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Die Erfindung betrifft eine Wickelmaschine sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen von Drahtkernen für Fahrzeugreifen.
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Derartige Wickelmaschinen dienen dazu, aus einem oder mehreren Drähten einen Drahtkern zu wickeln, wobei der Drahtkern insbesondere in Fahrzeugreifen dazu verwendet wird, um den Fahrzeugreifen auf einer Felge zu fixieren. Der Drahtkern wird dabei herkömmlicherweise aus einem steifen Draht mit einer Gummierung gewickelt, wobei Ausführungen als sog. Single-Wire und Multi-Wire-Kerne bekannt sind; als Single-Wire-Kern wird dabei ein Drahtkern bezeichnet, der lediglich aus einem Draht zu einer bestimmten Kontur gewickelt wird. Ein Multi-Wire-Kern hingegen besteht aus mehreren, nebeneinanderliegenden Drähten, die zusammen den Drahtkern bilden.
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Zur Herstellung eines solchen Drahtkerns ist herkömmlicherweise eine Vorrichtung mit einer Drahtzuführeinrichtung und einer Wickelmaschine vorgesehen, wobei die Drähte in der Drahtzuführeinrichtung zur besseren Haftung gummiert und anschließend der Wickelmaschine zugeführt werden. In der Wickelmaschine werden die gummierten Drähte auf eine Wickelscheibe aufgewickelt und nach Fertigstellung des Drahtkerns, z. B. nach einer definierten Anzahl an Wicklungen, abgeschnitten. Der fertiggestellte Drahtkern wird anschließend entnommen, so dass der nächste Drahtkern gefertigt werden kann. Dabei ist es auch möglich mehrere Drahtkerne parallel auf einer Wickelscheibe zu fertigen.
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Eine derartige Wickelmaschine ist in der
EP 0 532 778 B1 offenbart. Dabei ist vorgesehen, das aus der Drahtzuführeinrichtung kommende Ende der Drähte in der Wickelmaschine mit einer Klemmvorrichtung zu erfassen und der Wickelscheibe zuzuführen, indem die Klemmvorrichtung das Ende zunächst einklemmt und in Richtung der Wickelscheibe zieht. Das eingeklemmte Ende wird anschließend auf der Wickelscheibe von einem Permanentmagneten entgegengenommen und fixiert, so dass das Drahtende bei einer Drehung der Wickelscheibe mitgenommen werden kann.
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Eine weitere Wickelmaschine ist in der
EP 1 314 545 B1 gezeigt. Dabei ist vorgesehen, das Ende des Drahtes auf der Wickelscheibe durch eine in die Oberfläche eingelassene Klemmvorrichtung zu befestigen, so dass die sich drehende Wickelscheibe das Drahtende beim Aufwickeln sicher mitnehmen kann.
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Nachteilig dabei ist, dass es beim Einklemmen der Drahteden durch die Klemmvorrichtung zu Beschädigungen der Enden kommen kann. Insbesondere können die Enden dabei umgebogen werden, wodurch sich ein Monteur des Drahtkerns beispielsweise verletzen kann oder der Drahtkern unbrauchbar wird.
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Die
DE 698 11 239 T2 zeigt eine Wickelmaschine und ein Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung von zwei oder mehreren Einzeldraht-Wulstkernen für Reifen. Demnach werden vor dem Aufwickeln auf die Wickelscheibe zwei gummierte Drähte bereitgestellt, die jeweils von einem Greifer auf der Wickelscheibe aufgenommen werden, so dass die Drähte beim Drehen der Wickelscheibe festgehalten und mitgenommen werden können. So können parallel zwei Drahtkerne aufgewickelt werden. Die Wickelscheibe ist weiterhin in mehrere Segmente unterteilt, die in radialer Richtung versteift werden können. Nach dem Fertigstellen eines Drahtkernes können die Segmente radial nach innen verstellt werden, so dass sich der Durchmesser der Wickelscheibe verkleinert und die Drahtkerne einfach von dieser abgenommen werden können.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Wickelmaschine zum Herstellers eines Drahtkernes für einen Fahrzeugreifen und ein Herstellungs-Verfahren zu schaffen, mit denen eine kostengünstige und sichere Herstellung eines Drahtkerns ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch eine Wickelmaschine nach Anspruch 1 sowie einer Vorrichtung nach Anspruch 12 und einem Verfahren nach Anspruch 13 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen.
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Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, eine Wickelmaschine mit einer Vorbiegevorrichtung, einem Transportrad, einer Quertrenneinrichtung und einer Wickelscheibe bereitzustellen, in der ein gummiertes Aufwickelmaterial, das vorzugsweise als gummierter Draht oder als gummiertes Drahtband ausgeführt sein kann, zu einem oder mehreren Drahtkernen aufwickelt werden kann. Als Drähte werden dabei im Rahmen der Erfindung einzelne Stahldrähte mit einer hohen Eigensteifigkeit verstanden, aus denen vorzugsweise Single-Wire Kerne, d. h. Kerne, die lediglich aus einem, schraubenförmig gedrehten Draht bestehen, gewickelt werden können. Drahtbänder hingegen werden aus zwei oder mehreren, nebeneinanderliegenden Drähten gebildet und dienen der Herstellung von Multi-Wire Kernen. Die Beschreibung beschränkt sich im Folgenden auf die Verwendung von einzelnen Drähten; die Verwendung von Drahtbändern ist im Wesentlichen analog dazu.
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Das Transportrad ist so ausgebildet, dass es die gummierten Drähte durch Reibschluss aufnehmen und auf die Wickelscheibe aufschieben kann. Dadurch wird bereits der Vorteil erreicht, dass keine Klemmvorrichtung benötigt wird, um die Drähte durch die Wickelmaschine zu den einzelnen Komponenten zu befördern. Vielmehr wird die Zuführung lediglich über den Reibschluss zwischen einer Oberfläche des Transportrades und der Drahtgummierung auf der Oberfläche der Drähte gewährleistet. Dadurch können Beschädigungen an den Drahtenden im Wesentlichen vermieden werden.
