[0001] Die Erfindung betrifft eine Verdrillvorrichtung für elektrische Leitungen, gemäss
dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren dafür, gemäss dem Oberbegriff
des Anspruchs 13.
[0002] In der
WO2013068990A1 ist ein Verfahren zum Verdrillen von elektrischen oder optischen Leitungen, wie Drähten,
Kabeln, Leitungsbündel, Lichtleitfasern, etc., in einer Verdrillvorrichtung mit zwei
gegenläufig verdrehbaren Verdrillköpfen offenbart. Die Leitungen werden nacheinander
in die Verdrillvorrichtung zwischen die Verdrillköpfe eingezogen und während des Verdrillvorganges
wird der Abstand der Verdrillköpfe voneinander verringert, vorzugsweise in Abhängigkeit
der Umdrehungen der Verdrillköpfe, um die Gesamtlängenverkürzung der verdrillten Leitungen
beim Verdrillen auszugleichen. Vorteilhafte Varianten sehen vor, die Drehzahl der
Verdrillköpfe während eines ersten Abschnittes des Verdrillvorganges sukzessive zu
erhöhen und während eines zweiten Abschnittes des Verdrillvorganges sukzessive zu
verringern oder auch die Drehzahlen der Verdrillköpfe separat zu erhöhen und zu verringern
oder nach programmierbaren Drehzahlprofilen.
[0003] Bei derartigen Verfahren sind wesentliche Störgrößen die Längenschwankung der Einzelleitungen,
Toleranzen durch Leitungsübergaben in der Maschine, Temperaturschwankungen und Toleranzen
des Leitungsaußendurchmessers. Die Qualität der Verdrillung ist auch abhängig von
der Kraft, die beim Verdrillen in der Leitungsachse aufgebracht wird. Die Leitungen
beim Verdrillen entsprechend dem Verkürzungsprofil mit konstanter Kraft zu beaufschlagen,
ist in einem automatisierten Prozess sehr anspruchsvoll. Eine rechnerische (theoretische)
Bestimmung des Verkürzungsprofils muss bei jeder Verdrillung individuell angepasst
werden, um die Störgrößen auszuschalten.
[0004] Dies gilt genauso bei einer Vorrichtung wie in der
EP1032095B1 offenbart, wo eine Regelung des Verkürzungsprofils vorgesehen ist. Die Leitung ist
beidseitig eingespannt, an einem festen Greifer ist ein Kraftsensor angebracht. Ein
Verdrillrotor ist beweglich eingebaut und fährt die Verkürzung der Leitung möglichst
synchron zur tatsächlichen Leitungsverkürzung ab, wobei seine Position unter Berücksichtigung
der gemessenen Kraft geregelt wird. Die Zugkraft wird an der feststehenden Leitungsklemme
ermittelt und davon abgeleitet der Vorschubweg des Verdrillmotors geregelt. Diese
Lösung erfordert eine sehr schnelle Signal-Verarbeitung. Allerdings schwankt im Regelprozess
die Kraft um einen voreingestellten Wert, wobei aufgrund des äusserst dynamischen
Prozesses nur verzögert reagiert werden kann, so dass auf einen Fehler nur schwer
geregelt werden kann. Das Einhalten einer exakten Zugkraft ist fast unmöglich, was
auch hier zu einem hohen Anteil an Ausschuss führen kann. Dies gilt insbesondere bei
kurzen zu verdrillenden Leitungen, die axial kaum dämpfend wirken; es wird ein äusserst
hoher Regelaufwand benötigt.
[0005] Eine andere Gruppe von Maschinen, die sogenannten halbautomatischen Leitungsverdriller,
arbeiten im Bereich der Leitungsverkürzung gegen eine permanente Kraft, die typischerweise
pneumatisch aufgebracht wird. Eine Qualitätsüberwachung wäre wegen der langen Wege
des Verkürzens nur unter erheblichen Kostenaufwänden zu realisieren. Das Thema hat
bei der manuellen Verarbeitung wenig Priorität, da der Bediener jede Leitung in der
Produktion sieht und Fehler so relativ gut erkennen kann.
[0006] Ähnliche Probleme wie oben erläutert treten auch beim Verseilen auf. So offenbart
beispielsweise die
DE19631770A1 eine Verseilmaschine, in der vorbereitete Leitungen manuell eingespannt werden. Das
Verseilen der beiden Leitungen erfolgt durch Rotieren der beiden Leitungen beginnend
an den im Verdrillkopf eingespannten Leitungsenden bei gleichzeitigem gesteuerten
Verfahren eines Drillschiffes, so dass der Abstand zwischen Drillschiff und Verdrillkopf
bei fortschreitendem Prozess größer wird. Verdrillt werden bei diesem Prozess die
Leitungsabschnitte, die sich zwischen Drillschiff und Verdrillkopf befinden. In der
DE19631770A1 wird auch beschrieben, dass die Verdrillspannaufnahmen mittels einer Vorschubeinrichtung,
z.B. ein Pneumatikzylinder mit Gegendrucksteuerung, entlang der Linearführungen verfahrbar
angeordnet sind. Diese Vorschubeinrichtung mit Pneumatikzylinder und Gegendrucksteuerung,
montiert unter dem Verdrillkopf mit den Verdrillspannaufnahmen verfährt den gesamten
Verkürzungsweg, der beim Verdrillen entsteht.
[0007] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, eine Verdrillvorrichtung derart
auszubilden, dass damit der sehr dynamische und auch aufgrund von Störgrössen wie
Materialtoleranzen nur schwer zu regelnde Verdrillprozess einfach zu überwachen ist,
dass eine Prozessautomatisierung bei möglichst gleichbleibender Zugkraft ermöglicht
ist, wobei Belastungsspitzen an den Leitungen vermieden werden können, und dass eine
Möglichkeit zur unmittelbaren Qualitätskontrolle der verdrillten Leitungen geschaffen
ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung war ein Verfahren zur Herstellung verdrillter
Leitungen mit den genannten Vorteilen.
