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Hintergrund der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf das Herstellen von Läufern für dynamoelektrische Maschinen, wie
z.B. Motoren und Generatoren. Obwohl die Erfindung vorwiegend im
Rahmen ihrer Anwendung bei Läufern
für Elektromotoren
beschrieben ist, ist zu berücksichtigen,
dass sie genauso auf rotierende Rotoren anwendbar ist, die mit Draht
gewickelt sind, um elektrischen Strom zu leiten. Zur Vereinfachung
werden all solche Rotoren hier als Läufer bezeichnet. Obwohl die
Erfindung vorwiegend im Rahmen von Läuferspulenwicklern mit Flyer
beschrieben ist, ist außerdem
vorauszusetzen, dass die Erfindung genauso auf Wickler anwendbar
ist, die andere Typen von Spulendrahtzufuhrbauteilen verwenden,
wie z.B. die Vorrichtung, die in den schwebenden U.S. Parallelanmeldungen
07/738,199 und 07/742,629 (siehe EP-A-0526819) desselben Anmelders
beschrieben ist.
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Bezüglich der
beiliegenden 1 müssen fertige
Läufer 10,
die mit Draht 12 gewickelt wurden, der in Schlitzen 14 eines
Blechpaketes 16 aufgenommen wurde, vor ihrem letzten betrieblichen
Einsatz präzise
ausgewuchtet werden. Dies verhindert mechanische Fehlfunktionen
und garantiert ebenfalls die Unversehrtheit des Läufers, sowie
diejenige anderer Komponenten, die in der Umgebung eingebaut werden,
wo der letzte betriebliche Einsatz stattfindet.
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In
der allgemeinen Praxis werden automatische Auswuchtmaschinen am
Ende einer Läuferproduktionslinie
verwendet, um den Wert der Unwucht, die während der Produktionsstufen
erzeugt wird, zu bestimmen und um diese Unwucht durch Hinzufügen oder
Entfernen von Massen an bestimmten Teilen des fertigen Läufers zu
korrigieren. Die am meisten verbreitete Technik für automatisches
Auswuchten von Läufern
entfernt Massen durch Bohren einer oder mehrerer Vertiefungen an
der äußeren Umfangsflache
des Läuferblechpaketes 16.
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Eine
Unwucht (die ein Auswuchten wie oben beschrieben erforderlich macht)
kann das Ergebnis von Unwuchten sein, die in der Masse des Blechpaketes 16,
in der Masse des Schaftes 18, in der Masse des Kollektors 19 und
ebenfalls in der Gesamtverteilung dieser Massen vorliegen, als Ergebnis
der zur Montage notwendigen Vorgänge,
um den Läufer
zu bilden. Eine Unwucht des Läufers
kann ebenfalls von den Verarbeitungsstufen herrühren, die zum Wickeln der Spulen
aus dem Draht 12 in den Schlitzen 14 der Blechpakete 16 erforderlich
sind. Obwohl die Anordnung der Spulen (und ihre Anzahl der Wicklungen) um
den Läufer
theoretisch auszeichnet, um eine Unwucht zu vermeiden, hat die Praxis
gezeigt, dass der Wickelvorgang Unwuchten hervorrufen kann.
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Um
die Notwendigkeit für
oder den Umfang eines erforderlichen letzten Auswuchtschrittes bei der
Herstellung von Läufern
zu verringern, ist es ein Ziel dieser Erfindung, die Unwucht, die
sonst von dem Spulenwickelvorgang herrühren könnte, zu verringern oder wesentlich
zu reduzieren.
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Das
Dokument
EP 0 484 953 betrifft
das Wickeln von Spulen an einem Läufer unter Verwendung eines Überlappungsschemas.
Dieses macht das Wickeln von jeweils einer einzelnen Spule erforderlich. Die
Spulen sind unwuchtig, wobei dies auf die asymmetrische Anordnung,
bedingt durch das Überlappungsschema,
zurückzuführen ist.
Diese Unwuchtigkeit wird dadurch ausgeglichen, dass beim Wickeln der
einzelnen Spulen durch den Wickler die Anzahl der gewickelten Windungen
geändert
wird.