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Die Gummierung der Drähte erfolgt vorzugsweise in einem der Wickelmaschine vorgeschalteten Extruder. Im Extruder werden dabei beispielsweise einzelne, im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende, noch ungummierte Drähte mit einer Gummierung überzogen, so dass ein zusammenhängendes Materialband ausgebildet wird. Dieses wird vorzugsweise in der Wickelmaschine in einer Längstrennvorrichtung, die z. B. ein oder mehrere Längstrennmesser aufweist, in einzelne, im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende Drähte bzw. Drahtbänder zertrennt, die dann jeweils eine Gummierung aufweisen und in der Wickelmaschine jeweils zu einem Drahtkern gewickelt werden können.
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Um einen Reibschluss zwischen Drahtgummierung und der Oberfläche des Transportrades auszubilden, werden die Drähte vorzugsweise über eine zwischen der Wickelscheibe und dem Transportrad angeordnete Umlenkrolle geführt. Die Umlenkrolle bewirkt dabei, dass die in der Wickelmaschine straff geführten Drähte an die Oberfläche des Transportrades gedrückt werden, so dass ein Reibschluss entstehen kann. Vorzugsweise sind die Durchmesser des Transportrades und der Umlenkrolle dabei so ausgeführt, dass die daran anliegenden Drähte nicht plastisch verformt werden.
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Die Wickelscheibe, auf der die Drähte aufgewickelt werden, weist einen Durchmesser auf, der im Wesentlichen einem Kerndurchmesser, d. h. dem Durchmesser des fertigen Drahtkerns, entspricht. Damit sich die vom Transportrad zugeführten Drähte an die Oberfläche der Wickelscheibe anlegen, ist vorzugsweise in Arbeitsrichtung vor dem Transportrad eine Vorbiegevorrichtung angeordnet. Diese sorgt dafür, dass die zugeführten, gummierten Drähte bereits auf den Kerndurchmesser vorgebogen werden. Dadurch kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass die Drahtenden beim Aufwickeln auf die Wickelscheibe nicht dazu neigen, sich von der Oberfläche abzuheben. Die Vorbiegung wird vorzugsweise bei jedem Wechsel der Wickelscheibe an den neuen Durchmesser der Wickelscheibe angepasst.
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Erfindungsgemäß werden das Transportrad und die Wickelscheibe jeweils von einem Antrieb angetrieben. Dabei ist vorgesehen, dass die beide Antriebe synchronisierbar sind, so dass sich das Transportrad und die Wickelscheibe mit derselben Umfangsgeschwindigkeit drehen.
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Dadurch kann der Vorteil erreicht werden, dass sich die vom Transportrad auf die Wickelscheibe zugeführten Drähte im Wesentlichen nicht in Umfangsrichtung auf der Wickelscheibe verschieben, da die Wickelscheibe die Drähte mit derselben Geschwindigkeit aufnimmt wie das Transportrad die Drähte zuführt. Vorteilhafterweise sind somit auch keine Klemmvorrichtungen auf der Wickelscheibe nötig, die die Drähte auf der Wickelscheibe halten und mit denen die Drähte durch die Wickelmaschine befördert werden, da das Transportrad zunächst allein dafür sorgen kann, dass die Drähte auf die Wickelscheibe aufgeschoben werden. Durch das gleichmäßige, zugkraftfreie Zuführen wird zudem erreicht, dass die Drahtkerne homogener gewickelt werden; insbesondere kann dadurch ein beim Aufwickeln auftretender Schnüreffekt reduziert werden.
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Da die Drahtkerne vorzugsweise in mehreren Kernlagen gewickelt werden, dreht sich der Außenumfang der bereits gewickelten Drahtkerne auf der Wickelscheibe bei Beginn einer zweiten Lage schneller als der Außenumfang der Drähte auf der Oberfläche des Transportrades, da sich die Außenumfänge bei Beginn einer zweiten Lage unterscheiden. Somit zieht die angetriebene Wickelscheibe die Drähte schneller auf, als das Transportrad sie zuführt. Dazu ist vorzugsweise ein Freilauf am Transportrad vorgesehen, so dass sich das Transportrad in diesem Fall schneller drehen kann, als sein Antrieb es antreibt. Die Drähte werden dabei durch einen Reib-Kraftschluss auf der Wickelscheibe gehalten und somit verhindert, dass sich die bereits aufgewickelten Drähte ab Beginn einer zweiten Lage auf dem Umfang der Wickelscheibe verschieben.
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Zum Positionieren und Fixieren der zugeführten Drähte auf der Wickelscheibe ist vorgesehen, an der Wickelscheibe Positioniermittel anzuordnen, so dass die Drähte während eines Wickelvorgangs auf ihren Positionen gehalten werden können und insbesondere auch eine Anfangsposition festlegbar ist, an der ein Drahtende auf der Oberfläche der Wickelscheibe positioniert wird und an der ein Wickelvorgang des jeweiligen Drahtkerns beginnt. Somit kann vorteilhafterweise eine Positionierung in radialer und axialer Richtung erreicht werden.
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Dabei wirkt das klemmfreie Zuführen der gummierten Drähte durch das Transportrad in vorteilhafter Weise mit dem ebenfalls klemmfreien Positionieren der Drähte auf der Wickelscheibe zusammen: Hierdurch wird erreicht, dass die Drahtenden beim Positionieren nicht beschädigt werden und die vom Transportrad zugeführten Drahtenden zudem nicht willkürlich auf der Wickelscheibe positioniert werden, sondern an einer bestimmten Position. Das Herstellen eines Drahtkerns kann zudem bei immer derselben axialen Position begonnen werden. Dadurch können die Drahtkerne homogener gewickelt werden. Weiterhin kann dadurch Herstellungszeit gespart werden, da ein zeitaufwändiges Klemmen der Drähte entfallen kann.
