[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gesteuerten Auf- oder Abwikkeln eines länglichen
Gegenstandes auf einen bzw. von einem Spulenkörper, bei dem der mindestens eine längliche
Gegenstand von einem Führungskopf zum Spulenkörper geleitet wird, welcher für dieses
Auf- oder Abwickeln drehbar gelagert ist und von einem Antriebsorgan gedreht wird.
[0002] Bei einer gattungsmässigen Vorrichtung wird der eine zentrale Bohrung aufweisende
Spulenkörper beidseitig von je einem in diese Bohrung eingreifenden Zapfen gehalten.
Letztere und infolgedessen der Spulenkörper werden dann für das Aufwickeln von einem
Motor gedreht. Nachteilig hierbei ist der Umstand, dass eine schlupffreie Übertragung
der Drehbewegung vom Motor auf den Spulenkörper insbesondere beim Starten nicht gewährleistet
ist, weil zwischen den Zapfen und diesem Spulenkörper durch das Trägheitsmoment von
letzterem beim Anfahren des öfteren eine Gleitreibung entsteht. Ein gezieltes Aufwickeln,
bei dem Wicklung um Wicklung ohne Abstand zwischeneinander auf den Spulenkörper aufgebracht
werden, lässt sich mit dieser Vorrichtung nicht realisieren.
[0003] Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgegenüber darin, zum einen ein Verfahren
und zum andern eine Vorrichtung nach der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, mittels
dem nebst einem präzisen Auf- oder Abwickeln eine konstante Zugkraft auf den länglichen
Gegenstand, vorzugsweise einen Draht, ermöglicht wird. Dieses gesteuerte Auf- bzw.
Abwickeln soll durch eine Vorrichtung ausgeführt werden, welche einfach aufgebaut
und darüberhinaus eine problemlose Bedienbarkeit erlaubt. Des weiteren soll mit dieser
Vorrichtung ein insbesondere von Hand zu dieser Vorrichtung hin gerollter Spulenkörper,
der einen Aussendurchmesser bis zu einem Meter oder noch grösser aufweisen kann, ohne
grossen Kraftaufwand auf diese Vorrichtung geladen bzw. von dieser weggenommen werden
können.
[0004] Die Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass eine programmgesteuerte Einstellung
des Drehzahlverlaufs sowie des Drehmomentes des Antriebsorganes in Abhängigkeit des
messbaren Wickeldurchmessers für einen Auf- bzw. Abwickelvorgang des Spulenkörpers
erfolgt, dass mittels eines Reglers der Istwert der Zugkraft am länglichen Gegenstand
via das gemessene Drehmoment am Antriebsorgan mit einem einstellbaren Sollwert verglichen
und bei Abweichung der Istwert wieder an den Sollwert herangeführt wird.
[0005] Mit diesem erfindungsgemässen Verfahren kann dieses Auf- oder Abwikkeln äusserst
zuverlässig und ohne übermässige Beanspruchungen auf den auf- bzw abzuwickelnden Gegenstand
ausgeführt werden. Es wird nebst einem äusserst gleichmässigen Aufwickeln auch eine
konstante Zugkraft auf diesen Gegenstand erzeugt, womit sich dieses Verfahren speziell
auch für die Aufwicklung von Kabeln eignet, die in ihrer Beschaffenheit sehr empfindlich
ausgebildet sind.
[0006] Zur Realisierung dieses gleichmässigen Aufwickelns trägt die erfindungsgemäss ausgebildete
Vorrichtung bei. Für eine optimale Übertragung des Drehmomentes von dem Antriebsorgan
auf den Spulenkörper sind Antriebswellen vorgesehen, auf welchen der Spulenkörper
aufliegt. Ausserdem wird mittels einer zusätzlichen Anpressrolle auf der Oberseite
des Spulenkörpers eine gegen die Antriebswellen hin gerichtete Anpresskraft erzeugt,
um eine schlupffreie betriebssichere Führung des Spulenkörpers zu erreichen.