[0008] Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 und des unabhängigen
Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Figuren und in den abhängigen
Patentansprüchen dargelegt.
[0009] Ausgangspunkt ist eine Vorrichtung mit zumindest einem relativ zu einer Basis um
eine Drehachse motorisch verdrehbaren Verdrillkopf und einer Einspannvorrichtung für
die dem Verdrillkopf gegenüberliegenden Enden der Leitungen, wobei der Verdrillkopf
in Richtung seiner Drehachse auf die Einspannvorrichtung hin verfahrbar ist. Die Einspannvorrichtung
kann beispielsweise eine feststehende, d.h. nicht rotierende Leitungsklemme sein.
Die motorische Bewegbarkeit des Verdrillkopfes kann durch beliebige Antriebe bewerkstelligt
werden, wie beispielsweise Elektromotoren, Fluidmotoren auf pneumatischer oder hyraulischer
Basis, etc.
[0010] Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist eine derartige Vorrichtung dadurch gekennzeichnet,
dass der Verdrillkopf auf einem ersten, automatisch motorisch verfahrbaren Längenausgleichsschlitten
sitzt, wobei die Einspannvorrichtung auf einem zum Längenausgleichsschlitten im Wesentlichen
parallel zur Drehachse des Verdrillkopfes beweglichen Wegausgleichsschlitten sitzt,
der über ein krafterzeugendes Element mit einer im Wesentlichen parallel zur Drehachse
wirkenden Kraft beaufschlagbar ist.
[0011] Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass auf dem Wegausgleichsschlitten als Einspannvorrichtung
ein weiterer Verdrillkopf sitzt, welcher um eine mit dem ersten Verdrillkopf gemeinsame
Drehachse gegenläufig verdrehbar ist.
[0012] Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Wegausgleichsschlitten
passiv verfahrbar und ist durch ein Vorspannelement mit einer vom ersten Verdrillkopf
weg weisenden Kraft beaufschlagt. Auf diese Weise wird über den gesamten Verfahrbereich
der während des Verdrillprozesses bewegten Elemente eine Zugkraft auf die Leitungen
aufgebracht, um dadurch den Verdrillprozess und dessen Qualität zu verbessern.
[0013] Bevorzugt ist dabei die Vorspannkraft des Vorspannelementes zumindest vor Beginn
der Aktivierung des Antriebs des Längenausgleichsschlittens einstellbar und bleibt
vorzugsweise während des Verdrillvorganges konstant. Auf diese Weise kann über den
gesamten Verfahrbereich eine konstante Zugkraft beim Verdrillen aufgebracht werden.
Materialbedingte Toleranzen werden damit beim Verdrillen kompensiert, indem die axial
bewegliche Einspannvorrichtung entsprechend der konstanten Zugkraft ihre axiale Halteposition
anpasst.
[0014] Bei einfacher und gut regelbarer Bauweise ist gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform
das Vorspannelement ein über ein ansteuerbares Drucksteuerventil mit einer Druckquelle
verbundener Fluidzylinder, vorzugsweise ein Pneumatikzylinder.
[0015] Ein weiteres optionales Merkmal gemäss der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass
die Kolbenstange des Fluidzylinders bzw. der Wegausgleichschlitten mit einem Wegmesssensor
versehen oder gekoppelt ist, welcher mit einer Auswerteeinrichtung zur Ermittlung
und Auswertung des Fahrprofils des Kraftausgleichsschlittens verbunden ist. Beispielsweise
kann die Position der Kolbenstange bzw. des Schlittens überwacht werden, welche der
Halteposition der Einspannvorrichtung entspricht. Aufgrund der geringen axialen Bewegungen
der Einspannvorrichtung während des Verdrillvorganges, die typischerweise im Bereich
von 40mm liegen, ist damit der Verdrillprozess innerhalb der "normalen" Toleranzen
gut überwachbar. Störungen und Fehler außerhalb dieses normalen Verdrill-Prozesses
führen dazu, dass der Überwachungs-Toleranzschlauch verlassen wird. Damit ist eine
Qualitätskontrolle des Verdrillvorganges realisierbar. Anstelle des Wegmesssensors
sind auch Initiatoren denkbar, die bedämpft sind, solange der Schlitten im zulässigen
Überwachungs-Toleranzschlauch verfahren wird.
[0016] Anstelle eines Vorspannelementes, das zum Ausgleich von unterschiedlichen axialen
Wegen während des Verdrillvorganges mit einer konstanten Vorspannkraft beaufschlagt
ist, kann gemäss einer weiteren erfindungsgemässen Ausführungsform der Kraftausgleichsschlitten
mit einem Kraftmesssensor und einem motorischen Antrieb als krafterzeugendes Element
ausgestattet sein. Dabei ist der Kraftausgleichsschlitten in Abhängigkeit von den
Signalen des Kraftmesssensors durch den Antrieb zumindest während des Verdrillvorganges
mit einer vom ersten Verdrillkopf weg weisenden und allenfalls veränderlichen Kraft
beaufschlagt.
[0017] Für die Qualitätskontrolle des Verdrillvorganges kann in diesem Fall ebenfalls das
- nun aber aktiv vorgebbare - Fahrprofil der Einspannvorrichtung herangezogen werden.
Dazu ist erfindungsgemäss der Antrieb oder eine Steuereinrichtung des Kraftausgleichsschlittens
für den Antrieb mit einer Auswerteeinrichtung zur Ermittlung und Auswertung des Fahrprofils
des Kraftausgleichsschlittens verbunden.
[0018] Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Antrieb
für den Längenausgleichsschlitten über eine programmierbare Steuerung aktivierbar
ist, um ein für jede Leitung, Leitungsart und/oder Verdrillparameter vorgegebenes
Fahrprofil überwiegend in Richtung auf die Einspannvorrichtung hin abzufahren, und
wobei der maximal mögliche Verfahrweg des Wegausgleichsschlittens durch vorzugsweise
einstellbare Anschläge geringer gehalten ist als der maximale Verfahrweg des Längenausgleichsschlittens.