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Zur groben Positionierung können weiterhin mehrere, parallel verlaufende Rillen auf der Oberfläche der Wickelscheibe angeordnet sein, wobei in jeder Rille ein einzelner Drahtkern aufgewickelt und auch geformt werden kann. Somit können mit einer Wickelscheibe vorteilhafterweise mehrere Drahtkerne gleichzeitig gewickelt werden.
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Vorzugsweise sind die Positioniermittel als Magnete, insbesondere Permanent-Magnete oder Elektro-Magnete, ausgeführt, so dass eine Positionierung durch eine magnetische Anziehungskraft zwischen den Positioniermitteln und den ferromagnetischen Drähten gewährleistet werden kann; diese erlaubt insbesondere ein zerstörungsfreies Positionieren und Fixieren der Drähte auf der Wickelscheibe. Durch die mehreren, parallel verlaufenden Rillen können zudem gleichzeitig mehrere Drahtkerne parallel gewickelt werden.
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Die Positioniermittel können weiterhin auf einem kompletten Umfang oder an bestimmten festgelegten Positionen angeordnet werden, so dass eine Positionierung in nahezu jeder beliebigen Drehposition der Wickelscheibe stattfinden kann. Somit sind mehrere Ausgangspositionen möglich, in denen die Wickelscheibe zu Beginn eines neuen Drahtkerns ausgerichtet werden kann. Dadurch kann Zeit zum Ausrichten der Wickelscheibe gespart werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, vorher gummierte Drähte zunächst auf einen definierten Kerndurchmesser vorzuformen, so dass den Drähten ein Kerndurchmesser aufgeprägt wird. Anschließend werden die Drähte zu dem Transportrad geführt, z. B. über Umlenkrollen, wobei aufgrund der Gummierung der Drähte erfindungsgemäß ein Reibschluss zur Oberfläche des Transportrades ausgebildet wird. Dadurch werden die Drähte durch ein sich drehendes Transportrad zum einen in Richtung des Transportrades gezogen und gleichzeitig auf der anderen Seite auch vom Transportrad weggeschoben, wobei auf der anderen Seite die Wickelscheibe angeordnet ist, der die gummierten Drähte somit zugeführt werden. Die ebenfalls angetriebene Wickelscheibe ist dabei in ihrer Umfangsgeschwindigkeit mit dem Transportrad synchronisiert, so dass sich beide mit derselben Umfangsgeschwindigkeit drehen und keine Zug- bzw. Schubbelastung entsteht.
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Die Wickelscheibe fixiert und/oder positioniert anschließend die zugeführten Drähte mit den Positioniermitteln in den Rillen und wickelt die Drähte vorzugsweise in mehreren Kernlagen zu einem Drahtkern je Rille auf. Wird eine zweite Kernlage begonnen, so dreht sich der Außenumfang der angefangenen Drahtkerne schneller als der Außenumfang der Drähte auf dem Transportrad, so dass durch einen kombinierten Reib- und Kraftschluss zwischen den Kernlagen der Draht von der Wickelscheibe durch die Wickelmaschine gezogen wird. Durch den Freilauf erhöht sich die Umfangsgeschwindigkeit des Transportrades, ohne dass eine signifikante Zugbelastung entsteht.
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Geformt wird der Drahtkern dabei vorzugsweise durch die Rillen auf der Oberfläche, die eine Kontur aufweisen können, die im Wesentlichen der Kontur des fertigen Drahtkerns entspricht. Damit sich die Drähte beim Aufwickeln eines Single-Wire Kerns innerhalb einer Kernlage in der gewollten Richtung nebeneinander legen, kann eine Verstellvorrichtung vorgesehen sein, die dafür sorgt, dass die Wickelscheibe in axialer Richtung gegen die zugeführten Drähte verschoben wird. Dabei wird bei jeder Umdrehung der Wickelscheibe entweder die Wickelscheibe oder der Rest der Wickelmaschine um etwa eine Drahtbreite verschoben. Dadurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass der Draht in etwa senkrecht zur Achse der Wickelscheibe auf die geführt werden kann und somit eine grobe Positionierung in axialer Richtung, insbesondere in der zweiten oder in höheren Kernlagen, ermöglicht wird.
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Beim Aufwickeln der Drähte zu einem Drahtkern wird dabei z. B. eine Wicklungszahl oder Länge des Drahtes gemessen und nach einer definierten Anzahl an Wicklungen die Drähte mit der Quertrenneinrichtung getrennt. Der Drahtkern ist dann im Wesentlichen fertiggewickelt und kann von der Wickelscheibe entnommen werden.
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Im Fall von Multi-Wire Kernen schiebt das Transportrad statt einzelnen Drähten Drahtbänder auf die Wickelscheibe, wobei die Drahtbänder geführt durch die Rillen aufeinander gewickelt werden, so dass im Wesentlichen ein rechteckiger oder quadratischer Drahtkern ausgebildet wird. Auch hier können gleichzeitig mehrere, im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende Drahtbänder, die vorher in der Längstrenneinrichtung in der Wickelmaschine aus einem Materialband ausgebildet wurden, aufgewickelt werden.
