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Fachpresse





DRAHT Okt/2003:
Original-Artikel als pdf-Datei

Verlegen von Rund- und Flachmaterial mit Randkorrektur

Die Industrie stellt heute immer höhere Ansprüche: an die Qualität des Wickelgutes,
die automatische Weiterverarbeitung des Wickelgutes und an die Optik der bewickelten
Spule.
Die Hambamer Antriebstechnik hat sich diesen Aufgaben gestellt und ihren Verlege-
rechner mit Funktionen erweitert, die diese Anforderungen erfüllen. Damit kann sowohl rund- als auch Flachmaterial sensorlos oder sensorgesteuert verlegt werden.


Ein Verlegerechner vereinfacht Wickelvorgänge in allen Branchen, denn Bänder, Schnüre, Drähte sowie Textil-, Kunststoff- oder Glasfasern sind Materialien, die vor der Verpackung oder dem Transport sinnvollerweise in irgendeiner Form aufgewickelt werden müssen.
So unterschiedlich, wie die Wickelgut-Palette von einer Glasfaser oder einem 20 µm Golddraht bis zum Stahlband präsentiert, sind auch die jeweils erforderlichen Wickelbilder.

Verlegerechner bestimmt Wickelergebnis

Diese Anforderungen definieren die Präzision und den Funktionsumfang des spezialisierten Verlegerechners, also die Steuerung einer Wickelmaschine, erheblich: Der Kern wird normalerweise mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben, während die Bewegung des Verlegesupports für das sogenannte Wickelbild verantwortlich ist. Aus Form und Größe des Wickelkörpers sowie Materialstärke, Anzahl der Wickellagen, gefordertem Materialspalt usw. ermittelt sich der Vorschub des Supports.
Dieser theoretische Wert muß jedoch meistens noch korrigiert werden, um den Wickelumkehrwert am Rand des Körpers in eine definierte Position zu bringen. Der Wickelumkehrpunkt darf nicht bei jeder Lage übereinander liegen, sondern soll jeweils um den Versatzwinkel differieren. Besondere Aufmerksamkeit verlangt der Wickelrand, der sehr unterschiedlich sein kann. Wickelkörper haben entweder keinen, einen glatten oder einen konischen Rand, bei dem die Verlegebreite mit jeder Wickellage zunimmt. Jede dieser Situationen erfordert andere Maßnahmen beim Wickeln. Alle dieser Parameter zusammengenommen bestimmen das jeweils geforderte Wickelbild.

Trotz des Leistungsumfanges besticht der Verlegerechner 5101 N der Hambamer Antriebstechnik durch einfache Handhabung und Benutzerfreundlichkeit.
Alle Parameter werden in genormten physikalischen Einheiten eingegeben:

· Wickelkerndaten: Materialbreite bzw. -durchmesser, Materialspalt und Randparameter
  direkt in Millimetern
· Zielwinkelangaben: in Wickelgraden


