DE3242092A1

DE3242092A1 - Verfahren und vorrichtung zum aufwickeln eines biegsamen materials sowie dadurch hergestellte wickelkoerper

Info

Publication number: DE3242092A1
Application number: DE19823242092
Authority: DE
Inventors: Frank W. 10541 Mahopac N.Y. Kotzur
Original assignee: Windings Inc
Current assignee: Windings Inc
Priority date: 1981-05-08
Filing date: 1982-11-13
Publication date: 1984-05-17
Also published as: FR2536052B1; BE895000A; US4406419A; CH662549A5; CA1168205A; DE3242092C2; GB2098246A; GB2098246B; FR2536052A1

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

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.

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	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

PATENTANWALT - .· * ι.Γ:\: ΟϊρΙ,-lftg. Ε« F. EITNER 8000 München 9O »•ι. eeaaat Anmelderin: Windings, Inc, in Meadows Street, Goldens Bridge, New York 10526, Vereinigte Staaten von Amerika. Verfahren und Vorrichtung zum Aufwickeln eines biegsamen Materials sowie dadurch hergestellte · Wickelkörper Patentansprüche '

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

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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 = -

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.