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Zur Entnahme der fertigen Kerne kann der Durchmesser der Wickelscheibe verändert werden, wobei die Wickelscheibe in mehrere, z. B. mehr als zwei, insbesondere vier, Segmente aufgeteilt ist und jedes Segment radial verstellt werden kann, so dass sich der Durchmesser der Wickelscheibe verändert. Zum Entnehmen werden die Segmente somit soweit nach innen verstellt, bis der Durchmesser der Wickelscheibe kleiner als der Kerndurchmesser ist und der Drahtkern von der Wickelscheibe abgezogen werden kann. Anschließend kann mit dem nächsten Drahtkern begonnen werden.
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Die Segmente Können dabei vorzugsweise durch zwei oder mehrere axial versetzt zueinander angeordnete Laschen verstellt werden, dessen eines Ende axial so betätigt werden kann, dass die an dem anderen Ende fixierten Segmente radial nach innen verstellt werden. Die axiale Versetzung der Laschen zum Verstellen der Segmente wirkt dabei in vorteilhafter Weise mit den erfindungsgemäßen Positioniermitteln auf der Wickelscheibe zusammen: Denn durch die axiale Versetzung wird erreicht, dass insbesondere bei sehr breit ausgeführten Segmenten, auf denen mehrere Drahtkerne parallel aufgewickelt werden, diese gleichmäßig nach innen verstellt werden können. Mit nur einer Lasche kann es bei derartigen Segmenten zu einem seitlichen Verkippen kommen, wodurch die lediglich durch die Positioniermittel gehaltenen Drahtkerne seitlich wegrutschen können. Durch die Ausführung mit mehreren Laschen kann somit das Abnehmen der Drahtkerne sicherer gestaltet werden.
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Damit die Positioniermittel die Drahtkerne beim radialen Verstellen nicht mit nach innen ziehen, können vorzugsweise zwischen den Segmenten zusätzlich Haltemittel, z. B. Keile, angeordnet sein, gegen die die Segmente verschoben werden können, so dass die Drahtkerne beim Verstellen der Segmente auf dem Gebrauchsdurchmesser gehalten werden. Die Haltemittel wirken somit mit den Positioniermitteln in vorteilhafter Weise zusammen, denn sie ermöglichen ein sicheres Abnehmen der Drahtkerne, ohne dass diese von den Positioniermitteln durch das radiale Verstellen mitgenommen und dadurch in ihrer Position oder Form beeinträchtigt werden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Vorrichtung zum Herstellen von Drahtkernen für Fahrzeugreifen mit einer erfindungsgemäßen Wickelmaschine,
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2 die erfindungsgemäße Wickelmaschine in einer schematischen Seitenansicht,
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3 eine perspektivische Ansicht eines Segmentes einer Wickelscheibe,
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4 eine Detailansicht der Wickelscheibe gemäß 3,
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5 eine Draufsicht auf die Wickelscheibe gemäß 3,
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6 einen Querschnitt der Wickelscheibe, und
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7 eine weitere Detailansicht der Wickelscheibe.
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In 1 ist eine Vorrichtung 1 zum Herstellen von Drahtkernen 6 für Fahrzeugreifen dargestellt, wobei die Vorrichtung 1 eine Drahtzuführeinrichtung 2 und eine erfindungsgemäße Wickelmaschine 3 aufweist. Die Drahtzuführeinrichtung 2 dient dabei der Herstellung eines gummierten Materialbandes 4 sowie der Zuführung des gummierten Materialbandes 4 zu der Wickelmaschine 3.
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Die Drahtzuführeinrichtung 2 kann dabei insbesondere eine Abwickeleinrichtung 7, z. B. ein oder mehrere Abwickelrollen, aufweisen, auf der einzelne, noch ungummierte Drähte 7.1 aufgewickelt sein können. Als Drähte 7.1 werden dabei beispielsweise steife Stahldrähte verstanden, die eine hohe Eigensteifigkeit aufweisen, so dass die Drähte 7.1 auf einen definierten Durchmesser vorgebogen werden können und diesen auch halten. Weiterhin ist in der Drahtzuführeinrichtung 2 ein Extruder 8 zum Gummieren der Drehte 7.1 angeordnet, wobei die von der Abwickeleinrichtung 7 kommenden Drähte 7.1 im Extruder 8 nebeneinanderliegend mit einer Gummimischung umhüllt werden, wodurch ein Materialband 4 ausgebildet wird.
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In der Wickelmaschine 3 kann das gummierte Materialband 4 später in einzelne, gummierte Drähte 5 oder gummierte Drahtbänder 5.1, die quasi durch mehrere, nebeneinanderliegende gummierte Drähte 5 gebildet werden, zertrennt und die einzelnen gummierten Drähte 5 oder gummierten Drahtbänder 5.1 zu Drahtkernen 6 aufgewickelt werden. Die Drähte 5 bzw. die Drahtbänder 5.1 dienen somit als Aufwickelmaterial.
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Weiterhin ist in der Drahtzuführeinrichtung 2 eine Kühlvorrichtung 9 zum Abkühlen des gummierten Materialbandes 4 angeordnet. Anschließend ist ein Materialspeicher 10 vorgesehen, der dem Zwischenspeichern des gummierten Materialbandes 4 dient, um einen Übergang zwischen dem kontinuierlichen Betrieb der Drahtzuführeinrichtung 2 und dem gepulsten Betrieb der Wickelmaschine 3 zu schaffen. Aus dem Materialspeicher 10 gelangt das gummierte Materialband 4 gemäß dieser Ausführungsform in die erfindungsgemäße Wickelmaschine 3.
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Gemäß 2, in der die Wickelmaschine 3 schematisch dargestellt ist, ist zunächst eine drehbar gelagerte erste Umlenkrolle 11 vorgesehen, auf deren Umfang das gummierte Materialband 4 anliegt und die das Materialband 4 zu einer Vorbiegevorrichtung 12 umlenkt. Die Vorbiegevorrichtung 12 weist mehrere Rollen 12.1, 12.2 auf und dient der Vorbiegung des Materialbandes 4 auf einen definierten Kerndurchmesser K, d. h. es wird eine Vorbiegerichtung festgelegt. Der Kerndurchmesser K entspricht dabei im Wesentlichen dem Durchmesser, den der fertige Drahtkern 6 aufweisen soll und damit in etwa einer Größe der Feige, auf die der Fahrzeugreifen später aufgezogen werden soll.
