Einrichtung zur Positionierung eines Windungslegerkopfes

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Positionierung der Spitze eines Drahtes am Ausgang eines Fertigblockes einer Drahtstraße mittels eines Windungslegers.

Drähte, werden beim Auslauf aus einer Fertigstraße in Wmdun- gen abgelegt. Dies erfolgt mittels eines Windungslegers, des¬ sen Kopf mit einer vorgegebenen Drehzahl rotiert und den Draht ablegt. Beim Ablegen des Drahtes ist es wichtig, daß die Spitze des Drahtes an eine bestimmte Stelle auf der Kreisbahn, die der rotierende Windungεlegerkopf beschreibt, abgelegt wird. Dabei ergibt sich als besondere Schwierigkeit, den Windungslegerkopf derart zu steuern und zu regeln, daß er genau die Startposition erreicht hat, wenn die Drahtspitze abgelegt wird. Es ist bekannt, den Windungslegerkopf dazu in aufwendiger Weise zu regeln. Dazu werden wie z. B. m der DD 268 636 AI oder der DD 271 472 AI offenbart, Detektions- einrichtungen zur Detektion der Spitze des Drahtes hinter der Fertigstraße angeordnet. Die Steuerung bzw. Regelung des Wm- dungslegerkopfes erfolgt dann entsprechend in Abhängigkeit von Signalen der Detektionseinrichtung. Es hat s ch jedoch gezeigt, daß derartige Einrichtungen bei modernen und sehr schnellen Drantstraßen zu der Notwendigkeit sehr aufwendiger Regelungen fuhren. Es hat sich ferner gezeigt, daß es häufig trotz derartiger aufwendiger Regelungen zu unbef iedigenden Ergebnissen bei der Ablage von Drähten kommt.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Windungslegerkopf auf mög¬ lichst einfache und präzise Weise derartig zu bewegen, daß er bei Ablegen der Drahtspitze möglichst genau die Startposition erreicht hat .

Die Aufgabe wird erfindungεgemäß durch eine Einrichtung zur Positionierung des Kopfes eines nach dem Fertigblock einer Drahtstraße angeordneten Windungslegers gelöst, wobei der Kopf des Windungslegers den aus dem Fertigblock kommenden Draht in Windungen ablegt, wobei die Einrichtung eine Detek- tionseinrichtung zur Detektion der Spitze des Drahtes auf¬ weist, und wobei die Detektionseinrichtung vor dem Fertig¬ block angeordnet ist. Es hat sich überraschenderweise ge¬ zeigt, daß es mit einer derartigen Einrichtung möglich ist, die Spitze eines Drahtes besonders präzise zu positionieren.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird die Spitze des Drahtes am Ausgang des Fertigblocks der Drahtstraße mit¬ tels eines Windungslegers, dessen Kopf mit einer vorgegebenen Drehzahl rotiert, in Windungen abgelegt, wobei die Spitze des Drahtes an eine gewünschte Startposition abgelegt wird, und wobei die Spitze des Drahtes vor Einlauf in den Fertigblock detektiert wird und die Drehzahl des rotierenden Kopfes des Windungslegers innerhalb eines Zeitintervalls, das die Spitze des Drahtes für den Durchlauf durch den Fertigblock und das

Erreichen des Windungslegerkopfes braucht, derart erhöht oder verzögert wird, daß der Windungslegerkopf bei Ablegen der Spitze des Drahtes die gewünschte Startposition erreicht hat. Dabei wird dem Regler, der zur Regelung des Antriebs des Win- dungslegers eingesetzt wird, ein geeigneter Sollwert zur ent¬ sprechenden Beschleunigung oder Verzögerung des Windungs¬ legers vorgegeben. Dieses einfache Verfahren einer feed- forward-Steuerung hat sich als besonders geeignet erwiesen, den Windungslegerkopf bei Ablegen der Drahtspitze präzise an - die Startposition zu bewegen.

