DE4138191A1 - Verfahren und vorrichtung zum lagegerechten spulen von draht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum lagege­ rechten Spulen von Draht für beliebige Spulenbrei­ ten und eine Vorrichtung zur Durchführung des Ver­ fahrens.

Bekanntermaßen sind beim Spulen von Draht mechani­ sche und hydromechanische Antriebe im Einsatz. Diese lassen jedoch aufgrund der Durchmessertole­ ranzen des zu spulenden Drahtes keine exakte Verle­ gung zu.

Bei sämtlichen bekannten Verfahren vollzieht entwe­ der die Spule oder der zu spulende Draht den Verle­ geschritt.

Es ist versucht worden, Verfahren zu entwickeln, die eine selbsttätige lagegerechte Drahtverlegung durch den Draht selbst realisieren sollen. So ist beispielsweise eine rechnergesteuerte Verle­ gung bekannt. Hierbei wird die erste zu spulende Lage von Hand, mit einem Legeholz, geführt. Ein an­ geschlossener Rechner speichert nunmehr die exakte Lage des Drahtes, wobei solche Parameter wie Draht­ durchmesser, Spulgeschwindigkeit, Spulenbreite usw. vom Rechner exakt erfaßt werden müssen. Anhand der vorliegenden Informationen kann der Rechner nunmehr die jeweils folgenden Drahtlagen automatisch posi­ tionieren.

Dieses Verfahren führt zwar zu befriedigenden Er­ gebnissen, ist aber mit einem erheblichen techni­ schen Aufwand verbunden. Bei der doch recht robu­ sten Arbeitsweise in der Drahtzieherei ist eine ausreichende Einsatzverfügbarkeit nicht immer ge­ währleistet.

Alle bekannten Verfahren haben den gemeinsamen Nachteil, daß der zu spulende Draht auf der Strecke vom Umfang des Spulenflansches zum Umfang des Spu­ lenkerns nicht mehr geführt wird, so daß die aus der Rückzugsspannung des Drahtes und dem Verhältnis - Drahtdurchmesser zu Spulendurchmesser - resul­ tierende Querkraft nicht zum Vollzug des Verlege­ schrittes benutzt werden kann, da der zu spulende Draht unter der Einwirkung der gleichen Kraft und des Verhältnisses - Drahtdurchmesser zu der oben beschriebenen freien Drahtlänge - über sich selbst hinweg ausweichen kann.

Damit verbunden ist eine genaue lagegerechte Verle­ gung nicht möglich.

Der Aufgabe liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren zum lagegerechten Spulen von Draht zu schaf­ fen, bei dem unabhängig vom Drahtdurchmesser und dessen Toleranzen sowie unter Einsatz nur durch den Draht selbst angetriebener Verlegevorrichtungen eine lagegerechte Verlegung erzielt wird, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu ent­ wickeln.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der zu spulende Draht bis auf den Spulenkern bzw. die zuletzt aufgespulte Drahtlage geführt wird und die durch den Spulvorgang selbst erzeugte und in Verlegerichtung wirkende Kraft zum Vollzug des Verlegeschrittes eingesetzt wird.

Es hat sich nämlich gezeigt, daß die Verlegekraft, resultierend aus Drehbewegung der Spule und Rück­ haltekraft des Drahtes, bewirkt, vorausgestzt der Draht ist bis zu seinem Auflaufpunkt auf die Spule geführt, daß die Verlegevorrichtung selbsttätig entlang der Verlegebreite geführt wird und durch geeignete Führungsvorrichtungen dieser Schritt sich eigenständig solange wiederholt bis die Spule voll­ gespult ist.

Durch diese genaue und selbsttätig wirkende Zwangs­ führung des Drahtes bis zu seinem Anlaufpunkt er­ gibt sich eine lagegerechte Verlegung des Drahtes. Als wesentlicher Vorteil kommt dabei zum Tragen, daß beliebige Spulenbreiten lagegerecht bespult werden können, wodurch das Umsetzen von Schrump­ fungsspannungen in Querkräfte bei definierten Spu­ lenbreiten vermieden wird.