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Das
Dokument
US 5,080,295 betrifft
einen Drahtspanner, der den Drahtverbrauch eines einzelnen Drahts überwacht,
um die Spannung des einzelnen Drahts zu kontrollieren, mit dem Ziel,
dass die Spule weniger Platz beansprucht und der Läufer kleiner
wird. Es besteht kein Hinweis darauf, dass die Auswuchtung des Läufers verbessert
wird.
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Die
Bildung von Läuferspulen
erfordert das gleichzeitige Wickeln von zwei Drähten in zwei Paaren von Schlitzen,
die sich symmetrisch gegenüberliegen,
wie es in der beiliegenden 2 dargestellt ist.
Zum Beispiel wird eine Spule 20 in einem Schlitzpaar 22, 23 gewickelt,
die der Spule 21 symmetrisch gegenüberliegt, welche gleichzeitig
in dem Schlitzpaar 24, 25 gewickelt wird.
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Eine
der grundlegenden Herstellspezifikationen zum Wickeln von Läufern schreibt
normalerweise das Wickeln von symmetrischen gegenüberliegenden
Schlitzpaaren vor (wie z.B. die oben erwähnten), die die gleiche Anzahl
an Drahtwicklungen auf weisen. Wie schon erwähnt wird hierdurch eine theoretische
Basis zur Vermeidung einer Unwucht erzeugt, obwohl – wie es
nachfolgend noch ausführlicher
beschrieben wird – in
der Praxis während
des Wickelns verschiedene Faktoren eine Unwucht hervorrufen können.
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Läufer des
in der beiliegenden 1 gezeigten
Typs werden häufig
mit einem Wicklertyp mit Flyer gewickelt, wobei andere Wicklertypen
(z.B. solche, die in den oben erwähnten Anmeldungen 07/738,199 und
07/742,629 gezeigt sind) ebenfalls bekannt sind, bei denen ebenfalls
die hier diskutierten Probleme und Lösungen auftreten. Wie in den
beiliegenden 3 und 4 gezeigt, beinhaltet der
typische Wicklertyp mit Flyer zwei gegenüberliegende Flyer 30, 31, die
um die jeweiligen Achsen 32, 33 rotieren können, so
dass jeder einen zugehörigen
Draht 34, 35 spendet, der von einer Drahtspule 36, 37 kommend
in ein jeweiliges Paar von drahtaufnehmenden Schlitzen 38, 39 und 40, 41 übergeht,
welche mit vorpo sitionierten Wickelformen 42, 43 ausgerichtet
sind. Die Wickelformen sind erforderlich, um jeden Draht in die spulenaufnehmenden
Schlitze einzuführen,
wenn der Draht die zugehörigen
Flyer verlässt.
Die zum Wickeln der Spulen erforderlichen Drähte führen, bevor sie von den Drahtspulen
ausgehend die Flyer erreichen, durch entsprechende Spannvorrichtungen 46, 47,
die gewährleisten
sollen, dass vordefinierte Spannungen in den Drähten während der verschiedenen Vorgänge aufrechterhalten
bleiben, die zum Wickeln und Formen der Drähte des Läufers notwendig sind. Die zwei
Flyer 30 und 31 rotieren gleichzeitig, so dass
jeder eine Spule in den jeweiligen Schlitzpaaren bildet, die symmetrisch
auf gegenüberliegenden
Seiten einer zentralen Querachse 80 des Läufers angeordnet
sind. Die Flyer 30 und 31 werden durch voneinander
unabhängige
Motoren 44, 45 angetrieben, die so gesteuert werden,
dass sie sich gleichzeitig drehen, so dass beide Flyer so genau
wie möglich vorbestimmte
Winkelpositionen gleichzeitig erreichen. Insbesondere beginnen und
beenden die zwei Flyer ihre Rotation zur selben Zeit, so dass beide Spulen
gleichzeitig mit der gleichen Wicklungsanzahl gewickelt werden.
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Eine
Wickelmaschine, die nach diesen Prinzipien arbeitet, wird auch in
einem Dokument mit dem Titel "Exactrol
FM", Produktbroschüre (1986),
veröffentlicht
von Statomat Globe, beschrieben. Jeder Riss hat seinen eigenen geschlossenen
Steuerungsloop auf der Grundlage eines separaten Spannungs-Feedback-Signals.