In einer weiterhin vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird, insbesondere bei Einlauf eines Drahtes, dessen Eigen ^¬ schaften, wie etwa Material oder Dicke, von den Eigenschaften des vorab bearbeiteten Drahtes abweichen, ein Differenzwinkel

zwischen der gewünschten Startposition und der tatsächlichen Position, an der die Spitze des Drahtes abgelegt wird, ermit¬ telt. Dabei wird vorteilhafterweise aus der gewünschten Startposition mittels des Differenzwinkels eine korrigierte Startposition ermittelt, wobei die korrigierte Startposition einer Regelung oder Steuerung des Kopfes des Windungslegers anstelle der gewünschten Startposition als Sollwert vorgege¬ ben wird. Zum Beispiel wird der Regelung oder Steuerung des Kopfes des Windungslegers bei Eintritt der Spitze des Drahtes in die Fertigungsstraße oder bei Detektion der Spitze des

Drahtes vor dem Fertigblock eine Sollposition von 0° vorgege¬ ben. Diese Soliposition von 0° soll dazu führen, daß die Spitze des Drahtes bei Ablegen durch den Kopf des Windungsle¬ gers die gewünschte Startposition erreicht hat, wobei der Kopf des Windungslegers erfindungsgemäß innerhalb eines Zei- tintervallε, das die Spitze des Drahtes für den Durchlauf durch den Fertigungsblock und das Erreichen deε Kopfeε des Windungslegers braucht, derart erhöht oder verzögert wird, daß der Windungslegerkopf bei Ablegen der Spitze des Drahtes die gewünschte Startposition erreicht hat. Dabei wird dem

Regler, der zur Regelung des Antriebs des Wmdungslegerε ein- geεetzt wird, ein geeigneter Sollwert zur entsprechenden Be¬ schleunigung oder Verzögerung des Windungslegers vorgegeben. Dieseε einfache Verfahren einer feed-forward-Steuerung hat sich als besonderε geeignet erwiesen, den Windungslegerkopf bei Ablegen der Drahtspitze präzise an die Startposition zu bewegen.

In einer weiterhin vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird, insbesondere bei Einlauf eines Drahtes, dessen Eigen¬ schaften, wie etwa Material oder Dicke, von den Eigenschaften des vorab bearbeiteten Drahtes abweichen, ein Differenzwinkel zwischen der gewünschten Startposition und der tatsachlichen Position, an der die Spitze des Drahtes abgelegt wird, erm t- telt. Dabei wird vorteilhafterweise aus der gewünschten

Startposition mittels des Differenzwinkels eine korrigierte Startposition ermittelt, wobei die korrigierte Startposition einer Regelung oder Steuerung des Kopfes des Windungslegers anstelle der gewünschten Startposition als Sollwert vorgege- ben wird. Zum Beispiel wird der Regelung oder Steuerung des Kopfes des Windungslegers bei Eintritt der Spitze des Drahtes in die Fertigungsstraße oder bei Detektion der Spitze des Drahtes vor dem Fertigblock eine Sollposition von 0° vorgege¬ ben. Diese Sollpoεition von 0° εoll dazu führen, daß die Spitze des Drahtes bei Ablegen durch den Kopf des Windungsle¬ gers die gewünschte Startposition erreicht hat, wobei der Kopf des Windungslegers erfindungsgemäß innerhalb eines Zei¬ tintervalls, das die Spitze des Drahtes für den Durchlauf durch den Fertigungsblock und das Erreichen des Kopfes des Windungslegerε braucht, derart erhöht oder verzögert wird, daß der Kopf des Windungslegers bei korrekter Kenntnis des Zeitintervalls, das die Spitze des Drahtes für den Durchlauf durch den Fertigblock und das Erreichen des Kopfes des Win¬ dungslegers braucht, die gewünschte Startposition erreicht hat. Iεt jedoch dieses Zeitintervall nicht exakt bekannt, so führt dieε dazu, daß die Poεition, an der die Spitze deε Drahtes abgelegt wird, von der gewünschten Startposition um einen bestimmten Differenzwinkel, z.B. 30°, abweicht. Bei der nächsten Bearbeitung eines gleichartigen Drahtes wird dann vorteilhafterweise der Sollwert entsprechend um den Differen¬ zwinkel korrigiert. Für das vorliegende Beispiel würde der neue Sollwert -30° betragen. Die Vorgabe dieses neuen Soll¬ wertes führt dazu, daß die Spitze des Drahtes an der ge¬ wünschten Startposition abgelegt wird.