Die Aufgabe wurde weiterhin erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Drahtführung derart vorgesehen ist, daß sie um die Drahtachse schwenkbar ist, im Spulenbereich in Richtung der Spule offen ist und deren Querschnitte von dem 90°- Segment des die Drahtachse umschreibenden Kreises umschlossen wird.

Darüberhinaus ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das den Verlegeschritt vollziehende Verrichtungs­ element mit einer ständig wirkenden Bremse ausge­ stattet ist, um Eigenschwingungen sowie die aus der Verlegebreite und der Strecke vom festen Ablauf­ punkt zur Spulenachse resultierende Rückstellkraft zu kompensieren.

Es gehört weiterhin zur Erfindung, daß zur Kompen­ sation oben genannter Rückstellkraft ein aus Ober­ arm und Unterarm bestehender, horizontal schwenkbarer, biegesteifer Gelenkarm, in dem der zu spulende Draht über ein Führungsrad der Achse der Oberarmlagerung dem System zugeführt, über ein ho­ rizontal auf dem Oberarm gelagertes Führungsrad und ein im Drehpunkt des Unterarmes vertikal gelagertes Führungsrad geführt und über ein weiteres, horizon­ tal im Unterarm gelagertes Führungsrad vertikal durch die erfindungsgemäße Drahtführung auf die Spule aufläuft, eingesetzt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet auf fol­ gende Weise. Nachdem der Draht durch die verschie­ denen Führungsräder der eigentlichen Drahtführung am Anlaufpunkt auf der Spule zugeführt ist, wird diese so ausgerichtet, daß deren Öffnung genau in den Winkel zwischen Spulenkern und Spulenflansch zeigt. Wenn jetzt der Spuler die noch leere Spule dreht, wird der Draht, nachdem er an seinem Ende arretiert wurde, um den noch leeren Spulenkern ge­ führt. Ist nunmehr eine ganze Umdrehung beendet, läuft der Draht über sich selbst ab und legt sich in Richtung des geringsten Widerstandes, also in Richtung Spulenmitte, neben den bereits umspulten Drahtkreis. Da der Draht an sich bestrebt ist, in­ folge des Winkels zwischen Ablaufpunkt des Drahtes, Spulenmitte (kürzeste Entfernung zwischen Ablauf­ punkt und Spule) und tatsächlichem Anlaufpunkt auf der Spule, gleich in die Mitte zu laufen, wird die Drahtführung insoweit abgebremst, daß diese Rück­ stellkraft kompensiert wird. Die Abbremsung darf jedoch nicht so stark erfolgen, daß das Abgleiten des gerade aufgespulten Drahtstückes an dem bereits gespulten Drahtstück des vorhergehenden Drahtkreises behindert wird. Dies wird erreicht, indem das Führungsrad paßgenau gleitend auf einer Achse, die parallel zur Spulerachse verläuft, ge­ führt wird und zwischen der Nabe des Führungsrades und der Achse die Bewegung hemmende Bremselemente eingefügt sind. Zurückkommend auf den eigentlichen Verlegeschnitt bedeutet dies, daß die Verlegekraft allerdings größer sein muß als die Bremskraft der Vorrichtung, damit die Spule auch von der Spulen­ mitte weiter nach außen, also vom Ablaufpunkt des Drahtes weg bespult werden kann. Ist nun die erste Lage der Spule fast gefüllt, stößt der Verlegearm in einem Punkt seines die Drahtachse umschreibenden Kreises an den Spulenflansch. Da die Verlegekraft größer ist als der sich ergebende Widerstand dreht sich der Verlegearm mit seiner den zu spulenden Draht aufnehmenden Öffnung auf einer durch die äu­ ßere Form des Verlegearms vorherbestimmten Kurven­ bahn um seine Längsachse. Somit ist es möglich, daß der aufzuspulende Draht wiederum genau in den Win­ kel zwischen Spulenkern und Spulenflansch läuft.