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Zu
jedem vorgegebenen Zeitpunkt während des
Wickelns kann ein Unterschied zwischen der Spannung der Drähte, welche
durch die zugehörigen Flyer
gewickelt werden, eine unterschiedliche Verlängerung der Drähte hervorrufen.
Bei einem Vergleich der zwei Flyer miteinander, die die gegenüberliegenden
Spulen gleichzeitig wickeln, führt
dies bei bestimmten Gelegenheiten zum Zuführen von unterschiedlichen
Drahtmassen in symmetrisch gegenüberliegende
Schlitzpaare des Läufers
(wie z.B. jene, die in 4 gezeigt
sind). Dies bewirkt eine Unwucht auf den Läufer. Außerdem wird eine mit einer
höheren
Spannung gewickelte Spule kompaktere Wicklungen aufweisen, die die
radiale Anordnung ihrer Masse beeinflussen (z.B. in Bezug zur Mittellängsachse 82 des
Läufers).
Dies trägt
ebenfalls zur Unwucht bei, falls Abweichungen dieser Art zwischen den
gegenüberliegenden
Spulen bestehen, die gleichzeitig durch zwei Flyer geformt werden.
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Die
vorhergehenden Betrachtungen können mit
Hilfe der beiliegenden 5 weiterhin
veranschaulicht werden, in der bestimmte Merkmale etwas übertrieben
dargestellt wurden. Es werden die Drähte gezeigt, die für wenige
Spulenwicklungen der jeweiligen gegenüberliegenden Spulen 20, 21 notwendig
sind. Die Wicklungen der Spule 21 sind mit höherer Spannung
gewickelt, was zur Folge hat, dass der Draht für dieselbe Wicklungsanzahl
eine erhöhte
Verlängerungscharakteristik
aufweist. Hierdurch erhält die
Spule 21 eine geringere Drahtmasse und wird in Richtung
der Mittellängsachse 82 des
Läufers
kompakter gewickelt als die Spule 20. Es sollte berücksichtigt
werden, dass die Bildung der gesamten Spulen des Läufers einen
progressiven Aufbau der Drahtwicklungen und auch der unterschiedlichen Spulen
erfordert. Später
gewickelte Wicklungen und Spulen überdecken früher gewickelte
Wicklungen und Spulen, so dass das später gewickelte Material weiter
von der Mittelachse 82 entfernt ist. Dieses Überlagern
oder Überlappen
hat zur Folge, dass das Vorhandensein einer weniger kompakten inneren Spule
dazu führt,
dass die Unwucht verstärkt
wird, weil diese auch auf die Anordnung der Masse von nachfolgenden
Spulen einen Einfluss hat, die von der zentralen Längsachse 82 des
Läufers
weiter entfernt positioniert sind.
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Im
Hinblick auf das Vorhergehende ist es ein Ziel dieser Erfindung,
die Unwucht eines Läufers
zu reduzieren, oder im wesentlichen zu eliminieren, die durch die
an dem Läufer
gewickelten Spulen hervorgerufen werden könnte.
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Es
ist insbesondere ein Ziel der Erfindung die vorher beschriebenen
Unterschiede zu verringern oder im wesentlichen zu eliminieren,
die zwischen zwei von zwei Flyern oder anderen Drahtzufuhrmitteln
gleichzeitig an einem Läufer
gewickelten Spulen auftreten können„ so dass
eine während
des Wickelvorganges eines Läufers
auftretende Unwucht reduziert oder nahezu verhindert werden kann.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
nach Anspruch 1 zu erbringen und ein Verfahren nach Anspruch 6,
mit dem es möglich
ist, zwei einander gegenüberliegende
Drahtspulen an einem Läufer
gleichzeitig zu wickeln, um die Auswuchtung des Läufers zu
verbessern.
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Diese
Ziele der Erfindung werden in Übereinstimmung
mit einer ersten Ausführungsform
der Erfindung erreicht, indem der jeweilige Verbrauch eines jeden
der zwei Drähte
erfasst wird, die gleichzeitig auf den Läufer gewickelt werden. Der
jeweilige Verbrauch der zwei Drähte
wird verglichen und falls eine Differenz auftritt, wird die Spannung
des Drahtes mit dem höheren
Verbrauch relativ zur Spannung des anderen Drahtes erhöht, um einen
Ausgleich des jeweiligen Drahtverbrauchs im wesentlichen wiederherzustellen.
