DE3640112C1 - Method and device for producing electrodynamic ultrasonic transducer coils - Google Patents

Abstract

In this method, a winding former is milled out of a flat plate and wound with wire in a number of coils. To simplify this production process and render it less expensive, a particular procedure during the winding is proposed, a specially constructed cross slide with an ancillary device being provided for this purpose in accordance with the device. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von elektrodynamischen Ultraschallwandler-Spulen gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zum Wic­ keln von Ultraschallwandler-Spulen gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 2.The invention relates to a method for producing electrodynamic ultrasonic transducer coils according to the Generic term of claim 1 and a device for wic keln of ultrasonic transducer coils according to the generic term of claim 2.

Derartige Spulen sind in der DE-AS 26 55 804 im Aufbau und Verwendung dargestellt. Die Fläche eines fertigen Wandlers beträgt typisch 10 × 10 mm. Es sind meistens mehrere Spulen auf einem plattenartigen Wickelkörper angeordnet und die Achsen der Spulen stehen senkrecht auf der Plattenebene des Wickelkörpers. Die Herstellung der Spulen erfolgte bislang in aufwendiger Handarbeit unter Zuhilfenahme feinmechanischer Standardwerkzeuge.Such coils are in DE-AS 26 55 804 in construction and Use shown. The area of a finished transducer is typically 10 × 10 mm. There are usually several Coils arranged on a plate-like winding body and the Axes of the coils are perpendicular to the plate plane of the Winding body. The coils have so far been manufactured in elaborate manual work with the help of fine mechanical Standard tools.

Die Spulen sind bei der zerstörungsfreien Ultraschallprüfung in einem homogenen statischen Magnetfeld dicht über der Prüflingsoberfläche angeordnet und damit der Gefahr der Zerstörung und des Verschleißes ausgesetzt. Jede Ultraschall-Prüfanlage hat deswegen einen laufenden Ersatzbedarf, der den Wunsch nach der mechanisierten und weitgehend automatisierten Herstellung aufkommen läßt.The coils are in for non-destructive ultrasonic testing a homogeneous static magnetic field just above the Test surface arranged and thus the risk of destruction and exposed to wear. Every ultrasound test system has therefore an ongoing need for replacement, the desire for the mechanized and largely automated production leaves.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von elektrodynamischen Ultraschallwandler-Spulen zu vereinfachen und zu verbilligen. Die Herstellung soll außerdem zuverlässiger und schneller werden.The invention has for its object the manufacture of to simplify and simplify electrodynamic ultrasonic transducer coils cheaper. The manufacture is also said to be more reliable and getting faster.

Die Aufgabe löst das Verfahren nach den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs. Für die Ausübung des Verfahrens ist eine Vorrichtung nach dem Patentanspruch 2 bestens geeignet. The method solves the task according to the characteristic features of the main claim. For the execution of the procedure is a Device according to claim 2 ideally suited.  

Wesentliche Bedingungen für das Verfahren sind gleiche Anordnung der Ausgangsplatte zum Fräser und des daraus entstehenden Spulenkörpers zur Spulenwickeleinrichtung. Dies ist bestens dadurch zu erreichen, daß die Platte mit einem später abzutrennenden Überschuß auf dem Kreuzschlitten aufgespannt wird und dort auch während des Wickelns verbleibt, so daß der Fräser gegen die Wickeleinrichtung ausgewechselt wird. Dazu kann eine große Bohrung im Linearschlitten dienen, deren Achse mit der Drehachse des Scheibenfräsers und der Schwenkachse des Wickelkopfes zusammenfällt.Essential conditions for the procedure are the same arrangement of the Starting plate to the milling cutter and the resulting one Bobbin to the coil winding device. This is best because of it to achieve that the plate with a later to be removed Excess is stretched on the cross slide and there too remains during the winding, so that the cutter against the Winding device is replaced. A large hole in the Serve linear slides whose axis is aligned with the axis of rotation of the Disc milling cutter and the swivel axis of the winding head coincides.

Die Verwendung von schrittmotorgesteuerten mehrachsigen Schlitten ist an sich für feine Bohrarbeiten usw. von Leiterplatten und anderem bekannt. Solche Vorrichtungen sind auch hier mit Vorteil zu verwenden, da sie programmsteuerbar sind. Dies ist besonders vorteilhaft für die Bewegung des Wickelkopfes, der den Spulendraht an jedem Nutende mit mehreren Bewegungsschritten um kammartige Zähne des Spulenkörpers schlingen muß.The use of stepper motor controlled multi-axis sledges is per se for fine drilling work etc. of printed circuit boards and others known. Such devices are also advantageous here use because they are programmable. This is special advantageous for the movement of the winding head, which the coil wire on each groove end with several movement steps around comb-like teeth of the Coil body must loop.