Um diese Bewegung ausführen zu können, ist der Füh­ rungsarm in besonderer Weise durch eine Kombination von Führungsrädern und Kugellagern mit der eigent­ lichen Vorrichtung verbunden. Ist der Draht nun in dem Winkel zwischen Spulenkern und Spulenflansch eingelaufen, läuft er in der nächsten Umdrehung des Spulers exakt auf sich auf und baut, indem er die Verlegekraft ausnutzend in oben beschriebener Weise an sich abrutscht, die nächste Lage auf. Dieser Vorgang wiederholt sich solange, bis der entspre­ chende Füllungsgrad der Spule erreicht ist. Das ex­ akte lagegerechte Spulen wird dadurch erreicht, in­ dem der Draht genau in seinem Auflaufpunkt kontinu­ ierlich während des gesamten Spulvorganges geführt wird und damit die sonst den Lagefehler verursa­ chende Drahtlänge zwischen dem Umfang des Spulen­ flansches und dem Umfang des Spulenkernes nicht vorhanden ist.

Die Erfindung soll nachfolgend in zwei Ausführungs­ beispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt.

Fig. 1 in Seitenansicht schematisch den Drahtver­ lauf in einem ersten Beispiel im Schnitt;

Fig. 2 in Draufsicht schematisch die Ansicht des Drahtverlaufes und im Querschnitt die um die Drahtachse schwenkbare Drahtführung;

Fig. 3 im Schnitt die Darstellung der Verlege­ vorrichtung mit Bremse;

Fig. 4 in Seitenansicht schematisch den Drahtver­ lauf in einem zweiten Beispiel im Schnitt;

Fig. 5 in Draufsicht schematisch den Drahtverlauf und

Fig. 6 die Ansicht des Drahtverlaufes in Richtung A gemäß Fig. 4.

Fig. 1 zeigt, wie der Draht 1 über die Spannrolle 3, das Führungsrad 2 und die Drahtführung 5 auf die Spule 6 geführt wird. Die Spannrolle 3 und das Füh­ rungsrad 2 sowie die Drahtführung 5 sind gemeinsam an der eigentlichen Verlegevorrichtung 7 gelagert. Durch die Rückzugskraft des Drahtes 1 bewirkt die Spannrolle 3, daß die Drahtführung 5 gegen die Spule 6 gedrückt wird.

In Fig. 1 wird weiterhin deutlich, daß die Draht­ führung 5 über in einem Verbindungsstück 11 ange­ ordneten Kugellager 12 drehbar bzw. schwenkbar mit der Verlegevorrichtung 7 verbunden ist.

In Fig. 2 wird der Ablauf des Verlegeschrittes vom Prinzip her verdeutlicht. Es ist die Drahtführung 5 mit geführtem Draht 1 in Position a und b gezeigt. Man erkennt, wie die schwenkbare Drahtführung 5 mit ihrer den Draht aufnehmenden Öffnung 5′ genau in den Winkel zwischen Spulenkern 10 und Spulenflansch 4 der Spule zeigt. Mit Beginn der Bespulung wandert die Drahtführung 5 durch die Verlegekraft von Posi­ tion a an Position b. In dem Moment, wo die äußere Fläche der Drahtführung 5 an den Flansch 4 anstößt, wird sie durch die Verlegekraft um ihre Längsachse entsprechend der äußeren in etwa ovalen Form um die Drahtachse gedreht und zwar bis zu dem Punkt, in dem der Draht 1 wieder in den Winkel zwischen Spu­ lenkern 10 und Spulenflansch 4 zu liegen kommt. Dieser Vorgang wiederholt sich in immer abwechseln­ der Richtung bis die Spule vollgespult ist.