In einer vorteilhaf ten Ausgestaltung der Erf indung erfolgt diese Sol lwertkorrektur bzw . diese Sollwertvorgabe automa¬ tisch .

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Spitze des Drahtes hinter dem Fertigblock detek¬ tiert. Dabei wird mittels der Detektion des Drahtes hinter dem Fertigblock die tatsächliche Position, an der die Spitze des Drahtes abgelegt wird, aus der Laufzeit der Spitze des Drahtes von der Detektion hinter dem Fertigblock bis zum Durchlauf durch den Kopf des Windungslegers und der Position des Kopfes des Windungslegers zum Zeitpunkt der Detektion des Drahtes hinter dem Fertigblock ermittelt. Auf diese Weise wird eine besonders kostengünstige Bestimmung der Position, an der die Spitze des Drahtes abgelegt wird, erreicht.

Die Messung der Laufzeit der Drahtspitze durch den Fertig¬ block erfolgt vorteilhafterweise durch zwei Meßpunkte, einen vorderen Meßpunkt, der vor dem Fertigblock liegt, und ein hinterer Meßpunkt, der hinter dem Fertigblock liegt. Das Pas¬ sieren der Drahtspitze am vorderen und am hinteren Meßpunkt erfolgt dabei vorteilhafterweise durch je eine Fotozelle. Der in die Fertigungεεtraße einlaufende Draht wird nach einer be- stimmten Länge mittels einer Schere geschnitten, so daß eine neue Drahtspitze entsteht. Das Schnittsignal der Schere kann ebenfalls vorteilhafterweiεe, als Alternative zu einer Foto¬ zelle, als vorderer Meßpunkt verwendet werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Nennsolldrehzahl, mit der der Regler für den Antrieb des Windungslegerkopfes angesteuert wird, zeitabhängig um ei¬ nen Wert erhöht bzw. gesenkt und noch innerhalb des Zeitin¬ tervalls, das die Spitze des Drahtes für den Durchlauf durch den Fertigblock zum Erreichen des Kopfes des Windungslegerε braucht, auf die Nennsolldrehzahl abgesenkt bzw. erhöht. Das Erhöhen bzw. Absenken der Nennsolldrehzahl erfolgt dabei vor¬ teilhafterweise in Form einer Rampe.

In einer besonderε vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird dem Regler neben der Solldrehzahl auch ein der Ableitung der Solldrehzahl proportionales Signal zugeführt. Auf diese Weise folgt der Antrieb m besonders präziser Weise dem vor- gegebenen Solldrehzahlverlauf, so daß die Startposition be¬ sonders präzise zum gewünschten Zeitpunkt erreicht wird.

Weitere Vorteile und erfinderische Einzelheiten ergeben sich aus der nach olgenden Beschreibung von Auεführungεbeiεpielen, anhand der Zeichnungen und in Verbindung mit den Unteran- εprüchen. Im einzelnen zeigen:

FIG 1 eine εchematische Darstellung einer Bearbeitungs¬ straße für Draht, FIG 2 ein Solldrehzahlprofll,

FIG 3 ein alternatives Solldrehzahlprofll,

FIG 4 einen Regler für einen Windungslegerkopf.