Alle gebräuchlichen Wandlerspulen sind nach diesem Verfahren und auf der erfinderischen Vorrichtung weitgehend automatisch herstellbar. Lediglich das Auflegen der Ausgangsplatte, die Programmwahl, das Anlegen und Ablängen des Wickeldrahtes und der Wechsel des Werkzeugs, wenn Fräser und Wickelvorrichtungen in derselben Bohrung des Linearschlittens aufgenommen werden, erfolgen von Hand.All common converter coils are based on this procedure and on the inventive device largely automatically produced. Only the laying on of the starting plate, the program selection, the Applying and cutting the winding wire and changing the tool, if milling cutters and winding devices in the same bore of the Linear slides are picked up by hand.

Die Erfindung wird nachstehend an dem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung näher erläutert.The invention is illustrated below on the schematically Embodiment of the device explained in more detail.

Fig. 1 zeigt die Ansicht der Vorrichtung, Fig. 1 shows the view of the device,

Fig. 2 zeigt die schwenkbare Zusatzvorrichtung mit Drahtmagazin, Spannfeder und Drahtführungsdüse, Fig. 2 shows the pivotal attachment having wire magazine, tension spring and wire guide nozzle,

Fig. 3 zeigt den Spulenkörper. Fig. 3 shows the bobbin.

Die Vorrichtung zum Wickeln in Fig. 1 besteht aus einem auf einer Werkbank aufstellbaren Kreuzschlitten mit den Linearschlitten 1, 2, die von den Schrittmotoren 3, 4 angetrieben sind. Der obere Linearschlitten 2 trägt eine Aufspannplatte 5. Auf einem portalartigen Rahmen 6 ist ein weiterer Linearschlitten 7 mit der Bewegungsachse senkrecht auf der Kreuzschlittenebene über dem Kreuzschlitten und von einem Schrittmotor 8 angetrieben angeordnet. Auch dieser Schlitten trägt eine Aufspannplatte 9.The device for winding in Fig. 1 consists of a cross slide that can be set up on a workbench with the linear slide 1, 2 , which are driven by the stepper motors 3, 4 . The upper linear slide 2 carries a platen 5 . A further linear slide 7 with the axis of movement perpendicular to the cross slide plane above the cross slide and driven by a stepper motor 8 is arranged on a portal-like frame 6 . This slide also carries a platen 9 .

Die Zusatzvorrichtung zur Aufnahme eines Spulenkörpers ist auf der Aufspannplatte 5 des Kreuzschlittens angeordnet. Es handelt sich um einen auf der Platte 5 aufgespannten Bock, dessen obere horizontale Fläche in der Bewegungsrichtung des Linearschlittens 1 schmaler ist als der anzufertigende und zu bewickelnde Spulenkörper in seinem massiven Teil (innerhalb der Zahnlücken). Auf diese horizontale Fläche wird ein Materialstreifen gelegt und mit einer Pratze außerhalb des anzufertigenden und zu bewickelnden Spulenkörpers festgeklemmt. Der Materialstreifen bleibt dort während des Fräsens der Wickelkörpernute und -zähne und des Wickelns.The additional device for receiving a bobbin is arranged on the platen 5 of the cross slide. It is a trestle clamped on the plate 5 , the upper horizontal surface in the direction of movement of the linear slide 1 is narrower than the coil body to be produced and wound in its solid part (within the tooth gaps). A strip of material is placed on this horizontal surface and clamped with a claw outside the bobbin to be manufactured and wound. The material strip remains there during the milling of the winding body grooves and teeth and the winding.