[0007] Im weiteren ist erfindungsgemäss eine Hebevorrichtung zum Laden bzw. Entladen des
Spulenkörpers auf die resp. von der Vorrichtung vorgesehen. Diese Hebevorrichtung
weist vorteilhaft eine Kippwanne auf. mittels welcher der Spulenkörper auf die Antriebswellen
gehoben bzw. von diesen abgekippt werden kann.
[0008] Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie weitere Vorteile derselben sind nachfolgend
anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
- Fig.1
- eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemässen Vorrichtung mit Darstellung
der Verlegerahmens in drei unterschiedlichen Höhen,
- Fig.2
- ein Blockschaltbild des erfindungsgemässen Verfahrens zum gesteuerten Aufwickeln eines
länglichen Gegenstandes auf einen Spulenkörper,
- Fig.3
- eine schematische Vorderansicht der Vorrichtung nach Fig.1,
- Fig.4
- eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung, und
- Fig.5
- eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung in Ladestellung.
[0009] Fig.1 zeigt eine Vorrichtung 10 zum gesteuerten Auf- oder Abwickeln von länglichen
Gegenständen 11 auf einen oder von einem Spulenkörper 15 bzw. einem kleineren Spulenkörper
16. Bei den länglichen Gegenständen 11 handelt es sich insbesondere um Kabel, Drähte,
Bänder, Seile, Tücher oder um ähnliches. Die Vorrichtung 10 ist dabei derart ausgelegt,
dass mit ihr vorteilhaft genormte Spulenkörper oder sogenannte Bobinen mit einem Aussendurchmesser
von 500 Millimetern bis zu einem solchen von einem Meter aufgenommen werden können.
[0010] Erfindungsgemäss liegt der Spulenkörper 15 oder 16 auf mindestens zwei Antriebswellen
22, 24 auf, wobei wenigstens die eine, vorzugszweise beide Antriebswellen 22, 24 mit
dem vorteilhaft als Elektromotor vorgesehenen Antriebsorgan 20 über einen Zahnriemen
20' oder dergleichen drehverbunden sind. Hierzu ist eine Hebevorrichtung vorgesehen.
die derart ausgebildet ist, dass der Spulenkörper 15, 16 insbesondere von Hand auf
die in Ladeposition abgesenkte Hebevorrichtung hin gerollt werden kann, welche den
Spulenkörper durch ein maschinelles Anheben auf die vom Antriebsorgan 20 antreibbaren
Antriebswellen 22, 24 hebt bzw. von diesen wegkippt.
[0011] Durch die Ausbildung der Antriebswellen 22, 24 mit einem Durchmesser, der bedeutend
kleiner als derjenige des Spulenkörpers 15 ist, annähernd in einem Verhältnis zwischen
1:8 und 1:15, wird beim Starten des Drehens des Spulenkörpers ein sehr kleines Drehmoment
übertragen, was zu einem schlupffreien Übertragen der Drehung beiträgt. Beim Abkippen
der Wanne 40 zum Entladen des Spulenkörpers wird die hintere Antriebswelle 24, die
in der Wanne gelagert ist, in die Position 24' hochgeschwenkt, hierdurch der Spulenkörper
aus der Vorrichtung 10 auf den Boden 19 gerollt wird.
[0012] Ausserdem ist mindestens eine Anpressrolle 25 auf der Oberseite des Spulenkörpers
15, 16 vorgesehen, die eine gegen die Antriebswellen 22, 24 hin gerichtete Anpresskraft
erzeugt, damit der Spulenkörper während dem Wickeln nicht von diesen Antriebswellen
fällt. Diese Anpressrolle 25 ist zweckmässigerweise auf der Unterseite eines oberhalb
des Spulenkörpers 15, 16 höhenverstellbar angeordneten Verlegerahmen 30 drehbar gelagert.