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Weiterhin weist die Wickelmaschine 3 eine Längstrennvorrichtung 13 mit einem oder mehreren Längstrennmessern 14 zum Zertrennen des Materialbandes 4 in einer Längsrichtung A, d. h. in Richtung des Materialbandes 4, auf, wobei gemäß dieser Ausführungsform drei Längstrennmesser 14 vorgesehen sind. Je nach Ausführung wird das Materialband 4 damit in einzelne, gummierte Drähte 5 oder gummierte Drahtbänder 5.1, die quasi aus mehreren, nebeneinanderliegenden, gummierten Drähten 5 bestehen, zertrennt. So wird das Materialband 4 insbesondere zur Herstellung von Single-Wire-Kernen in zwei oder mehrere, z. B. sechs oder acht, einzelne, gummierte Drähte 5 zertrennt, aus denen in der Wickelmaschine 3 anschließend gleichzeitig zwei oder mehrere einzelne Single-Wire-Kerne gewickelt werden können. Weiterhin ist auch denkbar, das Materialband 4 in z. B. vier gummierte Drahtbänder 5.1 zu zertrennen, wobei jedes gummierte Drahtband 5.1 z. B. fünf nebeneinanderliegende gummierte Drähte 5 aufweist; das Materialband 4 wird somit im Wesentlichen geviertelt und aus jedem gummierten Drahtband 5.1 anschließend in der Wickelmaschine 3 ein Multi-Wire-Kern gewickelt.
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Die Längstrenneinrichtung 13 kann aber auch entfallen, falls der Wickelmaschine 3 von der Drahtzuführeinrichtung 2 nur ein einzelner, gummierter Draht 5 oder ein einzelnes, gummiertes Drahtband 5 zugeführt wird.
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Im Folgenden wird für das beschriebene Ausführungsbeispiel davon ausgegangen, dass die in der Wickelmaschine 3 angeordnete Längstrenneinrichtung 13 das Materialband 4 in einzelne Drähte 5 zertrennt und somit Single-Wire-Kerne hergestellt werden.
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Erfindungsgemäß ist ein Transportrad 15 zum Befördern der gummierten Drähte 5 in der Wickelmaschine 3 vorgesehen, wobei das Transportrad 15 durch einen Transport-Antrieb 17 angetrieben bzw. gedreht werden kann, z. B. mit einer festgelegten Umfangsgeschwindigkeit ω2. Die gummierten Drähte 5 liegen dabei an einer Oberfläche 15.1 des Transportrades 15 an, wobei die gummierten Drähte 5 in etwa die Hälfte des Umfangs des Transportrades 15 umgeben und anschließend auf eine drehbar gelagerte zweite Umlenkrolle 16 und eine Schiebeführung 18 zum Führen der gummierten Drähte 5 gelangen.
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Die gummierten Drähte 5 umschlingen das Transportrad 15 gemäß dieser Ausführungsform entgegen ihrer Vorbiegerichtung und die zweite Umlenkrolle 16 in Vorbiegerichtung, wobei durch die Anordnung des Transportrades 15 zur zweiten Umlenkrolle 16 erreicht wird, dass die gummierten Drähte 5 reibschlüssig auf der Oberfläche 15.1 des Transportrades 15 anliegen; die zweite Umlenkrolle 16 sorgt somit dafür, dass die straff in der Wickelmaschine 3 geführten, gummierten Drähte 5 an das Transportrad 15 angedrückt werden. Dies wird durch die entgegengesetzte Verbiegung der gummierten Drähte 5 unterstützt, d. h. die konkave Vorbiegung der gummierten Drähte 5 und der untere, konvexe Teil des Transportrades 15, über den die gummierten Drähte 5 geführt sind, sorgt dafür, dass eine zusätzliche Spannung erzeugt wird, durch die die gummierten Drähte 5 an die Oberfläche 15.1 des Transportrades 15 gedrückt werden. Dadurch kann der Reibschluss verbessert werden. Es ist aber grundsätzlich auch eine umgedrehte Umlenkung möglich, d. h. die gummierten Drähte 5 umschlingen das Transportrad 15 in Vorbiegerichtung; in beiden Fällen sorgt die zweite Umlenkrolle 16 für eine reibschlüssige Verbindung zwischen den gummierten Drähten 5 und dem Transportrad 15.
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Die Schiebeführung 18 sorgt dafür, dass die vorgebogenen, gummierten Drähte 5 nach der zweiten Umlenkrolle 16 waagerecht, d. h. im Wesentlichen in Längsrichtung A der Wickelmaschine 3, verlaufen und sich nicht in die Vorbiegerichtung verbiegen.
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Weiterhin ist gemäß 2 in der Wickelmaschine 3 eine Wickelscheibe 19 zum Wickeln der gummierten Drähte 5 zu einem Drahtkern 6 vorgesehen. Die Wickelscheibe 19 weist dabei einen Wickel-Antrieb 29 auf, so dass die Wickelscheibe 19 mit einer Umfangsgeschwindigkeit ω1 gedreht werden kann. Damit sich die zugeführten, gummierten Drähte 5 an die Oberfläche 19.1 der Wickelscheibe 19 anlegen, ist eine Andruckrolle 20 vorgesehen, die die gummierten Drähte 5 auf die Oberfläche 19.1 andrückt. Durch die Vorbiegung der gummierten Drähte 5 legen sich die gummierten Drähte 5 anschließend an die Oberfläche 19.1 der Wickelscheibe 19 an.
