WO2006040375A1 - Sistema semi-automático para la fabricación de boninas de inducción eléctrica - Google Patents

Sistema semi-automático para la fabricación de boninas de inducción eléctrica Download PDF

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Definitions

  • the present specification refers to a patent application for an invention relating to a semi-automatic system for the manufacture of large-sized electric induction coils, formed by a table for manufacturing coils on which it is operated by an articulated head that It confers the precise pressure to each of the turns of the coil and that is helped by a system of tension and guidance of the conductor. All this is in turn controlled by a remote programmed system in which, according to the characteristics of the winding to be manufactured, the appropriate orders are introduced.
  • the obvious utility of the invention is that it substantially improves the current manufacturing process by reducing the manufacturing cycle time since it eliminates tasks such as the pressing of coils, also achieving greater precision in the size required for them.
  • the field of application of the present invention is that of manufacturing windings for electric motors and transformers, more specifically for large equipment and especially for high voltage electrical systems.
  • the form of the coil must be established from the first moment and the conductor must be adapted both in number of turns and those that each layer must present in a way that meets the characteristics that will be required in the equipment where they are housed.
  • the semi-automatic system for the manufacture of large electric induction coils that the invention proposes is constituted by a winding table, an articulated head with double pressure system, an automatic cable guidance equipment, the set of reels of driver to wind and a programmable control table.
  • the winding table is constituted by a board where the stops and molds suitable for the dimensions of the coil to be manufactured are located. This table allows the coil to be lifted, once finished, by means of a set of strips embedded in the table driven by a hydraulic pressure system. Manual squeeze tools are placed, in order to keep the coil in its final dimensions. Once this operation has been carried out, the coil is removed from the table by lifting to proceed to the next "coil curing" process where the layers are already joined to each other maintaining the shape and giving rigidity to the coil for subsequent handling.
  • the system head is mounted on a rotating arm fixed on a vertical support anchored to the ground. It has at the end acting on the table and the driver two axle / wheel assemblies that coordinate the coils made with the driver.
  • the hydraulic pressure wheel with vertical axis has the function of guaranteeing the correct cable entry length during the winding process, applying pressure to maintain the rectangular shape and rounded corners of these coils.
  • the material from which this wheel is made is a technical plastic to prevent damage to the paper that covers the copper conductors for insulation, in each layer that forms the turns of the coil.
  • the regulation of the tightening of the wheel against the cables will be obtained by means of a hydraulic cylinder joined at its ends to the rotating arm and to the vertical support, and connected to a hydraulic oil installation capable of maintaining a uniform pressure regardless of the position of the arm.
  • the set of pneumatic pressure wheels with a horizontal axis operates maintaining the flatness of the coil, and has the capacity to regulate the pressure of pneumatic cylinders.
  • the head presses and forms each of the turns in addition, a record is kept for each of them as they enter the coil so that the actual dimension of the coil in manufacture is available, through the measurement of the position of the pressing wheel, comparing it with the theoretical value that it should have.
  • the system following previously programmed objective criteria may either stop the process for the operator to perform a required intervention on the coil, or simply inform him of the dimensional deviation of the same with respect to the theoretical values. To approach these values, the operator can stop the winding process to place fillings manually and thus achieve the final theoretical dimension.
  • the automatic cable guide is a set of jaws mounted on rail so that it follows the movement of the machine at the cable entry and makes it always present tangent to the hydraulic head pressure wheel.
  • the control system Io is constituted by an automaton with touch screen interface and manual control command to ensure the safety of the machine operators. From the automaton all the functions of the system are controlled, rotation of the winding table, thrust of the head assembly, movement of the rotating arm and position of the guide at every moment. Text files containing input data (information on the coil to be manufactured and system parameters to control said manufacturing) can be imported through a computer and output data (process information) can be exported through a local network. Among the output data that is recorded are:
  • Figure 1 shows the layout and components of the semi-automatic system for the manufacture of large electric induction coils.
  • Figure number 2 shows a detail of the pressure head
  • FIG. 3 shows the arrangement with which the automatic cable guide acts
  • the table (1) is constituted by a board where the stops and molds suitable for the dimensions of the coil to be manufactured are located. This table allows the coil to be lifted, once finished, by means of a set of strips fitted (9) on the table driven by a hydraulic pressure system.
  • control unit (8) to which the measures referred to:
  • the head shown in detail in Figure 2 has the function of placing the turns of the conductor. For this, it has vertical pressure wheels (10) that regulate the height and ensure the flatness of each layer of the coil. Said wheels maintain their pressure according to what is programmed for their respective pneumatic systems (12). To ensure that at all times the incoming cable assembly in the coil is stepped on by the vertical wheels, they have coupled auxiliary horizontal discs responsible for maintaining contact with said incoming cables.
  • the head has a horizontal pressure wheel (11) whose function is to press the conductor that forms the loop on the immediately preceding layer so that the precise shape of the coil is obtained.
  • the pressure with which this wheel performs its work is regulated by a hydraulic cylinder (12).
  • a cable guide that is represented in figure number 3.
  • a conductor (13) can be seen which is received in the rear rollers of the guide and directed by a jaw system (14) towards the exit rollers (15) to from there, finish tangently to the horizontal wheel of the pressure head.
  • the guide is mounted on a rail (16) which allows the driver's output to be maintained as required for its winding, as mentioned above.