Nach der Dateneingabe brechnet die Steuerung automatisch den Vorhaltewinkel und zeigt auf Knopfdruck den Versatzwinkel für den Randbereich an. Falls dieser Wert ungünstig erscheint, überschreibt man ihn einfach durch eine eigene Zielwinkelvorgabe. Die neuen Werte für Vorhaltewinkel und Spalt errechnen sich wiederum automatisch. Mit umfangreichen Parametriermöglichkeiten für den Randbereich können alle in der Praxis auftretenden Fälle gemeistert werden.
Durch Beschleunigung oder Verzögerung lässt sich ein zusätzlicher Randaufbau oder eine Randverarmung einstellen. Der Rechner sorgt dafür, daß dabei die rechnerische Wickeldichte im Mittel erhalten bleibt. Diese Werte gehen also nicht in den Wickelversatz ein.
Anders ist es beim Randstop, bei dem der Support einen Moment im Randbereich verharrt, ohne dies wieder auszugleichen. Für konische Ränder läßt sich der Zuwachs oder die Abnahme der Verlegebreite pro Lage definieren.
Die Installation und Einrichtung von Wickelmaschinen kann dann schwierig werden, wenn durch bestimmte Kombinationen von Servoantrieb, Getriebe und Spindelsteigung feste mechanische Vorgaben zu berücksichtigen sind. Beim Verlegerechner 5101 N ist die physikalische Anpassung an nahezu jede Supportauflösung möglich.
Im halbautomatischen Lernmodus fährt der Bediener die minimale und maximale Position einmal an und gibt dort jeweils das tatsächliche Maß ein. Anschließend interpoliert die Steuerung automatisch zwischen diesen beiden Punkten und "weiß", wieviel Inkremente pro Umdrehung bzw. Vorschub benötigt werden. Mit dem 24-Bit-Zahlenumfang der Supportposition ist die Verlegebreite praktisch nicht limitiert.
Die Inkrementalgeber-Auflösung kann wahlweise verdoppelt oder vervierfacht werden. Zahlreiche Parametrierungsmöglichkeiten im Regelteil wie Schleppfehler-Kompensation, Mittelwertbildung, Jitterausblendung, Definition von Änderungsgradienten, Bremsrampen usw. ermöglichen die bestmögliche Anpassung an die jeweilige Situation.
130 Programmplätze stehen für Material- und Wickelkerndaten zur Verfügung; die Daten lassen sich gemeinsam mit den jeweiligen Betriebsmodi abspeichern. Gesteuert wird der Verlegerechner 5101 N entweder von einem Miniterminal oder von einer Steuerung über RS232-oder RS485-Schnittstelle.
Das Verlege- und Wickelsystem 5101 N beinhaltet als Grundmodul den sehr erfolgreichen Verlegerechner 2603 N. Die Anschlußbelegung der Grundgerätes ist kompatibel zum System 2603 N, allerdings mit einem deutlich erhöhten Funktionsumfang.

Die kompletten Funktionen eines Wickelsystems mit Verlegung, Wickelzug oder Tänzer-steuerung sowie Steuerung des Abwicklers sehen heute wie folgt aus:

- Erzeugen eines definierten Wickelbildes durch Steuern eines Verlegesupports
- Steuern der Wickeldrehzahl, rampengeführt,
- mit Ausregelung der Materialgeschwindigkeit,
oder
- Steuern des Wickelzuges mit integriertem Wickelrechner bzw.
- Tänzersteuerung mit Leitwertvorgabe
- Steuerung des Abwicklers


Sensorlose Höhenabtastung

Dieses System eignet sich ebenfalls für dünnes, nicht lagenweise gewickeltes Material.
Eine sensorlose Höhenabtastung verhindert eine Berg- bzw. Talbildung im Randbereich. Toleranzen in der Geometrie des Spulenkörpers werden durch einen Selbstlerneffekt des Systems, - in vorgegebenen Grenzen -, automatisch kompensiert. Der Materialvorschub wird dabei als konstant – extern ausgeregelt – vorausgesetzt. Der durch die automatische Höhenkorrektur erforderliche Bedienungsaufwand ist sehr klein.
- erschienen in der DRAHT Okt/2003 S.40 f.
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DRAHT Jan/2000:

Neuerungen in der Verlegetechnik

Die Hambamer Antriebstechnik präsentiert zwei neue Verlegesysteme: die Weiterentwicklung eines bereitseingeführten Verlegesystems, das jetzt auch ohne Sensor für die Höhenabtastung auskommt, und ein Verfahren zum lageweisen Aufwickeln mit einer Zwischenlage aus einem zweiten Material.
Gerade profilierte Drähte und Edelmetalldrähte mit geringen Durchmessern benötigen definierte Wickelbilder, um ihre hohe Qualität auch in der Weiterverarbeitung sicherzustellen. Die Hambamer Antriebstechnik entwickelte zusammen mit Anwendern spezielle Lösungen zum zusätzlichen Einwickeln von Papierbahnen und für eine Verlegesteuerung ohne externen Sensor, die das Unternehmen jetzt auch auf dem Markt anbietet.