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In
einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung wird die Spannung in jedem der beiden Drähten in
Richtung ihrer Drahtzufuhrelemente gemessen. Sobald eine Differenz
in der Spannung festgestellt wird, wird die Spannung des Drahtes
mit der niedrigeren Spannung relativ zur Spannung des anderen Drahtes
erhöht,
um einen Ausgleich der Spannung in den zwei Drähten im wesentlichen wiederherzustellen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine perspektivische
Ansicht eines herkömmlichen
Läufers,
der in Übereinstimmung
mit dieser Erfindung gewickelt werden kann.
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2 ist eine vereinfachte
axiale Stirnansicht eines Läufers
der 1, die die Anordnungen der
Spulenschlitze und der zugehörigen
Spulen zeigt.
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3 ist eine vereinfachte
Draufsicht einer herkömmlichen
Wickelmaschine mit zwei Flyern.
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4 ist eine vergrößerte Ansicht,
teilweise im Schnitt, des zentralen Abschnitts der 3.
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5 ist eine vereinfachte
perspektivische Ansicht mit einigen, etwas übertrieben dargestellten Merkmalen,
die Spulenwicklungen in Bezug zeigt auf gegenüberliegende Aufnahmeschlitze
des Läufers, welche
gleichzeitig durch eine herkömmliche
Läuferwickelvorrichtung
hergestellt werden könnten.
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6 ist eine vereinfachte
perspektivische Ansicht einer ersten veranschaulichten Ausführungsform
einer Läuferwickelvorrichtung,
die in Übereinstimmung
mit der Erfindung konstruiert wurde.
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7 ist eine vereinfachte
Draufsicht eines Wicklers mit zwei Flyern, der wie in 6 gezeigt konstruiert wurde.
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8 ist ein veranschaulichtes Strom-Bremsmoments-Diagramm
für eine
Hysteresebremse, die in Übereinstimmung
mit den Grundgedanken der Erfindung verwendet werden kann.
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9 ist ein Blockdiagramm,
das eine Steuerung darstellt, welche geeignet ist, die Vorrichtung der 6 und 7 (oder alternativ die Vorrichtung der 11) in Übereinstimmung mit den Grundgedanken der
Erfindung zu steuern.
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10 ist ein Flussdiagramm,
das bestimmte Verfahrensschritte zeigt, welche von der in 9 gezeigten Vorrichtung
ausgeführt
werden könnten.
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11 ist eine ähnliche
Ansicht wie in 7, die
eine alternative Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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6 und 7 zeigen Teile einer Einrichtung, die
in Übereinstimmung
mit der ersten Ausführungsform
der Erfindung bei einer Läuferwickehnaschine mit
zwei Flyern verwendet werden kann, um die vorher beschriebenen Ziele
der Erfindung zu erreichen. Der Anfang der Beschreibung, der mit
Bezug auf 6 folgt, bezieht
sich auf die erforderliche Einrichtung für einen Flyer, obwohl es klar
ist, dass eine gleiche Einrichtung (die in 7 dargestellt ist und mit den selben
Bezugszeichen mit hochgestelltem Strich (') versehen ist) für den zweiten Flyer der Maschine vorgesehen
ist.
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In
Bezug zum Flyer mit der Nummer 30 kennzeichnet das Bezugszeichen 36 eine
Spule, die erforderlich ist, um Draht 34 zum Wickeln zuzuführen. Von
der Spule 36 führt
der Draht zu einer Laufrolle 61 eines Fühlermittels 60 zum
Erfassen des Drahtverbrauchs. Die Laufrolle 61 ist so befestigt, dass
sie um eine Achse 62 rotieren kann, wobei ihre Mittelwelle
in Lagern des (nicht gezeigten) Maschinenrahmens befestigt ist.