Durch den Verdrillprozess wird die Länge der verdrillten Leitung in Abhängigkeit von
den Verdrillumdrehungen nach einer Parabel-Funktion verkürzt. Variable im Verdrillprozess
sind z.B. Leitungsdurchmesser, Leitungsmaterial, Leitungslänge, Anzahl der Verdrillumdrehungen
(vorwärts und anschließend rückwärts zum Entspannen), Zugkraft beim Verdrillen und
Verdrillschlaglänge, die als Verdrillergebnis erzielt werden soll. Die Längen-Verkürzung
im Verdrillprozess ist also mathematisch beschreibbar entsprechend der vorgenannten
Variablen und kann als Datei (sog. Rezeptur) gespeichert werden. Die Basisdaten für
diese Rezepturen werden in Vorversuchen für jeden Leitungsquerschnitt initial ermittelt.
Von einmal ermittelten Basisdaten können die Daten für andere Leitungslängen mathematisch
abgeleitet werden. Theoretisch würde die axiale Zugkraft in dem zu verdrillenden Leitungspaar
entsprechend der Rezeptur weitgehend konstant bleiben, wenn dies nicht durch Störgrössen
wie etwa Materialtoleranzen verhindert wäre. Der Ausgleich dieser Toleranzen durch
eine konstante Haltekraft auf die Einspannvorrichtung ist jedoch durch eine viel geringere
axiale Verschiebung möglich, als die Verdrillung an sich benötigt.
[0019] Um die möglichst weitgehend automatisierte Durchführung und auch Überwachung des
Verdrillprozesses zu ermöglichen, ist bevorzugt zumindest der Antrieb des Längenausgleichsschlittens
mit einer Steuereinheit verbunden, in der für jede Kombination von Leitungen und Verdrillparametern
ein Fahrprofil zur Ansteuerung des Antriebs des Längenausgleichsschlittens abgelegt
ist.
[0020] Vorteilhafterweise ist dabei vorgesehen, dass in der Steuereinheit ein Ablauf implementiert
ist, der die Auswerteeinrichtung und/oder den Wegmesssensor abfragt und abhängig vom
ermittelten Fahrprofil des Wegausgleichsschlittens eine Qualitätsaussage generiert
und/oder das Fahrprofil des Längenausgleichsschlittens adaptiert, allenfalls als neues
Fahrprofil für diese Kombination von Leitungen und Verdrillparametern in der Steuereinheit
hinterlegt, und/oder den Verdrillvorgang mit einer Fehlermeldung abbricht.
[0021] Die Überwachung des Verdrillvorganges kann auch dazu genutzt werden, die Parameter
des Verdrillvorganges automatisiert anzupassen. Dazu ist besonders vorteilhaft eine
Vorrichtung geeignet, die dadurch gekennzeichnet ist, dass in der Steuereinheit ein
Ablauf implementiert ist, der den Längenausgleichsschlitten derart steuert, dass die
vom Wegmesssensor gelieferten Werte in einem vorgegebenen Bereich liegen, und abhängig
vom ermittelten Fahrprofil des Wegausgleichsschlittens eine Qualitätsaussage generiert
und/oder das Fahrprofil des Längenausgleichsschlittens adaptiert, allenfalls als neues
Fahrprofil für diese Kombination von Leitungen und Verdrillparametern in der Steuereinheit
hinterlegt, und/oder den Verdrillvorgang mit einer Fehlermeldung abbricht.
[0022] Zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe kann auch ein Verfahren zum Verdrillen
von elektrischen Leitungen angepasst werden. Die grundlegenden Schritte eines derartigen
Verfahrens umfassen die Schritte:
- Ablängen einer ersten Leitung und Übergabe an einen aktiv verfahrbaren Verdrillkopf
und eine gegenüberliegende verschiebbare Einspannvorrichtung,
- Spannen der Leitung zwischen Verdrillkopf und Einspannvorrichtung durch Verfahren
zumindest des Verdrillkopfes weg von der Einspannvorrichtung,
- Aktivieren des Verdrillkopfes zur Drehung um eine parallel zu den eingespannten Leitungen
liegende Drehachse, unter gleichzeitigem Verfahren des Verdrillkopfes in Richtung
der Einspannvorrichtung gemäss einem vorgegebenen Fahrprofil.
[0023] Ein derartiges Verfahren ist erfindungsgemäss gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- Beaufschlagung zumindest der Einspannvorrichtung mit einer vom Verdrillkopf weg gerichteten
Kraft, allenfalls unterschiedlicher Stärke, zumindest während des Verdrillvorganges,
und
- Ermittlung und Auswertung eines Fahr- oder Kraftprofils für die verschiebbare Einspannvorrichtung.
[0024] Bevorzugt sind als weitere optionale Schritte vorgesehen:
- motorisch angetriebenes Verschieben des Verdrillkopfes weg von der Einspannvorrichtung
nach Einspannen der Leitung und vor Beginn des eigentlichen Verdrillvorganges, solange
bis die Einspannvorrichtung um einen vordefinierten Verfahrweg verschoben ist oder
eine vordefinierte Kraft anliegt,
- Messung oder zumindest mittelbare Bestimmung eines für die Länge der Leitung charakteristischen
Wertes aus der dann eingenommenen Position des Verdrillkopfes,
- Wiederholung der obigen Schritte mit einer zweiten oder jeder weiteren, zusammen mit
der ersten Leitung zu verdrillenden Leitung, wobei aus den Messwerten oder charakteristischen
Werten ein Korrekturwert für das Ablängen der zweiten oder jeder weiteren Leitung
bestimmt wird.
[0025] Eine weitere erfindungsgemässe Variante des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet,
dass der Verdrillkopf ein für jede Leitungsart und/oder Verdrillparameter programmgesteuert
vorgegebenes Fahrprofil in Richtung auf die Einspannvorrichtung hin abfährt, während
diese durch die bei Verkürzung der verdrillten Leitungen bewirkte Kraft entgegen der
Wirkung eines krafterzeugenden Elementes auf den Verdrillkopf hin verschoben wird.