In Betriebsstellung bewirkt die Anpressrolle 25 eine radial gegen das Zentrum des
Spulenkörpers 15, 16 wirkende Auflagekraft, welche in ihrer Wirkungslinie zwischen
die beiden Antriebswellen 22, 24 gerichtet ist.
[0013] Der Verlegerahmen 30 ist beidseitig von je einem in vertikaler Richtung teleskopartig
mittels eines Antriebes verstellbaren Stützbein 31 gehalten. Die Stützbeine 31 ihrerseits
sind dabei an einem Sockel 21 befestigt. Dieser Verlegerahmen 30 kann durch seine
Höhenverstellung je nach Durchmesser des Spulenkörpers von einer oberen Endposition
in eine Position 30 oder noch weiter nach unten in eine Position 30" verstellt werden.
[0014] Damit wird bezweckt, dass ein im Verlegerahmen 30 enthaltender Führungskopf 35 beim
Wickeln möglichst nah an den Spulenkörper 15 oder 16 positioniert werden kann, damit
der längliche Gegenstand 11 in optimaler Weise geführt ist.
[0015] Bei dem erfindungsgemässen Verfahren zum gesteuerten Auf- oder Abwickeln des länglichen
Gegenstandes 11 auf den bzw. vom Spulenkörper 15 ist eine programmgesteuerte Einstellung
des Drehzahlverlaufs sowie des Drehmomentes des Antriebsorganes in Abhängigkeit des
messbaren Wickeldurchmessers für einen Aufwickelvorgang des Spulenkörpers vorgesehen.
Mittels eines Reglers wird der Istwert der Zugkraft via das gemessene Drehmoment am
Antriebsorgan mit einem einstellbaren Sollwert verglichen und bei Abweichung wird
dieser Istwert wieder an den Sollwert herangeführt.
[0016] Durch die programmgesteuerte Einstellung des Drehzahlverlaufs sowie des Drehmomentes
des Antriebsorganes wird insbesondere eine Anpassung an das während eines Auf- oder
Abwickelvorganges sich ändernde Widerstandsmoment am Spulenkörper 15 bzw an den sich
vergrössernden Wikkeldurchmesser erreicht. Mit grösser werdendem Wickeldurchmesser
ist vom Antrieb 20 her eine grössere Kraftübertragung erforderlich. Demgegenüber wird
die Drehzahl am Antrieb bei grösser werdendem Wickeldurchmesser verkleinert, um eine
annähernd konstant bleibende Zuführgeschwindigkeit des länglichen Gegenstandes herbeizuführen.
[0017] Gemäss Fig.2 wird der Sollwert 54 für die Zugkraft am länglichen Gegenstand 11 via
ein Potentiometer 54' oder dergleichen eingestellt und an den Regler 50 geleitet.
Parallel dazu wird der aktuelle Wickeldurchmesser 15' von einem Sensor 52 gemessen
und von einem Computer 56 oder dergleichen für die Bestimmung der programmgesteuerten
Einstellung des Drehmomentes aufgenommen. Dieses vom Computer 56 definierte Drehmoment
dient dann zusammen mit dem Sollwert 54 als eigentliche Sollgrösse, mittels derer
der Regler 50 das Antriebsorgan 20 ansteuert. Eine Rückmeldung des gemessenen Drehmomentes
als Istwert 57 gelangt zum Regler zurück, welcher in der Folge bei Abweichung zum
Sollwert eine Angleichung des Istwertes vornimmt. Mit der vom Computer 56 bestimmten
Einstellung des Drehmomentes wird das mit grösser werdendem Wickeldurchmesser ändernde
Widerstandsmoment ausgeglichen. Mittels der Sollwerteingabe 54 wird die sich ändernde
programmgesteuerte Einstellung vom Computer 56 her mit einem entsprechenden Faktor
für die effektive Sollgrösse geändert.