Die Mittelwelle der Laufrolle 61 ist mittels eines mechanischen
Verbindungselements mit dem drehbaren Eingang einer Codiereinrichtung 63 verbunden,
so dass diese Ausgangssignale erzeugen kann, welche die erfolgten
Umdrehungen der Laufrolle um die Achse 62 widerspiegeln. Zum
Beispiel kann die Codiereinrichtung 63 jedes Mal einen
Ausgangsimpuls erzeugen, wenn sich die Laufrolle 61 um
einen bestimmten Wert gedreht hat. Der Draht 34 ist bevorzugt
um mehr als 360° um
die Laufrolle 61 herumgewickelt und eine (nicht gezeugte)
Andruckrolle kann auf den Draht drücken, um zu gewährleisten,
dass der Draht nicht durchrutscht, wenn dieser über die Laufrolle läuft. Ein
Sensor (60) wird bevorzugt entlang des zugehörigen Drahtes 34 in
Laufrichtung vor denjeni gen Einrichtungen positioniert, wie z.B. 46 und 69,
die eine Spannung in den Draht induzieren, wie nachfolgend beschrieben.
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Hinter
dem Sensor 60 führt
der Draht 34 zur Spannungseinrichtung 46. Die
Spannungseinrichtung 46 beinhaltet eine Laufrolle 64,
um die der Draht 34 abermals bevorzugterweise um mehr als
360° gewickelt
ist. Die Laufrolle 64 weist eine Mittelwelle auf, die in
Lagern des (nicht gezeigten) Maschinenrahmens für eine Rotation um eine Achse 65 befestigt ist.
Die Mittelwelle der Laufrolle 64 ist starr mit einer Eingangswelle
einer Hysteresebremse 66 verbunden, welche in der Lage
ist, ein variables Bremsmoment auf die Laufrolle 64 auszuüben, wenn
diese in Richtung 67 gedreht wird, um dem Flyer 30 Draht
zuzuführen.
Wenn dies unter bestimmten Umständen erforderlich
ist„ kann
eine variable Bremswirkung an der Bremse 66 dadurch erreicht
werden, dass deren Spulen mit einem spezifischen und definierten Stromwert
versorgt werden. 8 zeigt
eine typische Leistungskurve für
eine Hysteresebremse, in der der Strom I abhängig vom Bremsmoment T gegenübergestellt
ist. Bremsen dieses Typs sind auf dem Markt von Magtrol Inc. in
Buffalo N.Y. erhältlich. Als
Alternative können,
falls gewünscht,
Spannvorrichtungen des Typs, wie sie in der schwebenden U.S. Parallelanmeldung
07/875,389 (siehe EP-A-05553898) dargestellt sind, verwendet werden.
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Hinter
der Spanneinrichtung 46 läuft der Draht 34 über eine
Laufrolle 68 an einem mit einer Feder vorgespannten Schwingarm 69 vorbei,
bevor er den Flyer 30 erreicht.
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Bei
den Wicklern nach dem Stand der Technik wird die Hysteresebremse
oder eine andere Spanneinrichtung 46 verwendet, um eine
Drahtspannung zu entwickeln, welche gewährleistet, dass die Spulen
kompakt genug sind, und um die Steuerung des Drahtes aufrechtzuerhalten,
der durch die Rotation der Flyer gezogen wird. Der Schwingarm ist
insbesondere während
der Vorgänge,
die zwischen den Wicklungen der Spulen vorkommen, erforderlich (z.B.
während
der Verfahrensschritte, die zum Verbinden der Drähte mit dem Kollektor erforderlich sind).
Während
dieser Vorgänge ändert der
Flyer plötzlich
seine Rotationsrichtung und auch seine Geschwindigkeit. In diesen
Situationen fängt
der Schwingarm jedes evtl. auftretende plötzliche Spannen oder Lösen des
Drahtes durch federndes Schwenken um die Achse 70 in die
passende Richtung 71 ab.
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Gemäß der Erfindung
sind die Bremsen 66 und 66' und die Schwingarme 69 und 69' bevorzugt vor
dem Wickeln voreingestellt, so dass sie gemäß den Spannungsbedingungen
arbeiten können,
die – wie
gezeigt – zum
Erreichen der idealen Spulenbildung notwendig sind. Anschließend wird
während des
Wickelns der jeweilige von den Spulen gezogene Drahtverbrauch Q1
und Q2 gemessen, wobei die Drähte 34 und 35 entsprechende
Fühlermittel 60 und 60' durchlaufen.