FIG 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Bearbeitungs- Straße für Draht. Der einlaufende Draht 8 durchlauft zunächst eine Schere 1, die ihn nach Durchlauf einer vorgegebenen Lan¬ ge durchtrenn . Nach Durchlauf durch die Schere 1 pasεiert der Draht eine Fotozelle 5 und tritt in den Fertigblock 2 zur Bearbeitung ein. Nach Auεtritt aus dem Fertigblock 2 lauft der Draht 8 über einen Treiber 3 in einen Windungsleger, des¬ sen Kopf 9 auf einer Kreisbahn 10 rotiert und den Draht 8 in Windungen ablegt. Zwischen Fertigblock 2 und Windungsleger 4 st eine weitere Fotozelle 6 angeordnet. Mittels der Foto¬ zellen 5 und 6 wird das Passieren einer Drahtspitze detek- tiert. Die Fotozelle 5 kann weggelassen werden, und deren Si¬ gnal durch das Schnittsignal der Schere 1 ersetzt werden. Die einzelnen Komponenten der Fertigungsstraße, d.h. die Schere 1, der Fertigblock 2, der Treiber 3, der Windungsleger 4, die Fotozellen 5 und 6 werden über ein Bussystem 11 mit einer

Steuerung 7 verbunden. Das Bussystem 11 kann durch Punkt-zu¬ Punkt-Verbindungen ersetzt werden.

Wird vor dem Fertigblock 2 entweder durch die Fotozelle 5 oder m alternativer Weise bei Verzicht auf die Fotozelle 5 durch den Scherenschnitt in der Schere 1 die Spitze des Drah¬ tes detektiert, so wird der Windungslegerkopf 9 durch die Steuerung 7 derartig beschleunigt oder verzögert, daß er sich an der Startpoεition 12 befindet, wenn die Drahtεpitze seinen Ausgang erreicht hat. Die Fotozelle 6 dient der Bestimmung der Position, an der die Spitze des Drahtes 8 tatsächlich ab¬ gelegt wird.

FIG 2 zeigt ein Solldrehzahlprofll, wobei die Solldrehzahl n* über die Zeit t aufgetragen ist. Δt _max bezeichnet dabei das Zeitmtervali, das die Drahtspitze von ihrer Detektion vor dem Fertigolock, z.B. durch Fotozelle 5 in FIG 1, bis zum Er¬ reichen des Windungslegerskopfes braucht. Wird die Draht¬ spitze vor dem Fertigblock detektiert, so wird die Solldreh- zahl stetig mit einer Steigung a _max um einen Wert Δn*(t) er¬ höht. Die Dauer dieser Erhöhung richtet εich nach der aktuel¬ len Position des Windungslegerkopfes. Würde der Windungsle¬ gerkopf bei konstanter Drehzahl n* _n nach Ablauf des Zeitin- tervalls Δt-, _a gegenüber der Startposition liegen, so wird die Drehzahl für eine Zeit Δt _max /2 mit der Steigung a _ma erhöht. Nach Verstreichen der Zeit Δt, _na v/2 wird die Solldrehzahl n* mit der Steigung -a _m -,v abgesenkt, so daß die Solldrehzahl n* für den Windungslegerkopf nach Ablauf des Zeitmtervalls Δt _max gleicn αer Soll-Nenndrehzahl n* _n ist. Befindet sich der Win- dungslegerkopf an anderen Positionen, so wird dieser Vorgang entsprechend für ein verkurzteε Zeitmtervali Δt _t oder Δt ₂ durchgeführt .