[0018] Gleichzeitig zur Regelung des Drehmomentes erfolgt eine Drehzahlregelung des Antriebsorganes
20 und damit des Spulenkörpers 15. Diese Drehzahl hängt dabei von der gewünschten
Wickelgeschwindigkeit ab, welche von den anlagenspezifischen Kenndaten, wie der Drahtbeschaffenheit,
des Drahtdurchmessers und/oder von anderen Faktoren ermittelt wird, wie bspw. von
der möglichen Zuführgeschwindigkeit, die von einer den Draht oder ähnlichem liefernden
Produktionsmaschine abhängt. Die Bestimmung der Drehzahl erfolgt ausserdem in Abhängigkeit
des Wickeldurchmessers 15', welcher vorn Sensor 52 gemessen wird. Dieses an den Computer
56 gelieferte Messignal wird folglich für die programmgesteuerte Einstellung der Drehzahl
herangezogen. Diese vom Computer 56 softwaremässig definierte Drehzahl wird als Signalgrösse
an einen Regler 61 geleitet, der das Antriebsorgan 20 mit einem Drehzahl-Sollwert
ansteuert. Die definierte Drehzahl ist dabei derart ausgelegt, dass sie zur Erzielung
einer annähernd gleich bleibenden Wickelgeschwindigkeit mit grösser werdendem Wickeldurchmesser
abnimmt. Ein Tachogenerator 62 meldet dann den Istwert der Drehzahl am Elektromotor
an den Regler 61 zurück, welcher auf an sich herkömmliche Weise den Ist- mit dem Sollwert
vergleicht und allenfalls eine Korrektur des Sollwertes vornimmt. Die Wickelgeschwindigkeit
beträgt vorteilhaft zwischen 0 und 15 m/min, derweil das Drehmoment für die Zugkraft
in der Regel zwischen 30 und 150 Nm einstellbar ist.
[0019] Beim Abwickeln besteht im Zusammenhang mit der Regelung des Drehmomentes gegenüber
dem Aufwickeln insofern ein Unterschied, als das als Elektromotor ausgebildete Antriebsorgan
20 als Bremse wirkt. Hierdurch wird wiederum ein definiertes Drehmoment und damit
eine gewünschte Zugkraft am abwickelnden länglichen Gegenstand 11 erzeugt. Ansonsten
kann das Verfahren analog wie beim Aufwickeln benutzt werden.
[0020] Im weiteren erfolgt im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens eine exakte Verstellung
des den länglichen Gegenstand 11 leitenden Führungskopfes 35. Um eine ohne Abstand
erfolgende Aneinanderreihung des beispielsweise als Draht verwendeten Gegenstandes
11 auf den Spulenkörper 15 zu ermöglichen, wird der Führungskopf 35 zu diesem Zwecke
von einer von einem Verlegermotor 36 angetriebenen Spindelwelle 38 parallel zur Drehachse
des Spulenkörpers 15 hin- und herbewegt. Die Steigung pro Umdrehung entspricht daher
annähernd dem Aussendurchmesser des aufzuwickelnden Gegenstandes. Der Sollwert der
Steigung pro Umdrehung kann mittels eines Potentiometers 64' oder dergleichen festgelegt
werden. Ein Steuerelement 64 empfängt ein Signal vom Tachogenerator 62 und steuert
mit einer proportionalen Grösse den Verlegemotor 36. so dass dieser eine Drehzahl
der Spindelwelle 38 und damit eine vorgegebene Steigung des Führungskopfes 35 bewirkt,
die pro Umdrehung der Spule 15 annähernd dem Durchmesser des aufzuwickelnden Gegenstandes
11 entspricht.
[0021] Darüberhinaus ist der Führungskopf 35 im Verlegerahmen 30 senkrecht zur Drehachse
des Spulenkörpers 15 in horizontaler Richtung frei beweglich gelagert. Dadurch wird
der im Führungskopf 35 von mehreren Rollen 33, 34 geführte längliche Gegenstand 11
in einem annähernd konstanten Winkel zum Spulenkörper zugeführt. Die Rollen 33, 34
weisen zweckmässigerweise Ringnuten auf, in denen der Draht oder dergleichen geführt
ist.