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Die Wickelscheibe 19 ist zudem gemäß dieser Ausführungsform in vier Segmente 21.1, 21.2, 21.3, 21.4 unterteilt, die jeweils radial verstellbar sind, so dass ein Durchmesser der Wickelscheibe 19 verändert werden kann. Es können aber auch mehr oder weniger als vier Segmente 21.1, 21.2, 21.3, 21.4 vorgesehen sein. Der Durchmesser der Wickelscheibe 19 entspricht dabei während eines Wickelvorgangs im Wesentlichen dem Kerndurchmesser K, so dass der Drahtkern 6 auf diesen Durchmesser aufgewickelt wird. Nach dem Wickelvorgang kann der Durchmesser auf einen Entnahmedurchmesser E, der kleiner als der Kerndurchmesser K ist, verstellt werden, so dass der fertige Drahtkern 6 entnommen werden kann.
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Zwischen der Wickelscheibe 19 und der zweiten Umlenkrolle 18 ist im Bereich der Schiebeführung 18 eine Quertrennvorrichtung 22 vorgesehen, die die gummierten Drähte 5 in Querrichtung, d. h. im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung A, zertrennen kann, so dass die gummierten Drähte 5 nach Abschluss eines Wickelvorgangs getrennt werden und ein neuer Drahtkern 6 begonnen werden kann.
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Im Verfahren zum Herstellen von Drahtkernen 6 aus gummierten Drähten 5 bzw. einem gummierten Materialband 4 ist vorgesehen, in einem ersten Schritt St1 ein der Wickelmaschine 3 zugeführtes, vorgummiertes Materialband 4 z. B. über die erste Umlenkrolle 11 in die Vorbiegevorrichtung 12 zu leiten, in der das Materialband 4 auf einen vorher festgelegten Kerndurchmesser K vorgebogen wird. Das gummierte Materialband 4 wird somit gemäß dieser Ausführungsform bereits zu Beginn der Wickelmaschine 3 auf einen Kerndurchmesser K vorgebogen, wobei das Materialband 4 und somit auch die Drähte 7.1, die dieses ausbilden, diesen Kerndurchmesser K vorteilhafterweise während des gesamten folgenden Verfahrensablaufes beibehalten. Die Drähte 7.1 weisen dabei eine Steifigkeit auf, de eine derartige verbleibende Verbiegung erlauben.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist anschließend in einem Zwischenschritt St1.1 vorgesehen, das Materialband 4 in der Längstrenneinrichtung 13 durch die Längstrennmesser 14 in einzelne, gummierte Drähte 5 oder in gummierte Drahtbänder 5.1, die durch mehrere, z. B. fünf, gummierte Drähte 5 ausgebildet werden, zu zertrennen. Die gummierten Drähte 5 bzw. Drahtbänder 5.1 verlaufen anschließend im Wesentlichen parallel zueinander durch die Wickelmaschine 3.
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Im Folgenden wird das Verfahren unter Verwendung von gummierten Drähten 5 näher erläutert:
Die gummierten Drähte 5 werden in einem zweiten schritt St2 von dem Transportrad 15 aufgenommen, wobei das Transportrad 15 durch den Transport-Antrieb 17 mit einer Umfangsgeschwindigkeit ω2 gedreht wird. Aufgrund der Gummierung der Drähte 5, die einen hohen Reibkoeffizienten aufweist, wird ein Reibschluss zwischen den gummierten Drähten 5 und der Oberfläche 15.1 des Transportrades 15 ausgebildet, durch den die von der Längstrennvorrichtung 13 kommenden, gummierten Drähte 5 in Richtung des Transportrades 15 gezogen werden. Die gummierten Drähte 5 liegen dabei in etwa auf dem halben Umfang des Transportrades 15 an und werden durch den Reibschluss mitgenommen und anschließend über die zweite Umlenkrolle 16 und die Schiebeführung 18 der Wickelscheibe 19 zugeführt.
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Das Transportrad 15 zieht somit die gummierten Drähte 5 durch den ersten Teil der Wickelmaschine 3, d. h. insbesondere über die erste Umlenkrolle 11, die Vorbiegevorrichtung 12 und die Längstrenneinrichtung 13 in Richtung des Transportrades 15 und drückt bzw. schiebt sie anschließend in Richtung der Wickelscheibe 19. Das Transportrad 15 sorgt somit dafür, dass die gummierten Drähte 5 (oder die Drahtbänder 5.1) bzw. das Materialband 4 durch die Wickelmaschine 3 befördert wird.
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Die Wickelscheibe 19 wird dabei ebenfalls angetrieben, wobei die beiden Antriebe 17, 29 des Transportrades 15 und der Wickelscheibe 19 synchronisiert werden, so dass das Transportrad 15 und die Wickelscheibe 19 im Wesentlichen mit derselben Umfangsgeschwindigkeit ω1 = ω2 gedreht werden. Die Wickelscheibe 19 zieht somit die gummierten Drähte 5 zunächst nicht auf; die Beförderung wird lediglich durch das Transportrad 15 gewährleistet.
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Nach dem Zuführen der gummierten Drähte 5 auf die Wickelscheibe 19 werden die gummierten Drähte 5 zunächst in einem Schritt St4 auf der Oberfläche 19.1 der Wickelscheibe 19 positioniert und fixiert. Vorzugsweise drückt die Andruckrolle 20 die gummierten Drähte 5 dazu zunächst auf die Oberfläche 19.1 der Wickelscheibe 19. Zur Positionierung sind auf der Wickelscheibe 19 gemäß 3 zum einen Rillen 23 und gemäß 4 Positioniermittel 26 vorgesehen, die gemäß dieser Ausführungsform als Permanent-Magnete oder Elektro-Magnete ausgeführt sind.