Die Fig. 2 zeigt die auf die Aufspannplatte 9 aufsetzbare Zusatzvorrichtung mit Drahtmagazin 12, das von der Spannfeder 18 abgebremst ist und die Drahtführungsdüse 13. Das zum nicht gezeichneten Spulenkörper ablaufende Drahtende ist mit 14 bezeichnet. Es handelt sich um Kupferlackdraht mit einem Durchmesser von 0,1 mm oder kleiner, ggf. auch bedeutend kleiner. Die genannten Teile der Zusatzvorrichtung sind gemeinsam auf einer vom Schrittmotor 11 schwenkbaren Welle 17 angeordnet. Die Welle 17 ist im Ausführungsbeispiel auf einer Grundplatte 19 gelagert, die mit Paßstiften 16 und Befestigungsschrauben 15 auf der Aufspannplatte 9 in Fig. 1 montiert wird. Die Welle 17 verläuft dabei in Richtung der Strich-Punkt-Linie 10, das untere Ende der Düse steht dicht über der Drehachse 17. Fig. 2 shows the attachable to the backing plate 9 accessory device with wire magazine 12 is braked by the tension spring 18 and the wire guide nozzle. 13 The wire end running to the coil body (not shown) is designated by 14 . It is enamelled copper wire with a diameter of 0.1 mm or smaller, possibly significantly smaller. The parts of the additional device mentioned are arranged together on a shaft 17 which can be pivoted by the stepping motor 11 . In the exemplary embodiment, the shaft 17 is mounted on a base plate 19 which is mounted on the clamping plate 9 in FIG. 1 with dowel pins 16 and fastening screws 15 . The shaft 17 runs in the direction of the dash-dot line 10 , the lower end of the nozzle is located just above the axis of rotation 17 .

Die Verwendung einer Grundplatte 19 mit den Paßstiften 16 und der Befestigungsschraube 15 erlaubt es, eine ebenso ausgestaltete Fräseinrichtung mit Scheibenfräser-Drehachse in Richtung der Strich-Punkt-Linie 10 gegen die Zusatzeinrichtung zum Wickeln 12, 13, 18 auszutauschen.The use of a base plate 19 with the dowel pins 16 and the fastening screw 15 makes it possible to exchange a similarly designed milling device with a disk milling cutter axis of rotation in the direction of the dash-dot line 10 against the additional device for winding 12, 13, 18 .

Die Arbeitsweise der Zusatzeinrichtung wird anhand der in Fig. 3 dargestellten unbewickelten Spulenkörper näher erläutert. Es handelt sich um einen Kunststoffstreifen 20 von ca. 20 mm Länge zum Bewickeln, ca. 20 mm Breite und ca. 1,0 mm Dicke. In den Streifen 20 sind Nuten 21 von 1 mm Breite und 0,7 mm Tiefe eingefräst, die mit Pfeilen 22 (Wickelrichtung) in der Fig. 3 versehen sind. Im Verlauf der Nuten 21 ist der Streifen 20 auf beiden Seiten je etwa 1,5 bis 2 mm tief ausgeklinkt, so daß die kammartigen Zähne 23, 24 zwischen den Nuten 21 und 25 stehen bleiben. Der Spulenkörper ist auf dem Kreuzschlitten 5 aufgespannt. Die Papierebene in Fig. 3 ist parallel zu der Kreuzschlittenebene 5 zu denken.The mode of operation of the additional device is explained in more detail with reference to the unwound bobbin shown in FIG. 3. It is a plastic strip 20 of approximately 20 mm in length for wrapping, approximately 20 mm in width and approximately 1.0 mm in thickness. Grooves 21 of 1 mm width and 0.7 mm depth are milled into the strips 20 , which are provided with arrows 22 (winding direction) in FIG. 3. In the course of the grooves 21 , the strip 20 is notched approximately 1.5 to 2 mm deep on both sides, so that the comb-like teeth 23, 24 remain between the grooves 21 and 25 . The coil former is clamped on the cross slide 5 . The paper plane in FIG. 3 is to be considered parallel to the cross slide plane 5 .

In je zwei benachbarten Nuten 21, 25 werden die Windungen einer Spule gelegt, dabei ist die Bewegung wie folgt angeordnet: die Düse 13 ist ca. 1 bis 2 mm über dem Punkt 26 in der Fig. 3. Das Drahtende ist fixiert. Der Kreuzschlitten 1 fährt den Spulenkörper so weit, daß die Düse 13 über dem Punkt 27 steht. Die Wickelvorrichtung 12, 13, 18 schwenkt unter die Ebene des Wickelkörpers 20. Der Kreuzschlitten 2 bewegt den Wickelkörper um den Weg 27-28. Die Wickelvorrichtung schwenkt zurück, der Draht bleibt an dem Zahn 23 hängen. Die nächste Bewegung betrifft den Schlitten 1. Die Düse steht dann über dem Punkt 29. Es folgt das Schwenken der Wickelvorrichtung entgegen der vorher genannten Richtung und das Verschieben des Schlittens 2, so daß der Draht bei der nächsten Bewegung des Schlittens 1 am Zahn 24 hängen bleibt. The turns of a coil are placed in two adjacent slots 21, 25 , the movement being arranged as follows: the nozzle 13 is approximately 1 to 2 mm above the point 26 in FIG. 3. The wire end is fixed. The cross slide 1 moves the bobbin so far that the nozzle 13 is above point 27 . The winding device 12, 13, 18 pivots below the plane of the winding body 20 . The cross slide 2 moves the winding body by the path 27-28 . The winding device swings back, the wire remains on the tooth 23 . The next movement concerns the slide 1 . The nozzle is then above point 29 . There follows the swiveling of the winding device in the opposite direction and the sliding of the carriage 2 , so that the wire gets caught on the tooth 24 during the next movement of the carriage 1 .