Sensorlose Verlegesteuerung

In einer Färbeanlage für Lichtwellenleiter steuerten die Signale einer Viedeokamera das Wickelbild, um eine möglichst hohe Ordnung der einzelnen Lagen zuerreichen. Doch die hohen Kosten der Bildverarbeitungssysteme zwangen zur Suche nach einem alternativen Sensor. Ein kapaziotiver Analogsensor kostet zwar nur etwa 20%, hatte jedoch eine so hohe Streuung, daß einzelne Leiter nicht erfasst wurden.
Die Lösung ist ebenso einfach wie genial: Unter der Vorraussetzung, daß die Geschwindigkeit des Wickelgut konstant bleibt, z.B. durch eine externe Regelung, bewirkt eine ungewollte Durchmesseränderung auch eine Drehzahländerung der Spule, die ein Inkrementalgeber oder Resolver an der Spule erkennt. Der Verlegerechner führt dann einen Soll-/Istwert - Vergleich der Drehzahlen durch. Dabei beträgt die auflösbare Drehzahldifferenz 1/8000 der maximalen Drehzahl, so daß im Anwendungsfall Durchmesseränderungen an der Spule von 0,1 mm, die etwa dem Lichtwellenleiterdurchmesser entsprechen, sicher erkannt werden. Daraufhin wird die Position n Richtung der Spulenbreite entsprechend nachgeführt. Dieses sensorlose Prinzip funktioniert auch am Rand der Spule und mit Wickelgeschwindigkeiten bis zu 1000 m/min.
Das System eignet sich besonders auch bei schwierigen Anwendungen mit Feinstdrähten mit Durchmessern zwischen 10 µm und 20 µm, wo es leicht zum Reißen des Drahts oder zu Problemen bei der Weiterverarbeitung durch unzulässige Verformungen kommen kann. Seine Bewährungsprobe bestand dieses Konzept beim Wickeln von 18 µm dicken Edelmetalldrähten, die über ihren elektrischen Widerstand Airbags zünden und von daher sehr hohen Qualitätsanforderungen unterworfen sind.
Optional kann dieser Verlegerechner auch für eine drehmomentkonstante Wicklung eingesetzt werden, indem der Motorstrom überwacht wird.

Kombiniertes Wickel von Draht und Bandmaterial

Profilierte Drähte oder Wicklungen für Transformatoren erfordern häufig eine Zwischenlage als Isolierung oder mechanischen Schutz für die Drahtoberfläche. Die Anforderung an die Wicklung definieren z.B. die Zulieferer der Elektroindustrie, die rechteckförmige Gold- und Platindrähte für Bondmaschinen auf Spulen bereitstellen müssen.
Hambamer hat für diesen Fall 2 Verlegerechner, von denen einer das Wickelgut und der andere das Zwischenmaterial steuert, miteinander vernetzt, so daß sich bahezu beliebige Wickelbilder einstellen lassen. Das Verfahren eignet sich besonders für Drähte mit geringem Durchmesser oder strangförmige Profile aus Mehrschicht-Materialien, bei denen zwischen den einzelnen Lagen des Wickelguts Zwischenlagen eingewickelt werden, um Deformation oder Materialdiffusion zwischen sich berührenden Lagen des Wickelguts mit Sicherheit auszuschließen. Zwischen Wickelgut und Zwischenlage entsteht dabei eine bewußt herbeigeführte Relativbewegung, die durch sequentielle Beschleunigung der Zwischenlage in Bezug zum Wickelgut eine gleichförmige und scharf begrenzte Bespulungsrandzone bewirkt. Dadurch ist auch eine randlose Bespulung mit kreisringfestem Stabilitätszustand möglich.
- gr - erschienen in der DRAHT Jan/2000 S.26
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SCOPE Aug/1995:

Antriebstechnik

- Versuchen Sie mal einen Kabelring ohne Hilfsmittel abzuwickeln. Wenn daraus ein unentwirrbarer Knäuel geworden ist, können Sie sich vorstellen, wie wichtig Wickeltechnik ist- schließlich dient die ja auch zum Abwickeln. Trotz aller Fortschritte in der elektronischen Steuerung von Antrieben, blieb das exakte Verlegen des Wickelgut oft einen Domäne der Mechanik, weil die Elektronik zu teuer und/oder zu schwer zu bedienen war. Die hier vorgestellte Lösung mit einem integrierten Verlegerechnerfüllt also offensichtlich eine Lücke.