Durch Vergleich des jeweiligen Verbrauchs (entweder aus periodisch
gemessenen Drahtvorschubsmengen in Richtung der jeweiligen Flyer
oder aus dem jeweiligen Gesamtdrahtverbrauch von einem bestimmten
Startzeitpunkt an, wie z.B. Beginn des Wickelns des gerade zu wickelnden Spulenpaares)
wird der Unterschied in der Drahtstreckung und dadurch der Spannungsunterschied,
der in den zwei Drähten
auftritt, bestimmt. Auf der Grundlage dieses Vergleichs des jeweiligen
Verbrauchs wird das Drehmoment der Bremsen 66 und 66' eingestellt,
um die Verbrauchsdifferenz auf ein Minimum zu reduzieren, so dass
der Drahtverbrauch bei beiden Flyern 30 und 31 im
wesentlichen ausgeglichen wird. Falls z.B. der Verbrauch des Drahtes 34,
der durch das Fühlermittel 60 gemessen
wird, größer ist
als der Verbrauch des Drahtes 35, der durch das Fühlermittel 60' gemessen wird,
wird es normalerweise wünschenswert
sein, die Bremswirkung der Bremse 66 relativ zur Bremswirkung
der Bremse 66' zu
erhöhen. Es
ist so zu verstehen, dass dies entweder durch eine Absoluterhöhung in
der Bremswirkung der Bremse 66, oder durch eine Absolutreduzierung
der Bremswirkung der Bremse 66', oder durch eine Kombination dieser
zwei Absolutwertänderungen
erreicht werden kann. Das Ziel und Ergebnis solcher Änderungen
in der Bremswirkung ist es, den Unterschied im Verbrauch der Drähte 34 und 35 zu
reduzieren und letztlich nahezu zu eliminieren. Dies führt typischerweise
ebenfalls zu dem Effekt, dass mindestens die eventuellen Spannungsunterschiede
zwischen den zwei Drähten
reduziert werden. Die vorher erwähnten
Verfahren führen
zur Verringerung von Unterschieden, die in den gewickelten Spulenmassen
auftreten würden
und führen
ebenfalls dazu, dass die gegenüberliegenden
Spulen mit ähnlicher Dichte
hergestellt werden. Dies trägt – wie oben
bereits erwähnt – dazu bei,
die Unwucht in gegenüberliegenden
spulenaufnehmenden Schlitzpaaren des -Läufers zu reduzieren.
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Eine
spezifischere Lösungsmöglichkeit,
die den vorhergehenden Grundgedanken entspricht, wäre, die
idealen Spannungsbedingungen für
beide Flyer vor dem Wickeln einzustellen und die Fühlermittel 60 und 60' zu verwenden,
um den Drahtverbrauch während
des Wickelns zu messen. Diese Messungen beziehen sich auf den selben
Zeitraum und werden periodisch verglichen. Abhängig von den Unterschieden
im jeweiligen verglichenen Verbrauch wird das Drehmoment bei einer
der Bremsen 66 und 66' geändert, um den bestehenden inhärenten Unterschied
in der Drahtstreckung zu reduzieren. So können, ähnlich dem bereits Beschriebenen,
Unterschiede in den Massen und der Massenanordnung zwischen gegenüberliegenden
Spulen des Läufers
vermieden oder zumindest verringert werden. Die in diesem Abschnitt
beschriebene Ausführungsform
kann man sich so vorstellen, dass einer der beiden Flyer zusammen
mit seiner jeweiligen Spannungseinrichtung als "Master" agiert, um nach den voreingestellten
idealen Spannungsbedingungen zu wickeln, während der andere Flyer zusammen
mit seiner jeweiligen Spannungseinrichtung als "Slawe" agiert, der versucht dem Drahtverbrauch
des "Master" zu folgen, um Unterschiede
in den Wickelbedingungen zu verringern.
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9 ist ein schematisches
Blockdiagramm einer veranschaulichten Ausführungsform eines Steuerungssystems,
das mit der in 6 und 7 gezeigten Vorrichtung verbunden
werden kann, um diese Vorrichtung wie oben beschrieben steuern zu
können.
Zähleinrichtungen 100, 101 der
Codiereinrichtungen sind vorgesehen, um die digitalen Signale zu zählen, welche
von deren jeweiligen inkrementalen Codiereinrichtungen 63, 63' ausgehen. Diese
Information, die der Menge des durch die Fühlermittel 60, 60' laufenden Drahtes
entspricht, wird an einen Mikroprozessor 102 über einen
Bus 103 weitergeleitet.