[0026] Eine vorteilhafte Vorbereitung des eigentlichen Verdrillvorganges ist möglich durch
eine Erfindungsvariante, bei welcher vor Beginn des eigentlichen Verdrillvorganges
die zu verdrillenden Leitungen locker eingespannt werden, wonach die Leitungen nach
einer losen Anfangsverdrillung durch Verfahren des Verdrillkopfes auf Spannung gebracht
werden, bis die Einspannvorrichtung etwa um die Hälfte des maximalen Verfahrwegs verschoben
wurde, wobei die Einspannvorrichtung mit einer Kraft vom Verdrillkopf weg beaufschlagt
wird.
[0027] Eine Qualitätsüberwachung des Verdrillvorganges insbesondere bei automatisiertem
Prozessablauf ist vorteilhaft dann möglich, wenn das Fahrprofil der Einspannvorrichtung
während der Verdrillung ausgewertet wird, wobei vorzugsweise das Überschreiten einer
vorgegebenen Grenze für den Verfahrweg und die zugeordnete Umdrehung überwacht wird,
so dass ein Überwachungsschlauch darstellbar ist, der bei Bedarf eine detaillierte
Zuordnung der Grenzwertüberschreitung in Zuordnung zur Umdrehung zulässt.
[0028] Vorzugsweise kann eine erfindungsgemässe Variante vorsehen, dass das Fahrprofil des
Verdrillkopfes in Abhängigkeit vom Fahrprofil der Einspannvorrichtung adaptiert wird,
vorzugsweise für eine vorgebbare Anzahl von Verdrillvorgängen mit gleichartigen Leitungen
und Verdrillparametern.
[0029] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der
Erfindung beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung
erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich
sein.
[0030] Die Bezugszeichenliste ist wie auch der technische Inhalt der Patentansprüche und
Figuren Bestandteil der Offenbarung. Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend
beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bedeuten gleiche Bauteile, Bezugszeichen mit unterschiedlichen
Indices geben funktionsgleiche oder ähnliche Bauteile an.
[0031] Es zeigen dabei:
Fig. 1 beispielhaft eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemässen Verdrillvorrichtung
mit zwei Verdrillköpfen,
Fig. 2 eine vergrösserte Einzeldarstellung der Baugruppe der Verdrillvorrichtung der
Fig. 1 mit der zum Wegausgleich verschiebbaren Einspannvorrichtung in komplett zurückgefahrener
Stellung,
Fig. 3 eine vergrösserte Einzeldarstellung der Baugruppe der Fig. 2 in komplett ausgefahrener
Stellung, und
Fig. 4 ein Beispiel für einen pneumatischen Schaltplan für die Ansteuerung des Vorspannelementes
für die Einspannvorrichtung.
[0032] Die in Fig. 1 dargestellte Verdrillvorrichtung mit Ausgleich der theoretischen Längenverkürzung
beim Verdrillprozess weist einen Verdrillkopf 1 auf. Auf der dem Verdrillkopf 1 gegenüberliegenden
Seite wird ein zu verdrillendes Leitungspaar 3 durch einen zweiten Verdrillkopf 5
gehalten, wobei die beiden Verdrillköpfe 1, 5 in entgegengesetztem Sinn um eine gemeinsame
Drehachse in Drehung versetzt werden können. Anstelle des zweiten Verdrillkopfes 5
kann auch eine nicht-rotative Einspannvorrichtung vorgesehen sein. Die nicht-rotative
Einspannvorrichtung kann als Variante auch anstelle des ersten Verdrillkopfes 1 vorgesehen
sein, wobei dann der zweite Verdrillkopf 5 in Drehung versetzt wird. Prinzipiell ist
auch das Verdrillen von drei oder mehr Leitungen denkbar, wenn die Verdrillköpfe 1,
5 bzw. die Einspannvorrichtung, insbesondere deren Einspannmechanismen, entsprechend
ausgelegt sind.
[0033] Nach Übergeben des Leitungspaares 3 an die Verdrillköpfe 1, 5 sind die Leitungen
zunächst nebeneinander parallel angeordnet und an den Enden in den Greifern der Verdrillköpfe
1, 5 eingespannt. Sobald der Verdrillprozess gestartet wird, werden die beiden Leitungen
durch die Wirkung zumindest des Verdrillkopfes 1 umeinander verdrillt, wobei die axiale
Zugkraft beim Verdrillen konstant sein sollte. Eventuell ist aber auch eine variable
Zugkraft in Abhängigkeit vom fortschreitenden Verdrillprozess sinnvoll. Durch den
Verdrillprozess wird die Länge der verdrillten Leitung 3 zwischen den Verdrillköpfen
1, 5 verkürzt. Die Verkürzung erfolgt in Abhängigkeit von den Verdrillumdrehungen
nach einer Parabel-Funktion. Die Anzahl der für den Verdrillauftrag erforderlichen
Verdrillumdrehungen ist annäherungsweise gleich der Länge der verdrillten Leitung
3 (It. Zeichnung/Auftrag) geteilt durch Schlaglänge. Zusätzlich müssen beispielsweise
ca. 40% Überdrillung gerechnet werden, die dann wieder zurück zu drillen sind.
[0034] Die Längen-Verkürzung im Verdrillprozess ist mathematisch mit Hilfe der Variablen
im Verdrillprozess (z.B. Leitungsdurchmesser, Leitungsmaterial, Leitungslänge, Anzahl
der Verdrillumdrehungen (vorwärts und anschließend rückwärts zum Entspannen), Zugkraft
beim Verdrillen und Verdrillschlaglänge, die als Verdrillergebnis erzielt werden soll,
etc) beschreibbar. Die Parameter des Verdrillprozesses für eine bestimmte Konfiguration
dieser Variablen kann als Datei (sog. "Rezeptur") gespeichert werden. Die Basisdaten
für diese Rezepturen werden in Vorversuchen für jeden Leitungsquerschnitt initial
ermittelt. Von einmal ermittelten Basisdaten können die Daten für andere Leitungslängen
mathematisch abgeleitet werden.