[0022] Die Hebevorrichtung ist mit Vorteil aus einer Kippwanne 40 mit einer in der Ladeposition
den Spulenkörper 15, 16 aufnehmenden Öffnung gebildet wobei die Kippwanne 40 um eine
annähernd koaxial zu der vorderen Antriebsrolle 22 verlaufenden Kippachse schwenkbar
angeordnet ist. Für das Kippen der Wanne 40 ist ein in Fig.1 angedeuteter Schwenkzylinder
32 oder dergleichen vorgesehen, der einerseits am Sockel 21 und andererseits seitlich
an der Kippwanne 40 gelenkig gelagert ist. Diese Kippwanne 40 hat dabei eine Frontwandung
40', die bei heruntergekippter Wanne 40 annähernd auf dem die Vorrichtung 10 tragenden
Boden 19 aufliegt, so dass der Spulenkörper beim Laden in die Wanne hineingerollt
werden kann, wie dies in Fig.5 verdeutlicht ist.
[0023] Gemäss Fig.3 weist der Spulenkörper 15 beidseitig je eine scheibenförmige Seitenwand
15' auf, die durch entsprechende Anschlagringe 23, 25 an den Antriebswellen 22, 24
zentriert sind. Diese auf letzteren verstellbaren Anschlagringe 23, 25 verhindern
ein Verschieben des Spulenkörpers in Achsrichtung dieser Antriebswellen. Die Antriebswelle
24 ist fernerhin in der Entladeposition 24' dargestellt.
[0024] Fig.4 zeigt eine Draufsicht auf die Vorrichtung 10, bei der eine Vorschubeinheit
des Führungskopfes 35 ersichtlich ist. Es wird dabei von einem Verlegemotor 36 über
einen Zahnriemen 37 oder ähnlichem die Spindelwelle 38 angetrieben, welche beim Rotieren
eine lineare Vorschubbewegung des Führungskopfes 35 parallel zur Drehachse des Spulenkörpers
15 bewirkt.
[0025] Fig.5 veranschaulicht die Kippwanne 40 in der Ladeposition, bei welcher der Spulenkörper
15 entweder durch Hochschwenken der Kippwanne 40 auf die Antriebswellen 22, 24 gekippt
oder aber aus der Kippwanne 40 herausgerollt werden kann. Der Verlegerahmen 30 ist
in dieser Ladeposition vorteilhaft in die obere Endstellung verschoben. Ferner ist
in punktierter Schraffur die seitliche Abdeckung 44 der Vorrichtung 10 verdeutlicht.
[0026] Es sei hierbei noch vermerkt, dass bei den schematischen Zeichnungen unsichtbare
Linien teils mit durchgehenden Linien dargestellt sind.
1. Verfahren zum gesteuerten Auf- oder Abwickeln eines länglichen Gegenstandes auf einen
bzw. von einem Spulenkörper, bei dem der mindestens eine längliche Gegenstand (11)
von einem Führungskopf (35) zum Spulenkörper (15, 16) geleitet wird, welcher für dieses
Auf- oder Abwikkeln drehbar gelagert ist und von einem Antriebsorgan (20) gedreht
wird dadurch gekennzeichnet, dass
eine programmgesteuerte Einstellung des Drehzahlverlaufs sowie des Drehmomentes des
Antriebsorganes (20) in Abhängigkeit des messbaren Wickeldurchmessers (15') für einen
Auf- oder Abwickelvorgang des Spulenkörpers (15, 16) erfolgt. dass mittels eines Reglers
(50) der Istwert der Zugkraft am länglichen Gegenstand (11) via das gemessene Drehmoment
am Antriebsorgan (20) mit einem einstellbaren Sollowert verglichen und bei Abweichung
der Istwert (57) wieder an den Sollwert herangeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Wickeldurchmesser
von einem ausserhalb des Spulenkörpers (15, 16) angeordneten Sensor (52) gemessen
und an einen Computer (56) oder dergleichen weitergeleitet wird. welcher in Abhängigkeit
des festgestellten Durchmessers die Drehzahl sowie das Drehmoment am Antriebsorgan
programmgesteuert einstellt und an den Regler (56, 61) meldet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsorgan (20) vom