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Abstract

El sistema semi-automatico para la fabricacion de bobinas de induccion electrica de gran tamano, esta formado por una mesa de fabricacion de bobinas sobre la que se actua mediante un cabezal articulado que confiere la presion precisa a cada una de las espiras de la bobina y que se ayuda de un sistema de tension y guiado del conductor, controlandose mediante un sistema programado remoto en el que se introducen, en funcion de las caracteristicas del bobinado a fabricar, las ordenes oportunas. Dicho sistema permite disminuir el tiempo de ciclo de fabricacion pues elimina tareas que actualmente se realizan de forma manual, tales como control de las dimensiones y el prensado de bobinas, consiguiendo ademas mayor precision en el tamano requerido para las bobinas. Este proceso regula y controla la tension mecanica del conductor, evitando el riesgo de alargamientos y deformaciones del mismo, disponiendo asi de bobinas de mejor calidad.

Description

SISTEMA SEMI-AUTOMÁTICO PARA LA FABRICACIÓN DE BOBINAS DE
INDUCCIÓN ELÉCTRICA
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente memoria descriptiva se refiere a una solicitud de patente de invención relativa a un sistema semi-automático para Ia fabricación de bobinas de inducción eléctrica de gran tamaño, formado por una mesa de fabricación de bobinas sobre Ia que se actúa mediante un cabezal articulado que confiere Ia presión precisa a cada una de las espiras de Ia bobina y que se ayuda de un sistema de tensión y guiado del conductor. Todo ello está a su vez controlado mediante sistema programado remoto en el que se introducen, en función de las características del bobinado a fabricar, las órdenes oportunas al mismo.
La evidente utilidad de Ia invención consiste en que mejora sustancialmente el procedimiento actual de fabricación realizando una disminución del tiempo de ciclo de fabricación dado que elimina tareas como el prensado de bobinas consiguiendo además una mayor precisión en el tamaño requerido para las mismas.
Por otro lado, Ia utilización de este proceso regula y controla Ia tensión mecánica del conductor evitando el riesgo de alargamientos y deformaciones del mismo, con Io cual se dispone de bobinas de mejor calidad.
CAMPO DE LA INVENCIÓN
El campo de aplicación de Ia presente invención es el de Ia fabricación de bobinados para motores y transformadores eléctricos, más concretamente para equipos de gran tamaño y especialmente para sistemas de alta tensión eléctrica. ANTECEDENTESDELAINVENCIÓN
La fabricación de bobinas de inducción para equipos eléctricos de gran tamaño presenta una serie de complicaciones derivadas tanto de los materiales a emplear como del dimensionado de los mismos, que convierte su proceso de construcción y ensamblado en una tarea básicamente artesanal.
Se debe establecer desde un primer momento Ia forma de Ia bobina y adecuar el conductor tanto en número de espiras como las que debe presentar cada capa de forma que cumpla con las características que Ie serán requeridas en el equipo donde vayan alojadas.
Al tratarse habitualmente de condiciones de gran tensión sobre el conductor, éste sufre deformidades que redundan en una mala conformación de Ia bobina. Asimismo, Ia colocación de cada espira requiere de un ajuste a base de herramientas manuales, mazos, cuñas, etc.. con Io que el procedimiento es puramente manual.
No se tiene conocimiento de un sistema como el que Ia invención propone, capaz de eliminar tanto el procedimiento de trazado de Ia bobina como el de ajuste de cada una de las espiras, sustituyendo las técnicas manuales más laboriosas en este tipo de bobinado para equipos de gran tamaño habitualmente dedicado a los sistemas de alta tensión.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El sistema semi-automático para Ia fabricación de bobinas de inducción eléctrica de gran tamaño que Ia invención propone está constituido por una mesa de bobinado, un cabezal articulado con doble sistema de presión, un equipo automático de guiado de cable, el conjunto de carretes de conductor a bobinar y una mesa de control programable. La mesa de bobinado está constituida por un tablero donde se sitúan los topes y moldes adecuados para las dimensiones de Ia bobina que se pretende fabricar. Esta mesa permite elevar Ia bobina, una vez terminada, mediante un conjunto de regletas encajadas en Ia mesa impulsadas por un sistema hidráulico de presión. Se colocan los útiles manuales de aprieto, para así mantener Ia bobina en sus dimensiones finales. Una vez realizada esta operación Ia bobina se retira de Ia mesa por elevación para pasar al siguiente proceso "curado de bobinas" donde ya las capas quedan unidas unas a otras manteniendo Ia forma y dando rigidez a Ia bobina para su posterior manipulación.
