträgt und die Wickelparameter folgender Gleichung
ymo = -
entsprechen.
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Representative=s name: BOEHMERT, A., DIPL.-ING. HOORMANN, W., DIPL.-ING. |
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D2 | Grant after examination | ||
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