Regler (50) mit einer Sollgrösse für das Drehmoment angesteuert wird, die sich aus
einem mittels eines Potientometers (54') oder dergleichen eingestellten Sollwert (54)
sowie aus der programmgesteuerten Einstellung durch den Computer (56) zusammensetzt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die
programmgesteuerte Einstellung des Drehzahlverlaufs sowie des Drehmomentes des Antriebsorganes
(20) und der Sollwert (54) für die Zugkraft von der Drahtbeschaffenheit. des Drahtdurchmessers
und/oder von anderen Faktoren ermittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskopf (35)
während dem Aufwickeln eine parallel zur Drehachse des Spulenkörpers (15. 16) hin-
und hergehende, proportional zu der gemessenen Drehzahl des Antriebsorganes (20) ausführende
Vorschubbewegung ausführt, so dass dieser als Kabel oder dergleichen verwendete Gegenstand
(11) ohne Abstand gleichmässig nebeneinander in mehreren Lagen aufgewickelt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet. dass der Führungskopf
(35) während dem Aufwickeln eine senkrecht zur Drehachse des Spulenkörpers (15, 16)
erfolgenden Bewegung ausführt, mittels der dieser längliche Gegenstand (11) in einem
konstanten Winkel zum Spulenkörper zugeführt wird.
7. Vorrichtung zum gesteuerten Auf- oder Abwickeln eines länglichen Gegenstandes auf
oder von einem Spulenkörper, welcher drehbar gelagert ist und für das Auf- oder Abwickeln
von einem Antriebsorgan (20) gesteuert antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
der Spulenkörper (15, 16) auf mindestens zwei Antriebswellen (22, 24) aufliegt, wobei
wenigstens die eine, vorzugsweise beide Antriebswellen (22, 24) mit dem Antriebsorgan
(20) drehverbunden sind, und dass eine Hebevorrichtung vorgesehen ist, die derart
ausgebildet ist, dass der Spulenkörper (15, 16) auf die in Ladeposition abgesenkte
Hebevorrichtung rollbar bzw, von dieser wegrollbar ist, wobei die Hebevorrichtung
den Spulenkörper durch ein maschinelles Anheben auf die vom Antriebsorgan (20) antreibbaren
Antriebswellen (22, 24) hebt bzw. von diesen wegkippt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet. dass die Hebevorrichtung eine
Kippwanne (40) mit einer den Spulenkörper (15, 16) aufnehmenden Öffnung aufweist,
wobei die Kippwanne um die annähernd koaxial zu der Antriebsrolle (22) verlaufende
Kippachse schwenkbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine zusätzliche
Anpressrolle (25) auf der Oberseite des Spulenkörpers (15, 16) vorgesehen ist, die
eine gegen die Antriebswellen (22, 24) hin gerichtete Anpresskraft auf den Spulenkörper
erzeugt, damit letzterer während dem Wickeln nicht von diesen Antriebswellen fällt.
10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
dass die Antriebswellen (22, 24) mit einem acht bis fünfzehn Mal kleineren Aussendurchmesser
als derjenige des Spulenkörpers (15, 16) ausgebildet sind.
11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Führungskopf (35) vorgesehen ist, welcher den länglichen Gegenstand (11)
während dem Auf- bzw. Abwickeln führt, wobei diesem Führungskopf (35) eine Vorschubeinheit
zugeordnet ist, welche dem Führungskopf (35) eine parallel zur Drehachse des Spulenkörpers
(15, 16) hin- und hergehende Bewegung erteilt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskopf (35),
die Vorschubeinheit und die Anpressrolle (25) in einem Verlegerahmen (30) angeordnet
sind, welcher oberhalb des Spulenkörpers (15, 16) höhenverstellbar angeordnet ist.