El cabezal del sistema se encuentra montado sobre un brazo giratorio fijado sobre un soporte vertical anclado al suelo. Dispone en el extremo que actúa sobre Ia mesa y el conductor de dos conjuntos de eje/rueda que coordinadamente conforman las bobinas realizadas con el conductor.
La rueda de presión hidráulica con eje vertical tiene como función garantizar Ia correcta longitud de entrada de cables durante el proceso de bobinado, aplicando presión para mantener Ia forma rectangular y esquinas redondeadas de estas bobinas. El material del que está hecha esta rueda es un plástico técnico para evitar daños en el papel que recubre los conductores de cobre para su aislamiento, en cada capa que forman las espiras de Ia bobina. La regulación del aprieto de Ia rueda contra los cables se obtendrá mediante un cilindro hidráulico unido por sus extremos al brazo giratorio y al soporte vertical, y conectado a una instalación óleo hidráulica capaz de mantener una presión uniforme independientemente de Ia posición del brazo.
El conjunto de ruedas de presión neumática con eje horizontal opera manteniendo Ia planicidad de Ia bobina, y dispone para regular Ia presión de cilindros neumáticos. Mediante la acción de ambos conjuntos, el cabezal presiona y conforma cada una de las espiras, además, se lleva un registro para cada una de ellas según van entrando en Ia bobina de forma que se dispone de Ia dimensión real de Ia bobina en fabricación, a través de Ia medición de Ia posición de Ia rueda prensora, comparándola con el valor teórico que debiera tener. Así, el sistema siguiendo unos criterios objetivos previamente programados podrá o bien detener el proceso para que el operario realice una intervención requerida sobre Ia bobina, o bien simplemente Ie informará de Ia desviación dimensional de Ia misma respecto de los valores teóricos. Para aproximarse a dichos valores, el operario podrá detener el proceso de bobinado para colocar rellenos manualmente y conseguir de esta manera alcanzar Ia dimensión teórica final.
La guiadera automática de cables es un conjunto de mordazas montado sobre rail de forma que sigue el movimiento de Ia máquina en Ia entrada de los cables y hace que éste siempre se presente tangente a Ia rueda hidráulica de presión del cabezal.
El sistema de control Io está constituido por un autómata con ¡nterfaz de pantalla táctil y mando manual de control para asegurar Ia seguridad de los operarios de Ia máquina. Desde el autómata se controlan todas las funciones del sistema, giro de Ia mesa de bobinaje, empuje del conjunto del cabezal, movimiento del brazo giratorio y posición de Ia guiadera en cada instante. A través de ordenador se pueden importar archivos de texto que contienen datos de entrada (información de Ia bobina a fabricar y parámetros del sistema para controlar dicha fabricación) y exportar datos de salida (información sobre el proceso) a través de una red local. Entre los datos de salida que se registran están:
Dimensiones reales de las bobinas terminadas Tiempo de bobinado Tiempos de paradas programadas. Tiempos de Set up del torno Alarmas. Pudiendo, de esta manera establecer relaciones entre los procesos.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para completar Ia descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompañan a Ia presente memoria descriptiva y como parte integrante de Ia misma 2 hojas de planos, en las cuales con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado Io siguiente:
En Ia figura número 1 se muestra en esquema Ia disposición y componentes del sistema semi-automático para Ia fabricación de bobinas de inducción eléctrica de gran tamaño.
La figura número 2 muestra un detalle del cabezal de presión
La figura número 3 presenta Ia disposición con Ia que actúa Ia guiadera automática de cables
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A Ia vista de estas figuras puede observarse el aspecto exterior y otras características de Ia invención.
Siguiendo Ia figura número 1 se muestra Ia disposición de los diferentes componentes del sistema semi-automático para Ia fabricación de bobinas de inducción eléctrica de gran tamaño. Se dispone de una zona donde se ordenan los diferentes carretes (6) de conductor que alimentarán a Ia bobinadora. De estos parte el conductor a bobinar que es guiado por Ia guiadora automática (5) que se encuentra montada en un rail (7).
De Ia guiadera (5) parte el conductor hacia el cabezal de presión (2) de forma que el hilo se presenta tangente a las ruedas de ajuste que este cabezal posee. El cabezal se encuentra montado en un brazo que en Ia figura se ha representado en Ia posición de trabajo (2) y en Ia de reposo (4). El cambio de una a otra se produce mediante giro sobre el soporte (3), quedando el extremo libre para las acciones de trabajo sobre Ia mesa bobinadora (1).