Dieser Zyklus wiederholt sich, bis jede Nut mit Windungen gefüllt ist. Die Schlittensteuerung sorgt dafür, daß die Drahtwindungen in den Nuten nebeneinander und in Lagen übereinander liegen, was mit der programmierbaren Schrittmotorsteuerung zu bewerkstelligen ist.This cycle repeats itself until each groove is filled with turns is. The slide control ensures that the wire turns in the grooves next to each other and in layers one above the other, what with programmable stepper motor control.

Claims (2)

1. Verfahren zum Herstellen von elektrodynamischen Ultraschall­ wandler-Spulen, in dem ein Wickelkörper aus einer ebenen Platte gefräst und mit Draht in mehreren Spulen bewickelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte auf einen parallel zur Plattenebene schrittmo­ torgesteuerten Kreuzschlitten (1, 2) zum Fräsen und Wickeln aufgespannt wird und der Fräskopf mit angetriebenem Scheibenfräser am Anfang und Ende einer jeden Wickelkörpernut senkrecht zur Plattenebene von einem schrittmotorgesteuerten Linearschlitten (7) mindestens über den Radius des Scheibenfräsers hinweggefahren wird und zum Wechseln des Fräskopfes gegen eine Wickeleinrichtung mit parallel zur Plat­ tenebene um beidseitig zur Senkrechten auf die Plattenebene um ca. 120 Grad schrittmotorgesteuertem schwenkbarem Wickelkopf ausgetauscht wird und der Wickelkopf am Ende jeder Kreuzschlit­ tenbewegung in Richtung der Wickelkörpernut um die Stirnkante herumgeschwenkt und senkrecht zur Richtung der Wickelkörpernut bewegt wird. 1. A method for producing electrodynamic ultrasonic transducer coils, in which a winding body is milled from a flat plate and wound with wire in several coils, characterized in that the plate on a parallel to the plate level step motor gate-controlled cross slide ( 1, 2 ) Milling and winding is clamped and the milling head with driven disc milling cutter at the beginning and end of each winding core groove is moved perpendicular to the plate plane by a stepper motor-controlled linear slide ( 7 ) at least over the radius of the disc milling cutter and for changing the milling head against a winding device with parallel to the plate level 120 ° stepper motor-controlled swivel winding head is exchanged on both sides of the vertical to the plate level and the winding head is swiveled around the end edge in the direction of the winding body groove at the end of each cross slide movement and moved perpendicular to the direction of the winding body groove d. 2. Vorrichtung zum Wickeln von Ultraschallwandler-Spulen, bestehend aus einem schrittmotorgesteuerten Kreuzschlitten mit Zusatzvorrichtungen zur Aufnahme des Spulenkörpers und einem Drahtmagazin mit Spannvorrichtung und Drahtführungsdüse, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzvorrichtung mit Drahtmagazin (12) auf einem senkrecht zur Kreuzschlittenebene (1, 2) schrittmotorgesteuerten Linearschlitten (7) und um eine Schwenkachse (17) parallel zur Kreuzschlittenebene auf dem Linearschlitten zu beiden Seiten der Senkrechten auf der Kreuzschlittenebene um ca. 120 Grad schrittmotorgesteuert schwenkbar so angeordnet ist, daß die Auslauföffnung der Drahtführungsdüse (13) etwa in der Verlängerung der Schwenkachse (17) steht.2. Device for winding ultrasonic transducer coils, consisting of a stepper motor-controlled cross slide with additional devices for receiving the bobbin and a wire magazine with tensioning device and wire guide nozzle, characterized in that the additional device with wire magazine ( 12 ) on a perpendicular to the cross slide plane ( 1, 2 ) stepper motor-controlled linear slide ( 7 ) and about a pivot axis ( 17 ) parallel to the cross slide plane on the linear slide on both sides of the vertical on the cross slide plane is arranged stepper motor-controlled so that the outlet opening of the wire guide nozzle ( 13 ) approximately in the extension of the Swivel axis ( 17 ) is.