[0035] Die theoretische Längen-Verkürzung wird beim Verdrillprozess umgesetzt, indem der
erste Verdrillkopf 1 auf einem Längenausgleichsschlitten 2 sitzt, der über einen programmierbaren
Servoantrieb entsprechend der erforderlichen Rezeptur beim Verdrillen aktiv und vorzugsweise
entsprechend den Verdrillumdrehungen verfahren werden kann und damit die Verkürzung
der zu verdrillenden Leitungen 3 beim Verdrillprozess kompensiert. Theoretisch müsste
dabei die axiale Zugkraft in dem zu verdrillenden Leitungspaar 3 weitgehend konstant
bleiben, wie dies auch für die meisten Verdrillprozesse erwünscht ist. Über die geeignete
Rezeptur könnte aber auch ein über die Verdrillung variabler Zugkraftverlauf programmiert
werden.
[0036] Der zweite Verdrillkopf 5 - bzw. auch jede nicht-rotative Einspannvorrichtung - sitzt
auf einem weiteren Linearschlitten, einem Wegausgleichsschlitten 4, der von einem
einstellbaren Vorspannelement mit einer einstellbaren Vorspannkraft beaufschlagbar
ist, welche Kraft in einer dem ersten Verdrillkopf 1 entgegengesetzten und parallel
zur gemeinsamen Drehachse der Verdrillköpfe 1, 5 orientierten Richtung wirkt. Vorzugsweise
wird der Schlitten 4 mit einer konstanten und vor allem unabhängig von der Schlittenposition
konstanten Zugkraft beaufschlagt. Die beim Verdrillen auf die Leitungen 3 über den
Verdrillkopf 1 beaufschlagte axiale Zugkraft entspricht der am Wegausgleichsschlitten
4 wirkenden Zugkraft.
[0037] Wenn bedingt durch z.B. Material-Toleranzen im Prozeß das Verkürzungsmaß der verdrillten
Leitung nicht exakt dem gemäß Fahrprofil programmierten und verfahrenen Soll-Weg des
Längenausgleichsschlittens unter Verdriller 1 entspricht, soll der Wegausgleichsschlitten
4 unter dem Verdrillkopf 5 diesen Differenzweg ausgleichen. Die Zugkraft bleibt dieselbe.
[0038] Als Vorspannelement kann beispielsweise ein Pneumatikzylinder 6 zum Einsatz kommen,
dessen einer Arbeitsraum mit einstellbarem und unabhängig von der Kolbenstellung konstantem
Druck beaufschlagt ist. Auf diese Weise kann über den gesamten Verfahrbereich des
Längenausgleichsschlittens 2 durch die ausgleichende Wirkung des Wegausgleichsschlittens
4 eine definierte Zugkraft, beispielsweise konstant über den gesamten Verfahrbereich
beider Schlitten 2, 4 auf das zu verdrillende Leitungspaar 3 beim Verdrillen aufgebracht
werden. Der Pneumatikdruck zur Versorgung des Zylinders 6 wird - wie dies in Fig.
4 in einem beispielhaften Pneumatikschaltplan dargestellt ist - mittels eines programmierbaren
Druckregelventils, vorzugsweise eines 5/2-Wegeventils 44 per Benutzeroberfläche eingestellt.
Das Pneumatiksystem umfasst insgesamt die Druckluftquelle 41, einen zwischen dieser
und dem Druckluftspeicher 42 eingesetzten elektropneumatischen Regler 43, als auch
zwei Schalldämpfer 47 an den Auslassöffnungen des Ventils 44. Ein Stopfen 45 verschliesst
einen zum Zylinder 6 parallelen Pfad des Ventils 44. Der Pneumatikzylinder 6 wird
mit dem Pneumatikdruck einseitig versorgt, so dass die an der Kolbenstange vorhandene
Zugkraft über den gesamten Verfahrbereich des Kolbens konstant vorhanden ist. Materialbedingte
Toleranzen werden dadurch beim Verdrillen kompensiert, indem der nun axial bewegliche
Verdrillkopf 2 entsprechend der konstanten Zugkraft seine axiale Halteposition anpasst.
[0039] Alternativ ist es auch möglich, in Zuordnung zu den Verdrillumdrehungen den Pneumatikdruck
und damit die auf die Leitungen 3 wirkende Zugkraft zu variieren, so dass z.B. zu
Beginn des Verdrillprozesses eine geringere Zugkraft wirkt, danach eine größere. Weiters
sind alternative Ausführungsformen möglich, bei welchen der Pneumatikdruck und damit
die Vorspannkraft des Zylinders 6 nach einem programmierten Profil gefahren wird.
Das betrifft auch den anschliessenden Rückverdrillprozess.
[0040] Die durch Toleranzen zu kompensierende Verdrill-Verkürzung erfordert nur einen relativ
kurzen Verfahrweg des unter Verdrillkopf 5 montierten Wegausgleichsschlittens 4, insbesondere
im Vergleich zum Verfahrweg des Längenausgleichsschlittens 2 für den ersten Verdrillkopf
1, typischerweise im Bereich von ca. 40 mm. Dies ist auch durch Vergleich der Fig.
2 und 3 zu erkennen. Wenn die Position der Kolbenstange, des Schlittens 4 bzw. des
Verdrillkopfes 5, also die Verdrillkopf-Halteposition, mittels eines Wegsensors 7
überwacht wird, ist damit der Verdrillprozess innerhalb der "normalen" Toleranzen
gut überwachbar. Störungen und Fehler außerhalb dieses normalen Verdrill-Prozesses
führen dazu, dass der Überwachungs-Toleranzschlauch verlassen wird. Dies kann durch
eine Auswerteeinheit detektiert, verarbeitet und angezeigt werden. Auch können weitere
Aktionen - Abbrechen des Verdrillvorganges, Ausscheiden des Leiterpaares als fehlerhaft,
etc. - davon ausgelöst werden, so das damit ein Monitoring bzw. eine Qualitätskontrolle
realisierbar ist. Vorteilhafterweise ist der maximal mögliche Verfahrweg des Wegausgleichsschlittens
4 durch vorzugsweise einstellbare Anschläge 8a, 8b geringer gehalten als der maximale
Verfahrweg 8 des Längenausgleichsschlittens 2.