Keine Verwicklungen - Verlegerechner für Wickelantriebe

Wickeln ist eine Kunst. Das habe ich spätestens begriffen, als wir in der Hochfrequenztechnik freitragende Kreuzwickelspulen mit vielen Windungen fertigen mussten. Auch die Hochspannungsspule des Zeilentrafos im Fernseher wurde zunächst als sehr schmaler Teller kreuzgewickelt und anschließend vergossen. Nun geht es hier gar nicht um diese filigranen Feinheiten. Schon bei Bändern, Schnüren, Drähten und Fasernbestimmt die Wickelgenauigkeit ob und wie störungsfrei sich das Zeug später verarbeiten oder verwenden lässt. Schlechte Wickelganuigkeit wiederum kann die Gebinde ganz schön aufplustern. Das größere Volumen zieht dann einen Rattenschwanz unnötiger Kosten nach sich.

Eigentlich ganz einfach

Nun funktioniert jede Wickelmachine im Prinzip recht einfach. Sie besteht aus einer angetriebenen Welle, auf die in irgendeiner Form - beispielsweise auf einen Wickelkörper oder Kern - gewickelt wird. Je nach Wickelgut benötigen Sie dann noch eine Führung oder einen Verlegesupport, um das gewünschte Wickelbild zu erreichen. Jetzt brauchen Sie nur noch den Vorschub des Supports an Wickelgeschwindigkeit, die Materialdicke, den gewünschten Abstand zwischen den einzelnen Windungen, die Form und Größe des Wickelkörpers und so weiter, und so weiter anzupassen... Besonders an den Rändernmit ihren Umkehrpunkten wird die Sache oft noch zusätzlich unübersichtlich bis abenteuerlich. Sie merken schon, das kann zu einer Aufgabe werden, an der sich auch gestandene Antriebstechniker ein paar Zähne ausbeißen. Nicht umsonst gehört bereits der Bau "einfacher" Haspel für das Auf- und Abwickeln von Bandstahl-Coils oder ähnliche Anwendungen zu den Spezialitäten im Maschinenbau.
Auch mit dem Einsatz elektronisch gesteuerter und geregelter Antriebe ließ sich das Wickelproblem meistens nur unvollkommen lösen, weil die Bedienung zu kompliziert war. Schließlich sind diplomierte Ingenieure als Maschinenbediener zu teuer. Spezielle Wickel- oder Verlegerechner führten dann endlich zu brauchbaren Resultaten. Interessant wurde die Sache für die Anwender aber erst, als sich ein paar Spezialisten, jeder auf seinem Gebiet ein Könner, zusammentaten.