Fig. 3 zeigt nochmals detaillierter die Führung des Führungsrades 2 im Schnitt gesehen aus Richtung B gemäß Fig. 1. Es wird deutlich, daß die gesamte Ver­ legevorrichtung 7 auf der durch das Führungsrad 2 gehenden Achse 13 verschiebbar gelagert ist. Die schlittenförmige Führung erfolgt mittels fünf ent­ sprechend eingepaßten Rollen.

Die durch das Spulen in Verlegerichtung entstehende Vorschubkraft nimmt über den Draht 1 die Drahtfüh­ rung 5 und damit die Verlegevorrichtung 7 ständig mit.

Damit die durch den Draht über die Drahtführung 5 auf die Verlegevorrichtung 7 übertragene Rückstell­ kraft kompensiert werden kann, ist die Verlegevor­ richtung 7 mit Bremsen 8 ausgestattet. Die Brems­ wirkung erfolgt durch Reibung auf der Achse 13. Die Bremskraft ist so eingestellt, daß sie größer als die maximale Rückstellkraft ist, die Verlegekraft jedoch nicht übersteigt.

Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 4 bis 6 gezeigt.

Der Draht 1 wird über ein schwenkbares Anlaufrad 20 über Führungsbahnen 21 und 22 und Umlenkrollen 23, 24 und 25 zuerst senkrecht nach oben und über die um die Drahtachse schwenkbare Drahtführung 5 senk­ recht nach unten auf die Spule 6 geführt.

Die Rollen sind entsprechend auf einem Oberarm und einem Unterarm gelagert. Die schwenkbare Drahtfüh­ rung 5 ist ebenfalls am Unterarm 27 gelagert. Die Drahtführung 5 ist analog der im ersten Beispiel ausgeführt, und das Bespulungsprinzip auf dem Spu­ lenkern 10 ist das gleiche wie im obengenannten Beispiel.

Der Oberarm 26 ist um die Führungsbahn 22 schwenk­ bar gelagert und kann damit die durch die Verlege­ kraft an der Spule auftretende Wendung des Drahtes 1 mitgehen.

Der Ausgleich des durch die erreichte Bespulungs­ höhe auftretende Höhendifferenz erfolgt durch die ebenfalls schwenkbare Lagerung der Rolle 24.

Diese Anordnung der Führungsbahnen und -rollen bie­ tet den Vorteil, daß ein aus jeder beliebigen Rich­ tung kommender Draht 1 immer lagegerecht auf die Spule 6 aufgespult werden kann.

Claims (8)

1. Verfahren zum selbsttätigen lagegerechten Spu­ len von Draht, dadurch gekennzeichnet, daß der zu spulende Draht jederzeit bis auf den Spulenkern bzw. die zuletzt aufgespulte Drahtlage zwangsge­ führt wird und die durch den Spulvorgang selbst er­ zeugte und in Verlegerichtung wirkende Kraft zum Vollzug des Verlegeschrittes eingesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß auf die den Verlegeschritt vollziehende Drahtführung eine Bremskraft ausgeübt wird, die größer als die durch den Draht bewirkte Rückstell­ kraft, jedoch kleiner als die Verlegekraft ist.

3. Vorrrichtung zum selbsttätigen lagegerechten Spulen von Draht, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drahtführung (5) an einer Verlegevorrichtung (7) um die Drahtachse des geführten Drahtes (1) schwenkbar gelagert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Drahtführung (5) im Spulenbereich in Richtung der Spule eine Öffnung (5′) aufweist, die im Querschnitt von dem 90°-Segment des die Drahtachse umschreibenden Kreises umschlossen wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Außenmantel der Drahtführung (5) im Querschnitt gesehen eine von einem Kreis ab­ weichende Form aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verlegevorrichtung (7) ver­ schiebbar gelagert ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verlegevorrichtung (7) mit einer Bremse (8), die auf eine durch das Führungsrad (2) gehende Achse (13) wirkt, ausgestattet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bremse (8) in ihrer Bremswirkung reguliert werden kann.