[0041] Gemäss der Erfindung wird der Verdrillprozess also in zwei Bewegungen aufgeteilt.
Nachdem die Leitung 3 in beide Verdrillköpfe 1, 5 locker eingespannt wurde, wird die
Leitung 3 sofort oder nach einer losen Anfangsverdrillung mit dem Längenausgleich
servomotorisch auf Spannung gebracht, bis der Verdrillkopf 5 oder eine andere, dem
Verdrillkopf 1 gegenüberliegende Einspannvorrichtung etwa die Mitte des möglichen
Verfahrwegs des Wegausgleichschlittens erreicht hat. Der Pneumatikzylinder 6 beaufschlagt
die Leitung 3 nun mit der eingestellten Kraft konstant. Dann wird die Verdrillung
gestartet und vom Längenausgleich des Verdrillkopfes 1 mit einem vorgegebenen Fahrprofil
abgefahren, wobei der Verdrillkopf 1 eine rechnerisch ermittelte Ausgleichsfahrt durchführt,
um die Verkürzung der zu verdrillenden Leitungen 3 nachzuempfinden.
[0042] Die zweite Einspannvorrichtung, hier also der zweite Verdrillkopf 5, fährt dem ersten
Verdrillkopf 1 über eine Führung entgegen (sie kann unter bestimmten Bedingungen auch
vom Verdrillkopf 1 weg fahren), wobei der Verfahrweg abhängig ist von der am Vorspannelement
6 voreingestellten Kraft zum Spannen der Leitungen 3 beim Verdrillen. Der Verdrillkopf
5 bzw. der ihn tragende Wegausgleichsschlitten 4 kompensiert lediglich kleine Abweichungen
vom idealen, programmierten Leitungsverkürzungsweg.
[0043] Ein Wegmesssensor 7 oder beliebige andere Signalgeber in Verbindung mit dem zweiten
Verdrillkopf 5 ermittelt dessen Fahrprofil während einer Verdrillung und in einer
Auswerteeinheit wird die Abweichung der Leitungsverkürzung ermittelt. Für eine Qualitätsüberwachung
wird das Fahrprofil des Verdrillkopfes 5 über die Verdrillung der Leitung 3 aufgezeichnet
und ausgewertet. Eine fehlerhafte Verdrillung kann so über den gesamten Verlauf erkannt
werden, auch eine statistische Auswertung ist möglich
[0044] Weiters ist eine Optimierung des Maschinenprozesses möglich. Dazu wird das Fahrprofil
des Längenausgleichs von Verdrillkopf 1 unter Berücksichtigung des Ausgleichweges
von Verdrillkopf 5 im Zuge der ersten Verdrillungen für gleichartige Leitungen 3 bzw.
gleichartige Verdrillparameter schrittweise nachgesteuert.
[0045] Weitere Vorteile der Vorrichtung und des Verfahrens gemäss der oben beispielhaft
erläuterten Erfindung:
Überwachungsfähigkeit der Verdrillung bei exakt gleichbleibender Zugkraft im Automatikprozess.
Prüfung / Überwachung der fertig verdrillten Länge
Überwachung der Verkürzung bei Verdrillen als Qualitätsmerkmal
Sehr sensibles Ansprechen der Längenkorrektur verhindert Belastungsspitzen der Leitungen
Qualitätssteigerung der Verdrillung durch absolut gleichbleibende Zugkraft im automatischen
Verdrillprozess
Zugkraftprofil programmierbar im automatischen Verdrillprozess, mit Zugkraft zugeordnet
zu den Verdrillumdrehungen bei fortschreitendem Verdrillprozess und/oder beim anschliessenden
Rückverdrillen
Verbesserte Erkennung einer Schlechtverdrillung
Die Leitungen werden beim Verdrillen in axialer Richtung nicht überlastet.
Prüfung / Überwachung der unverdrillten Leitungslänge
[0046] Eine Variante der Erfindung sieht vor, dass der Wegausgleichsschlitten 4 oder jede
gleichartig wirkende Anordnung eine automatische Ermittlung des Fahrprofils für den
ersten Verdrillkopf 1 ermöglicht. Das Fahrprofil folgt typischerweise einer Parabel-Funktion.
Wenn die Ist-Werte für den Anfangsbereich der Parabel bekannt sind, kann daraus die
komplette Parabel berechnet werden.
[0047] Erfindungsgemäss werden zwei alternativ auch drei oder mehr zu verdrillende Leitungen
3 abgelängt und zwischen den Verdrillköpfen 1, 5 eingespannt. Dazu wird die Leitungslänge
vorgegeben, vorzugsweise über eine graphische Benutzerschnittstelle, so dass der Längenausgleichsschlitten
2 positioniert werden kann. Die gewünschte Zugkraft auf die Leitungen 3 wird dann
am Druckregelventil 44 des Wegausgleichschlittens 4 eingestellt. Typische Werte liegen
bei ca. 50N. Danach wird der Schlitten 1 soweit zurückgefahren, dass der Schlitten
4 des Verdrillkopfes 5 durch die eingespannten Leitungen 3 in den pneumatisch geregelten
Verfahrbereich gezogen wird.