La mesa (1) está constituida por un tablero donde se sitúan los topes y moldes adecuados para las dimensiones de Ia bobina que se pretende fabricar. Esta mesa permite elevar Ia bobina, una vez terminada, mediante un conjunto de regletas encajadas (9) en Ia mesa impulsadas por un sistema hidráulico de presión.
Todo el sistema se encuentra gobernado por una unidad de control (8) a Ia que llegan las medidas referidas a:
- Número de espiras (vueltas) de Ia bobina en proceso
- Tiempo de bobinado,
- Tiempos de paradas programadas.
- Tiempos de Set up del torno, y
- Alarmas.
Dispone asimismo de Ia posición real del cabezal de presión (2) que compara con Ia posición teórica de Ia bobina en cada momento de su desarrollo, ejecutando una parada del proceso cuando Ia diferencia requiera de acción de rellenado manual. El cabezal que se muestra en detalle en Ia figura número 2 tiene como función Ia colocación de las espiras del conductor. Para ello dispone de ruedas verticales (10) de presión que regulan Ia altura y aseguran Ia planitud de cada capa de Ia bobina. Dichas ruedas mantienen su presión en función de Io programado para sus respectivos sistemas neumáticos (12). Para asegurar que en cada momento el conjunto de cables entrante en Ia bobina es pisado por las ruedas verticales, éstas tienen acoplados unos discos auxiliares horizontales encargados de mantener el contacto con dichos cables entrantes.
El cabezal dispone de una rueda de presión horizontal (11) cuya función es presionar al conductor que forma Ia espira sobre Ia capa inmediatamente anterior de manera que se obtenga Ia forma precisa de Ia bobina. La presión con que esta rueda realiza su trabajo viene regulada por un cilindro hidráulico (12).
Para ayudar a que se mantenga Ia tensión del conductor y el ángulo predeterminado de entrada durante el proceso de bobinado se dispone de una guiadora de cable que está representada en Ia figura número 3. En dicha figura se puede apreciar un conductor (13) que es recibido en los rodillos posteriores de Ia guiadora y dirigido por un sistema de mordazas (14) hacia los rodillos de salida (15) para desde allí, terminar en modo tangente a Ia rueda horizontal del cabezal de presión.
La guiadora se encuentra montada sobre un rail (16) Io que Ie permite mantener Ia salida del conductor tal y como es requerido para su bobinado, como antes ha quedado mencionado.
No se considera necesario hacer más extensa esta descripción para que cualquier experto en Ia materia comprenda el alcance de Ia invención y las ventajas que de Ia misma se derivan. Los materiales, forma, tamaño y disposición de los elementos serán susceptibles de variación siempre y cuando ello no suponga una alteración de Ia esencialidad de Ia invención. Los términos en que se ha descrito esta memoria deberán ser tomados en sentido amplio y no limitativo.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Sistema semi-automático para Ia fabricación de bobinas de inducción eléctrica de gran tamaño esencialmente caracterizado porque dispone de un cabezal de presión (2 y 4) montado sobre un soporte (3) alrededor del cual pivota, y que dispone de un conjunto de ruedas verticales (10) y una rueda horizontal (11) de modo que actúa sobre el conductor a bobinar para que el conjunto de espiras quede perfectamente conformado sin precisar de intervención de trabajo manual sobre el mismo.
2. Sistema semi-automático para Ia fabricación de bobinas de inducción eléctrica de gran tamaño, según Ia primera reivindicación, caracterizado porque Ia acción de Ia guiadora (5) evita tensiones de tracción en el conductor a bobinar, eliminando el riesgo de estiramiento del mismo.
3. Sistema semi-automático para Ia fabricación de bobinas de inducción eléctrica de gran tamaño, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el gobierno programado previamente en Ia unidad de control (8) es trasladado a los elementos hidráulicos (12) que mantienen Ia presión adecuada en las ruedas verticales (10) y horizontal
(11), de forma que se evita el proceso de prensado al quedar convenientemente posicionadas cada una de las espiras del bobinado.
4. Sistema semi-automático para Ia fabricación de bobinas de inducción eléctrica de gran tamaño, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque mediante el gobierno programado previamente en Ia unidad de control (8) se dispone tanto de Ia forma de Ia bobina como del número de espiras que se colocaran en cada una de las capas que Ia conforman, vigilando dicho sistema Ia posición de Ia rueda horizontal (11) del cabezal (2) a fin de que en caso de alejamiento del valor teórico previsto puedan colocarse en su caso rellenos que proporcionen Ia forma previamente programada.
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