Gemeinsam geht's

Da hat zunächst ein Elektroniker einen Verlegerechner entwickelt. In dem errechnet ein Mikroprozessor aus der langen Latte vorgegebener Parameter den richtigen Bewegungsablauf des Supports und steuert dessen Antrieb. Einerseits muss sich ein solcher Rechner möglichst vielfältig parametrieren lassen, um für die unterschiedlichsten Wickelaufgaben bei Flach- und Rundmaterial geeignet zu sein. Andererseits muss die Bedienoberfläche so einfach wie möglich sein, daß auch nichtpromovierte Maschinenbediener damit zurechtkommen, ohne jedesmal erst dicke Handbücher studieren zu müssen.
Wie feinfühlig Sie hier beispielsweise die Randzone programmieren, zeigen die umfangreichen Parametriermöglichkeiten. So läßt sich durch Beschleunigen oder Verzögern ein zusätzlicher "Randaufbau" oder eine "Randverarmung" erreichen. Für konische Ränder können Sie den Zuwachs oder die Abnahme der Verlegebreite pro Lage ebenfalls exakt vorgeben.
Der Rechner hilft den Technikern auch beim Anpassen an die jeweilige Wickelmaschine. Im halbautomatischen Lernmous fahren Sie die beiden Endpositionen an und geben dazu das tatsächliche Maß ein. Durch Interpolation ermittelt die Steuerung dann die Anzahl der Inkremente für den Vorschub pro Umdrehung. Die Supportposition wird mit 24 Bit aufgelöst. Das ergibt auch bei großen Verlegebreiten noch eine hohe Genauigkeit. Ebenso kann die Inkrementalgeber-Auflösung wahlweise verdoppelt oder vervierfacht werden.

Antriebspakete

Nun reden Steuerungstechniker oft schon von Antriebssystemen, wenn noch nicht einmal ein Leistungsteil vorhanden ist; vom erforderlichen Antriebsmotor ganz zu schweigen. Bei Fritz Hambamer läuft das völlig anders. Als Systemlieferant dird er dem Trend zum kompletten Antriebspaket gerecht und beliefert seine Kunden mit kompletten Problemlösungen. Er läßt den beschriebenen Verlegerechner in die Servoverstärker seiner Antriebssysteme und kommt so zu einer universellen und leistungsfähigen Lösung.
Denn wenn Sie sich die ganzen Möglichkeiten dieses Rechners vorstellen, dann wird sicher klar, daß sich damit auch ganz andere Antriebe exakt steuern lassen. So entsteht hier durch einfachen Austausch eines elektrisch programmierbaren Nurlesespeichers (E-PROM) zum Beispiel eine elektrische Welle, eine fliegende Säge, eine Positioniersteuerung oder der beschriebene Verlegerechner. Insgesamt 130 Programmplätze stehen entweder für Material- und Wickeldaten oder eben für andere Zwecke zur Verfügung. In BILD2 präsentiert Ihnen Fritz Hambamer diese Lösung.

Bloß nichts verraten

Jetzt fehlen nur noch ein paar erfahrene Maschinenbauer, die diese Fähigkeiten des Antriebs richtig nutzen. In BILD1 und BILD3 erkennen Sie eine verlegerechnergesteuerte Wickelmaschine für hochempfindliche Glasfasern. Diese hauchdünnen Gebilde bilden ja inzwischen das Rückgrat unserer Datenautobahnen, mit denen wir "vernetzt" werden.
BILD4 zeigt Ihnen eine nicht minder interessante Anwendung. Hier wird Verpackungsband aus Kunststoff rechnergesteuert beim Wickeln exakt verlegt. In vielen wickelfähiges Material produzierenden Unternehmen gehört offensichtlich die Wickelei zu den Stiefkindern. Dort gibt es deshalb in vorhanden Anlagen einen erheblichen Nachhol- und Nachrüstbedarf. Nun sind das ausgerechnent Branchen, in denen einerseits der Respekt vor dem Wettbewerb besonders groß ist und die andererseits mit der exakten Wickelei erhebliche rechenbare Vorteile erfahren.
Langen Palavers kurzer Sinn:"Schreiben Sie auf keinen Fall über diese Kunden, auch nicht deren Branche in Ihrem Bericht, sonst komme ich in Teufels Küche," bat mich Friedrich Hambamer bei unserem Gespräch. Die gezeigten Beispiele und die Palette möglicher Wickelgüter zeigen meines Erachtens schon recht deutlich, wo`s lang geht. Denken Sie beispielsweise an Bänder aus Metall und Kunststoff zum Verpacken, Umwickeln und Armieren, an Drähte, Leitungen und Glasfasern, dann haben Sie schon eine recht ordentliche Palette an Einsatzmöglichkeiten.
- Bernhard Siegmund - erschienen im 'SCOPE' Aug/1995 S.108 ff.
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