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Gemäß 3 sind die Rillen 23 auf der Oberfläche 19.1 der Wickelscheibe 19 angeordnet und in den Rillen 23 sind jeweils die einzelnen, gummierten Drähte 5 geführt; 3 zeigt dabei beispielhaft ein Segment 21.1 der Wickelscheibe 19, in dem auf der Oberfläche 19.1 der Wickelscheibe 19 acht Rillen 23 angeordnet sind; somit können mit der dargestellten Wickelscheibe 19 gleichzeitig acht Drahtkerne 6 aus acht gummierten Drähten 5 aufgewickelt werden. Der Innendurchmesser der Drahtkerne 6 wird dabei durch eine Innenfläche 28 der Rillen 23 definiert, so dass der Innendurchmesser aufgrund der eingelassenen Rillen 23 geringfügig kleiner ist als der Durchmesser der Oberfläche 19.1 der Wickelscheibe 19.
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In der Wickelscheibe 19 sind gemäß 3 weiterhin stirnseitig Bohrungen 25 angeordnet, die in axialer Richtung durch die Segmente 21.1, 21.2, 21.3, 21.4 verlaufen und in denen die Positioniermittel 26 eingelassen sind. Dazu ist beispielsweise ein Stab 35 vorgesehen, auf dem zum einen unmagnetische Distanzringe 36 sowie die Positioniermittel 26 in Form von Stab- oder Ringmagneten aufgesteckt sind. Wie insbesondere in 4 zu sehen, sind die Positioniermittel 26 dabei so auf dem Stab 35 angeordnet und in der Bohrung 25 eingelassen, dass sie sich leicht nach rechts verschoben, unterhalb der Rillen 23 befinden. Da die gummierten Drähte 5 bzw. die Drähte 7.1 ferromagnetisch sind, werden sie durch die magnetische Anziehungskraft der Positioniermittel 26 an die Seitenflächen 24 der Rille 23 gezogen. Zwischen den Seitenflächen 24 der Rillen 23 und den Bohrungen 25 sind dabei nur wenige Millimeter vorgesehen, so dass die magnetische Kraft der Positioniermittel 26 auf die Drähte 5 wirken kann.
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Somit werden die gummierten Drähte 5 an einer Anfangsposition an den Seitenflächen 24 in den Rillen 23 positioniert und zudem durch die magnetischen Kräfte auch in radialer und axialer Richtung an der Wickelscheibe 19 gehalten. Die Bohrungen 25 sind vorzugsweise über den gesamten Umfang der Wickelscheibe 19 vorzugsweise in gleichen Abständen zueinander verteilt, wobei über die Umfangspositionen festgelegt werden kann, an welchen Positionen die gummierten Drähte 5 fixiert und positioniert werden können. Vorteilhafterweise kann also ein neuer Drahtkern 6 auch bei unterschiedlichen Verdrehstellungen der Wickelscheibe 19 begonnen werden, wobei ein neuer Drahtkern 6 vorzugsweise an einem Positioniermittel 26 begonnen wird.
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Nach dem Positionieren der gummierten Drähte 5 in den Rillen 23 der Wickelscheibe 19 werden die gummierten Drähte 5 in einem Schritt St5 aufgewickelt. Bei einer Drehung der Wickelscheibe 19 mit der Umfangsgeschwindigkeit ω1 wird dabei durch die Fixierung der gummierten Drähte 5 an den Positioniermitteln 26 und durch die permanente Zuführung der gummierten Drähte 5 durch das Transportrad 15, das sich mit derselben Umfangsgeschwindigkeit ω2 = ω1 dreht, ein kontinuierliches Aufwickeln gewährleistet. Durch die Synchronisierung der beiden Antriebe 17, 29 der Wickelscheibe 19 und des Transportrades 15 wird zudem erreicht, dass zwischen dem Transportrad 15 und der Wickelscheibe 19 keine Zugbelastung auf die gummierten Drähte 5 entsteht.
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Gemäß 4 sind die Rillen 23 auf der Oberfläche 19.1 der Wickelscheibe 19 schräg abgewinkelt ausgeführt, wobei die Form der Rillen 23 im Wesentlichen das Aufwickelverhalten und somit die Form des späteren Drahtkerns 6 definieren. Zu Beginn eines Aufwickelvorgangs sind die gummierten Drähte 5 dabei insbesondere gemäß 4 in der Rille 23 an der jeweiligen rechten Seitenfläche 24 positioniert. Beim Drehen der Wickelscheibe 19 werden die Rillen 23 entsprechend mit den gummierten Drähten 5 „aufgefüllt”, d. h. nach einer Umdrehung legt sich der gummierte Draht 5 spiralförmig links neben den bereits aufgewickelten Draht 5, so wie es mit den gestrichelten Linien in 4 angedeutet ist. Zur axialen Positionierung der zugeführten Drähte 5 kann eine hier nicht dargestellte Verstellvorrichtung vorgesehen sein, die die Wickelscheibe 19 nach jeder Umdrehung gegen die zugeführten Drähte 5 verschiebt, so dass sich diese in der gewollten Richtung nebeneinander legen.
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Dabei wird zunächst eine erste Kernlage 27.1 aufgefüllt und anschließend die nächste, zweite Kernlage 27.2 begonnen. Somit werden nach und nach die einzelnen Kernlagen 27.1, 27.2, 27.3, 27.4 des Drahtkerns 6 gewickelt. Der Drahtkern 6 kann somit beispielsweise so aufgebaut sein, wie in 4 gezeigt. Es sind aber auch andere Drahtkernformen möglich, die je nach Form der Rille 23 gewickelt werden können.