FIG 3 zeigt ein alternatives Solldrehzahlprofll, wobei die Solldrehzanl n* über die Zeit t aufgetragen ist. Δt _max be¬ zeichnet dabei das Zeitmtervali, das die Drehspitze von ih¬ rer Detektion vor dem Fertigblock, z.B. durch Fotozelle 5 in FIG 1, bis zum Erreichen des Windungslegerskopfeε braucht. Wird die Drahtspitze vor dem Fertigblock detektiert, so wird die Solldrehzahl stetig mit einer Steigung a _max um einen Wert

Δn*(t) erhöht. Die Steigung dieser Erhöhung richtet sich nach der aktuellen Position des Windungslegerkopfes. Würde der Windungslegerkopf bei konstanter Drehzahl n* nach Ablauf des Zeitmtervalls Δt _τax gegenüber der Startposition liegen, so wird die Drehzahl für eine Zeit Δt _ma /2 mit der Steigung a _max erhöht. Nacn Verstreichen der Zeit Δt _max /2 wird die Solldreh¬ zahl n* mit der Steigung -a _ma abgesenkt, so daß die Solldreh- zahl n* für den Windungslegerkopf nach Ablauf des Zeitmter¬ valls Δt _ma gleich der Soll-Nenndrehzahl n* _n ist. Befindet sich der Windungslegerkopf bei Detektion der Drahtspitze vor dem Fertigolock auf einer anderen Position, so wird nicht das Zeitmtervali verkürzt, wie in FIG 2 gezeigt, sondern die Steigung αer Solldrehzahl n* entsprechend auf Werte wie z.B. ai oder a ₂ verringert. Durch diese Ausnutzung der zur Verfü¬ gung stehenden Zeit Δt _max für die korrekte Positionierung des Windungslegerkopfes, werden aufgrund der geringeren Drehzahl- εteigerung Antrieb und Getriebe des Windungslegers geschont.

Anstelle eines Ernohens der Solldrehzahl n* und eines ent¬ sprechenden anschließenden Abεenkens um eine Drehzahldiffe¬ renz Δn* (t) kann die Solldrehzahl n* ebenso zunächst um eine Drehzahldif erenz -Δn*(t) abgesenkt und anschließend entspre- chend auf n* erhont werden. Wurde der Windungslegerkopf bei konstanter Drehzahl n* _n den Draht gegenüber der Startposition um 0 bis 180° versetzt ablegen, so wird vorteilhafterweise die Drehzahl zunächst abgesenkt und anschließend entsprechend erh _ö ht . Wurde dagegen bei konεtanter Drehzahl n* _n der Draht

in bezug auf die Startpoεition um 0 bis -180° versetzt abge¬ legt werden, so wird die Drehzahl vorteilhafterweise zunächst erhöht und anschließend entsprechend abgesenkt.

FIG 4 zeigt einen Regler für einen Windungslegerkopf mit er¬ findungsgemäßer Feed-forward-Ansteuerung. Dabei bezeichnet Bezugszeichen 24 einen angetriebenen Windungslegerkopf. Be¬ zugszeichen 26 bezeichnet einen entεprechenden Strommeßwert, der mit einem Sollwert 27 verglichen wird und mittels eines Stromreglers 22, der im vorliegenden Ausführungεbeispiel als PI-Regler ausgeführt ist, geregelt wird. Um diesen inneren Regelkreis herum liegt ein äußerer Drehzahlregelkreis mit ei¬ nem Drehzahlregler 21, der in dem vorliegenden Ausfύhrungs- beispiel als PI-Regler ausgeführt ist und dem die Differenz zwischen Drehzahlεollwert n* und Drehzahlistwert 25 zugeführt wird. Der Drehzahlsollwert n* wird außerdem in einem Diffe¬ renzierer 20 differenziert. Dieser kann z.B. als reines D- Glied oder als PD-Glied ausgeführt εein. Der Ausgang des Dif¬ ferenzierers 20 wird dem Ausgang 27 des Drehzahlreglers 21 aufaddiert. Durch den Differenzierer 20 wird erreicht, daß der Istwert 25 der Drehzahl in der Lage ist, einem Solldreh¬ zahlprofil n*(t), wie es in FIG 2 oder 3 beschrieben ist, be¬ sonderε präzise zu folgen.