[0048] Anschliessend wird der Verdrillvorgang mit langsamer Drehzahl des Verdrillkopfes
1 oder der Verdrillköpfe 1, 5 gestartet und solange durchgeführt, bis der Schlitten
4 sein Verfahrwegende erreicht hat. Gleichzeitig wird über den Wegmesssensor 7 des
Schlittens 4 der Verfahrweg in Zuordnung zu den Umdrehungen erfasst. Damit sind die
Ist-Daten für den Beginn der Fahrprofil-Parabel erfasst. Aus diesen Daten kann die
Parabel berechnet werden inklusive des weiterführenden Fahrprofiles. Damit ist das
Fahrprofil für den Verdrillkopf 1 bzw. den Längenausgleichsschlitten 2 programmierbar.
Das berechnete Fahrprofil basiert auf einer relativ kleinen Anzahl an Ist-Daten, so
dass die Abweichungen aller weiteren Verdrillvorgänge bei Bedarf korrigiert werden
müssen. Die notwendigen Korrekturen können mittels des Wegesensors 7 des Wegausgleichsschlittens
4 ermittelt und für die Korrektur der Fahrprofil-Parabel herangezogen werden.
[0049] Eine weitere vorteilhafte Anwendung der Erfindung ist es, den Wegausgleichsschlitten
4 zum automatisierten vergleichenden Messen der Ist-Längen der beiden oder mehrerer
einzeln nacheinander abgelängten Einzelleitungen 3 zu nutzen, um für beide oder mehr
zu verdrillenden Leitungen 3 die gleiche Länge im Verdrillbereich zu gewährleisten.
[0050] Nach dem Ablängen der ersten Leitung mittels des Leitungseinzugs und Übernahme in
die Greifer der beiden Verdrillköpfe 1, 5 wird der Längenausgleichsschlitten 2 von
der gegenüberliegenden Einspannvorrichtung weg verfahren, bis die Leitung 3 gestrafft
ist und weiter der Wegausgleichsschlitten 4 bewegt wird und damit seine eingestellte
Zugkraft axial auf die Einzelleitung 3 wirkt. Der Längenausgleichsschlitten 2 wird
dann noch weiter verfahren bis zu einem definierten Referenzpunkt des Schlittens 4,
welcher als Referenzpunkt mittels eines Wertes des Wegsensors 7 oder eines fixen Signalgebers
festgestellt wird. Der an diesem Punkt erreichten Wegepunkt des Längenausgleichschlittens
2 (ermittelt aus Resolver-Daten seines Servomotors) wird dann gespeichert.
[0051] Der Längenausgleichschlitten 2 wird dann in Ausgangsposition zurückgefahren, wobei
die auf die Leitung 3 axial wirkende Zugkraft wieder auf Null reduziert wird und der
Wegausgleichsschlitten 4 auf seine Ausgangsposition zurückfährt und die vermessene
Leitung aus den Verdrillköpfen 1, 5 entnommen bzw. ausgeworfen werden kann.
[0052] Danach wird dieselbe Prozedur mit der zweiten Leitung 3 durchgeführt. Durch Vergleich
der Wegepunkt-Positionen des Längenausgleichschlittens 2 für erste und zweite und
eventuell weitere Einzelleitung 3 kann nun die Differenz-Länge der beiden Leitungen
berechnet werden. Dieses Differenzmaß kann nun für die Korrektur des Ablängvorganges
der Leitungen 3 genutzt werden
1. Verdrillvorrichtung für elektrische Leitungen, mit zumindest einem relativ zu einer
Basis um eine Drehachse motorisch verdrehbaren Verdrillkopf (1) und einer Einspannvorrichtung
für die dem Verdrillkopf (1) gegenüberliegenden Enden der Leitungen (3), wobei der
Verdrillkopf (1) in Richtung seiner Drehachse auf die Einspannvorrichtung hin verfahrbar
ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrillkopf (1) auf einem ersten, automatisch motorisch verfahrbaren Längenausgleichsschlitten
(2) sitzt, wobei die Einspannvorrichtung auf einem zum Längenausgleichsschlitten (2)
im Wesentlichen parallel zur Drehachse des Verdrillkopfes (1) beweglichen Wegausgleichsschlitten
(4) sitzt, der über ein krafterzeugendes Element mit einer im Wesentlichen parallel
zur Drehachse wirkenden Kraft beaufschlagbar ist.
2. Verdrillvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Wegausgleichsschlitten (4) als Einspannvorrichtung ein weiterer Verdrillkopf
(5) sitzt, welcher um eine mit dem ersten Verdrillkopf (1) gemeinsame Drehachse gegenläufig
verdrehbar ist.
3. Verdrillvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegausgleichsschlitten (4) passiv verfahrbar und durch ein Vorspannelement mit
einer vom ersten Verdrillkopf (1) weg weisenden Kraft beaufschlagt ist.
4. Verdrillvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannkraft des Vorspannelementes zumindest vor Beginn der Aktivierung des
Antriebs des Längenausgleichsschlittens (2) einstellbar ist und vorzugsweise während
des Verdrillvorganges konstant bleibt.
5. Verdrillvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement ein über ein ansteuerbares Drucksteuerventil (44) mit einer Druckquelle
(41, 42, 43) verbundener Fluidzylinder, vorzugsweise ein Pneumatikzylinder (6) ist.
6. Verdrillvorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange des Fluidzylinders (6) bzw. der Wegausgleichschlitten (4) mit einem
Wegmesssensor (7) versehen oder gekoppelt ist, welcher mit einer Auswerteeinrichtung
zur Ermittlung und Auswertung des Fahrprofils des Wegausgleichsschlitten (4) verbunden
ist.
7. Verdrillvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegausgleichsschlitten (4) mit einem Kraftmesssensor und einem motorischen Antrieb
als krafterzeugendes Element ausgestattet ist, wobei der Wegausgleichsschlitten (4)
in Abhängigkeit von den Signalen des Kraftmesssensors durch den Antrieb zumindest
während des Verdrillvorganges mit einer vom ersten Verdrillkopf (1) weg weisenden
und allenfalls veränderlichen Kraft beaufschlagt ist.
8. Verdrillvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb oder eine Steuereinrichtung des Wegausgleichsschlitten (4) für den Antrieb
mit einer Auswerteeinrichtung zur Ermittlung und Auswertung des Fahrprofils des Wegausgleichsschlitten
(4) verbunden ist.
9. Verdrillvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antrieb für den Längenausgleichsschlitten (2) über eine programmierbare Steuerung
aktivierbar ist, um ein für jede Leitung (3), Leitungsart und/oder Verdrillparameter
vorgegebenes Fahrprofil überwiegend in Richtung auf die Einspannvorrichtung hin abzufahren,
und wobei der maximal mögliche Verfahrweg des Wegausgleichsschlitten (4) durch vorzugsweise
einstellbare Anschläge (8a, 8b) geringer gehalten ist als der maximale Verfahrweg
(8) des Längenausgleichsschlittens (2).
10. Verdrillvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Antrieb des Längenausgleichsschlittens (2) mit einer Steuereinheit
verbunden ist, in der für jede Kombination von Leitungen (3) und Verdrillparametern
ein Fahrprofil zur Ansteuerung des Antriebs des Längenausgleichsschlittens (2) abgelegt
ist.
11. Verdrillvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinheit ein Ablauf implementiert ist, der die Auswerteeinrichtung und/oder
den Wegmesssensor (7) abfragt und abhängig vom ermittelten Fahrprofil des Wegausgleichsschlitten
(4) eine Qualitätsaussage generiert und/oder das Fahrprofil des Längenausgleichsschlittens
(2) adaptiert, allenfalls als neues Fahrprofil für diese Kombination von Leitungen
(3) und Verdrillparametern in der Steuereinheit hinterlegt, und/oder den Verdrillvorgang
mit einer Fehlermeldung abbricht.
12. Verdrillvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinheit ein Ablauf implementiert ist, der den Längenausgleichsschlitten
(2) derart steuert, dass die vom Kraftmesssensor gelieferten Werte in einem vorgegebenen
Bereich liegen, und abhängig vom ermittelten Fahrprofil des Wegausgleichsschlitten
(4) eine Qualitätsaussage generiert und/oder das Fahrprofil des Längenausgleichsschlittens
(2) adaptiert, allenfalls als neues Fahrprofil für diese Kombination von Leitungen
(3) und Verdrillparametern in der Steuereinheit hinterlegt, und/oder den Verdrillvorgang
mit einer Fehlermeldung abbricht.
13. Verfahren zum Verdrillen von elektrischen Leitungen (3), umfassend die Schritte:
- Ablängen der Leitungen (3) und Übergabe an einen aktiv verfahrbaren Verdrillkopf
(1) und eine gegenüberliegende verschiebbare Einspannvorrichtung,
- Spannen der Leitungen (3) zwischen Verdrillkopf (1) und Einspannvorrichtung durch
Verfahren zumindest des Verdrillkopfes (1) weg von der Einspannvorrichtung,
- Aktivieren des Verdrillkopfes (1) zur Drehung um eine parallel zu den eingespannten
Leitungen (3) liegende Drehachse, unter gleichzeitigem aktivem Verfahren des Verdrillkopfes
(1) in Richtung der Einspannvorrichtung gemäss einem vorgegebenen Fahrprofil,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- Beaufschlagung zumindest der Einspannvorrichtung mit einer vom Verdrillkopf (1)
weg gerichteten Kraft, allenfalls unterschiedlicher Stärke, zumindest während des
Verdrillvorganges, und
- Ermittlung und Auswertung eines Fahr- und / oder Kraftprofils für die verschiebbare
Einspannvorrichtung.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
gekennzeichnet, durch
- motorisch angetriebenes Verschieben des Verdrillkopfes (1) weg von der Einspannvorrichtung
nach Einspannen der Leitung (3) und vor Beginn des eigentlichen Verdrillvorganges,
solange bis die Einspannvorrichtung um einen vordefinierten Verfahrweg verschoben
ist oder eine vordefinierte Kraft anliegt,
- Messung oder zumindest mittelbare Bestimmung eines für die Länge der Leitung (3)
charakteristischer Wertes aus der dann eingenommenen Position des Verdrillkopfes (1),
- Wiederholung der obigen Schritte mit einer zweiten oder jeder weiteren, zusammen
mit der ersten Leitung (3) zu verdrillenden Leitung (3), wobei aus den Messwerten
oder charakteristischen Werten ein Korrekturwert für das Ablängen der zweiten oder
jeder weiteren Leitung (3) bestimmt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrillkopf (1) ein für jede Leitungsart und/oder Verdrillparameter programmgesteuert
vorgegebenes Fahrprofil in Richtung auf die Einspannvorrichtung hin abfährt, während
diese durch die bei Verkürzung der verdrillten Leitungen (3) bewirkte Kraft entgegen
der Wirkung eines krafterzeugenden Elementes auf den Verdrillkopf (1) hin verschoben
wird.
16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass vor Beginn des eigentlichen Verdrillvorganges die zu verdrillenden Leitungen (3)
locker eingespannt werden, wonach die Leitungen vorzugsweise nach einer losen Anfangsverdrillung
durch Verfahren des Verdrillkopfes (1) auf Spannung gebracht werden, bis die Einspannvorrichtung
etwa um die Hälfte des maximalen Verfahrwegs verschoben wurde, wobei die Einspannvorrichtung
mit einer Kraft vom Verdrillkopf (1) weg beaufschlagt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrprofil der Einspannvorrichtung während der Verdrillung ausgewertet wird,
wobei vorzugsweise das Überschreiten einer vorgegebenen Grenze für den Verfahrweg
und die zugeordnete Umdrehung überwacht wird, so dass ein Überwachungsschlauch darstellbar
ist, der bei Bedarf eine detaillierte Zuordnung der Grenzwertüberschreitung in Zuordnung
zur Umdrehung zulässt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrprofil des Verdrillkopfes (1) in Abhängigkeit vom Fahrprofil der Einspannvorrichtung
adaptiert wird, vorzugsweise für eine vorgebbare Anzahl von Verdrillvorgängen mit
gleichartigen Leitungen (3) und Verdrillparametern.