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Im Falle eines Multi-Wire-Kerns werden dem Transportrad 15 bzw. der Wickelscheibe 19 keine einzelnen, gummierten Drähte 5, sondern Drahtbänder 5.1 zugeführt, so dass die Rillen 23 nicht wie bei einem Single-Wire-Kern „aufgefüllt” werden, sondern mit jedem aufgewickelten Drahtband 5.1 eine neue Kernlage 27.1, 27.2, 27.3, 27.4 begonnen wird, so dass ein im Wesentlichen rechteckiger Drahtkern 6 geformt wird.
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Vorzugsweise weist der Transport-Antrieb 17 einen Freilauf auf, so dass sich das angetriebene Transportrad 15 schneller drehen kann, als der Transport-Antrieb 17 vorgibt. Dadurch wird gewährleistet, dass ab Beginn einer zweiten Kernlage 27.2, ab der sich die Umfangsgeschwindigkeit des bereits aufgewickelten Drahtkerns 6 auf der Wickelscheibe 19 bei gleichbleibender Antriebsgeschwindigkeit ω1 des Wickel-Antriebs 29 vergrößert, keine Zugbelastung auf die gummierten Drähte 5 entsteht. Somit wird die Wickelscheibe 19 ab Beginn einer zweiten Kernlage 27.2 zum Antrieb, d. h. die gummierten Drähte 5 werden nun von der Wickelscheibe 19 gezogen und das Transportrad 15 läuft nur noch mit und schiebt die gummierten Drähte 5 nicht mehr auf die Wickelscheibe 19 auf. Die bereits aufgewickelten, aneinander liegenden gummierten Drähte 5 auf der Wickelscheibe 19 bilden dabei insbesondere durch die Gummierung einen kombinierten Reib- und Kraftschluss aus, so dass sich diese durch die Zugbelastung nicht verziehen oder „durchdrehen”.
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Das Wickeln der gummierten Drähte 5 wird in einer nicht dargestellten Messeinrichtung überwacht, wobei beispielsweise die Wickellagen, die Wicklungszahlen oder die Länge der aufgewickelten gummierten Drähte 5 gemessen werden kann. Wird in einem Schritt St6 festgestellt, dass der Drahtkern 6 fertig gewickelt ist, da beispielsweise eine bestimmte Wicklungszahl erreicht wurde, wird ein Abtrennen der gummierten Drähte 5, beispielsweise durch die Quertrennvorrichtung 22 veranlasst. Der Drahtkern 6 ist somit fertiggestellt und der nächste Drahtkern 6 kann begonnen werden.
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Zuvor muss jedoch in einem Schritt St7 der fertige Drahtkern 6 von der Wickelscheibe 19 entnommen werden. Dies geschieht, indem der Durchmesser der Wickelscheibe 19 verkleinert wird, indem die Segmente 21.1, 21.2, 21.3, 21.4 nach innen verstellt werden, so dass der fertige Drahtkern 6 von der Wickelscheibe 19 entnommen werden kann. In der Gebrauchsstellung, in der die gummierten Drähte 5 zu einem Drahtkern 6 aufgewickelt werden, weist die Wickelscheibe 19 bzw. die Innenflächen 28 der eingelassenen Rillen 23 dabei einen Gebrauchsdurchmesser G auf, der im Wesentlichen dem Kerndurchmesser K entspricht. In einer Entnahmestellung ist der Durchmesser der Wickelscheibe 19 auf einen Entnahmedurchmesser E verkleinert, so dass der fertige Drahtkern 6 von der Wickelscheibe 19 entnommen werden kann.
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Dazu ist die Wickelscheibe 19 in einzelne Segmente 21.1, 21.2, 21.3, 21.4 unterteilt, die mit einem Verstellmechanismus 33 gemäß 6 radial nach innen verstellt werden können. Zum radialen Verstellen der Segmente 21.1, 21.2, 21.3, 21.4 können an den einzelnen Segmenten 21.1, 21.2, 21.3, 21.4 Laschen 30 angeordnet sein, die an ihrem einen Ende 30.1 an dem jeweiligen Segment 21.1, 21.2, 21.3, 21.4 und an ihrem anderen Ende 30.2 an einem parallel zur Achse X der Wickelscheibe 19 liegenden, axial verschiebbaren Stift 31 befestigt sind, so dass beim axialen Verstellen des Stiftes 31 in der Achse X die Enden 30.1 der Laschen 30 radial nach innen zogen werden und darüber die Segmente 21.1, 21.2, 21.3, 21.4 ebenfalls radial nach innen verstellt werden, so dass sich der Durchmesser der Wickelscheibe 19 verstellt. Anschließend können die fertigen Drahtkerne 6 von der Wickelscheibe 19 abgenommen und mit dem Aufwickeln der nächsten Drahtkerne 6 begonnen werden.
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Zwischen den Segmenten 21.1, 21.2, 21.3, 21.4 der Wickelscheibe 19 können zudem als Haltemittel Keile 32 angeordnet sein, die z. B. an der Achse X der Wickelscheibe 19 befestigt sind und eine Länge aufweisen, die in etwa dem halben Gebrauchs-Durchmesser G der Wickelscheibe 19 entsprechen, so dass die Keile 32 im Wesentlichen fluchtend mit den Innenflächen 28 der Rillen 23 in der Wickelscheibe 19 abschließen. Dadurch kann erreicht werden, dass die fertigen Drahtkerne 6 beim radialen Verstellen der Segmente 21.1, 21.2, 21.3, 21.4 nach innen durch die Magnetkraft der Positioniermittel 26 nicht mit nach innen genommen werden, sondern vielmehr durch die Keile 32 auf dem Gebrauchsdurchmesser G gehalten werden.
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Das Herstellen von Multi-Wire Kernen aus gummierten Drahtbändern 5.1 erfolgt im Wesentlichen nach den gleichen Verfahrensschritten wie bei der Verwendung von gummierten Drähten 5.1.