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Ein
Speicher 104 enthält
das Programm, das den Mikroprozessor 102 veranlasst, die
oben und nachfolgend beschriebenen Steuerungsprinzipien durchzuführen.
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Digital/Analogwandler 105, 106 wandeln
die digitalen Ausgangssignale der Steuerung, die von dem Mikroprozessor 102 erzeugt
werden, in eine analoge Form um, die typischerweise für die Bremsen 66 und 66' erforderlich
sind, um das ausgeübte Bremsmoment
und damit die Spannung der Drähte zu
modifizieren. Bevor diese Signale an die Bremsen geleitet werden,
werden diese durch Verstärker 107, 108 verstärkt.
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Eine
Zuleitung 112 kann verwendet werden, um ein ideales Drahtspannungssignal
einzugeben, z.B. durch Verwendung eines Potentiometers, das analoge
Signale bereitstellt, welche in digitale Signale für den Mikroprozessor 102 umgewandelt
werden.
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Eine
Zuleitung 113 kann eine serielle Leitung sein, die von
einem Host oder einer Fernsteuerung kommt, der/die die letztendliche
Steuerung des Wicklers sein kann, so dass, wenn der Wickler für einen besonderen
Läufertyp
eingestellt wird, die ideale Spannung automatisch dem Mikroprozessor 102 übermittelt
wird, ohne dass eine weitere lokale Eingabe notwendig ist. Tastatur
und Monitor 114 sind alternative Eingabeeinrichtungen,
mit denen ein Operator die gewünschten
Spannungsbedingungen eingeben kann.
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Drahtspannungsfühler 120 und 121 können vorgesehen
werden, um Messsignale über
die Drahtspannung dem Mikroprozessor 102 über entsprechende
Analog/Digitalwandler 110, 111 und dem Bus 103 zuzuführen. Diese
Messsignale über
die Drahtspannung können
von dem Mikroprozessor auf eine Weise verarbeitet werden, die in
den folgenden Absätzen
ausführlicher
beschrieben wird.
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10 zeigt bestimmte Steuerungsschritte, die
periodisch von dem Mikroprozessor 102 durchgeführt werden.
Zum Beispiel können
diese Steuerungsschritte jedes Mal ausgeführt werden, wenn ein vorbestimmtes
Zeitintervall verstrichen ist, oder die Durchführung dieser Steuerungsschritte
kann nach einer vorbestimmten Umdrehungszahl der Flyer 30 und 31 synchronisiert
werden. Im letztgenannten Fall kann ein Eingang 210 (z.B.
von einem der Flyerantriebe in 7),
der die Flyerumdrehungen oder dessen Winkelposition angibt, über eine
entsprechende Schnittstelle 212 an den Mikroprozessor 102 geleitet werden.
Im Schritt 201 werden die durch die Zähleinrichtungen 100 und 101 erfassten
Zählerstände C1 und
C2 von dem Mikroprozessor 102 dazu verwendet, um die Drahtverbrauchsdaten
zu gewinnen. Dies kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden. Zum
Beispiel kann durch Subtraktion der Zählerstände des letzten Aufrufs von
Schritt 201 von den momentanen Zählerständen C1 und C2 bestimmt werden,
welche Menge an Drähten 34 und 35 momentan verbraucht
werden. (Alternativ dazu können
die Subtraktionsvorgänge
eliminiert werden, wenn die Zähleinrichtungen 100 und 101 nach
jeder Durchführung des
Schrittes 201 zurückgesetzt
werden.) Diese Verbrauchsmengen können als momentane Drahtverbrauchswerte
Q1 und Q2 verwendet werden. Ein weiteres Beispiel, wie der jeweilige
Verbrauch Q1 und Q2 bestimmt werden kann, besteht darin, die Zählerstände C1 und
C2 ohne Subtraktion der vorherigen Zählwerte oder ohne Rücksetzung
der Zähler
nach jedem Ablesen zu verwenden. In diesem Fall spiegeln die Zählerstände C1 und
C2 (und damit die Verbrauchsraten Q1 und Q2) verhältnismäßig langfristige
Zeitintegrale der verbrauchten Drahtmengen 34 und 35 wider.
(Es wird in diesem Fall sehr wahr scheinlich wünschenswert sein, die Zählerstände 100 und 101 vor
Beginn des Wickelns jedes neuen Spulenpaares zurückzusetzen.)
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Im
Schritt 202 werden die Drahtverbrauchsraten Q1 und Q2 verglichen,
um den Unterschied in den Spannungen zu bestimmen, die auf die Drähte ausgeübt werden
müssen.
Insbesondere in den Schritten 202 und 203 werden
unter Verwendung von Algorithmen oder Tabellen, die durch Versuche
ermittelt wurden und von dem zu wickelnden Läufertyp abhängen, durch den Mikroprozessor 102 digitale
Signale bestimmt, die an die Wandler 105, 106 geleitet werden,
um das Bremsmoment der Bremsen 66 und 66' zu korrigieren,
so dass der Unterschied zwischen Q1 und Q2 minimiert wird.
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In
dem beschriebenen Zusammenhang können
die Bremsen 66 und 66' für eine extrem feine Spannungsregelung
der Drähte
zusätzlich
oder alternativ auf Grund einer Rückkopplung durch optionale Drahtspannungsfühler 120 und 121 gesteuert
werden. Wie in 7 gezeigt
sind die Drahtspannungsfühler 120 und 121 bevorzugt
in Laufrichtung hinter den spannungserzeugenden Einrichtungen wie
z.B. 66 und 69, aber in Laufrichtung vor den Flyern – z.B. 30 – angeordnet.
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Obwohl
die oben beschriebene bevorzugte Ausführungsform der Erfindung Fühlermittel 60 und 60' verwendet,
um den jeweiligen Drahtverbrauch zu bestimmen, der – bedingt
durch die Drahtcharakteristik – eine
Festlegung der Drahtstreckung ist, ist es möglich, einen Indikator für diese
zweite Menge zu gewinnen, indem die Spannung des Drahtes in einer Position
gemessen wird, die sich so nahe wie möglich an der Stelle befindet,
wo der Draht in dem Läufer abgelegt
wird. Dies ist richtig, weil der Draht, der von seiner Drahtzufuhrspule 36 oder 37 herkommt,
einer Reihe von kumulativen Spannungsänderungen ausgesetzt wird,
bis er in dem Läufer
abgelegt wird. Solche Spannungsänderungen
hängen
von dem Bremsmoment ab, das von der zugehörigen Hysteresebremse ausgeübt wird,
der Drahtver formung durch die verschiedenen Laufrollen, der Federwirkung
des zugehörigen
Schwingarmes, der Kontaktreibung, die dem Draht entlang seiner Laufweges
entgegentritt und der Zentrifugalkraft zusammen mit anderen dynamischen
Kräften,
welche durch die Flyerrotation während
des Wickelns auftreten. 11 zeigt
aus diesem Grund eine alternative Ausführungsform der Erfindung, in
der die Messungen der Drahtspannungsfühler 120 und 121 anstelle
der Drahtverbrauchsfühler
als Indikator der Drahtstreckung verwendet werden. In dieser Ausführungsform
verwendet der Mikroprozessor 102 die Ausgangssignale der Fühler 120 und 121 dazu,
die Bremsen 66 und 66' zu steuern, um zu gewährleisten,
dass beide Drähte
im wesentlichen immer die gleiche Spannung auf weisen. Dies sollte
im Gegenzug die zwei Drahtverbrauchsraten im wesentlich ausgleichen.
Die in 11 gezeigte Vorrichtung
kann durch eine Vorrichtung, ähnlich
derjenigen in 9, gesteuert
werden, ohne die Elemente wie z.B. 63, 63', 100 und 101,
die für
diese Ausführungsform
der 11 nicht erforderlich
sind.
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Obwohl
die Erfindung in dem Bereich der Wicklertypen mit Flyern beschrieben
wurde, ist die Erfindung genauso auf andere Wickler anwendbar, die
andere Typen von Drahtzufuhrbauteilen aufweisen, wie z.B. die, die
in den oben erwähnten
Patentanmeldungen 07/738,199 und 07/742,629 dargestellt sind. Obwohl
hier Hysteresebremsen 66 und 66' als die hauptsächlichen spannungserzeugenden Komponenten
gezeigt sind, sind in ähnlicher
Weise andere Typen von Drahtspannern (z.B. die in der oben erwähnten Patentanmeldung
07/875,389 gezeigt sind) bekannt und können -falls gewünscht – verwendet
werden.