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  • 法律状态
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    • 专利摘要:

    公开号:WO1989011155A1
    申请号:PCT/DE1989/000111
    申请日:1989-02-25
    公开日:1989-11-16
    发明作者:Günter BENSCH；Martin Schmidt；Markus Schneider；Bert Walch
    申请人:Robert Bosch Gmbh；
    IPC主号:H01F41-00
    专利说明:
    [0001] Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Spulen aus Widerstandsdraht mit einem vorgege enen elektri¬ schen Widerstand
    [0002] Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Spulen aus Wider¬ standsdraht mit einem vorgegebenen elektrischen Wider¬ stand.
    [0003] Derartige Spulen werden für unterschiedliche elektro¬ technische Anwendungen eingesetzt. Ein Anwendungsbei¬ spiel ist die Verwendung als Stromspule für Einspritz¬ ventile.
    [0004] Bei der Herstellung derartiger Spulen mit Hilfe von handelsüblichen Wickelautomaten besteht ein Problem darin, daß der spezifische Widerstand des Drahtes z.B. aufgrund von Schwankungen in der Legierung des Aus- gangsmaterials bzw. von unterschiedlichen Bedingungen beim Drahtziehen nicht längs einer vollständigen Drahtrolle gleichbleibend ist. Darüber hinaus wird der Widerstand einer gewickelten Spule auch durch die Be¬ dingungen beim Spulenwickeln selbst, z.B. durch die Raumtemperatur beeinflußt.
    [0005] Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu¬ grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der ein¬ gangs genannten Art so auszugestalten, daß der Wider¬ stand der fertigen Spulen ungeachtet etwaiger Schwan¬ kungen des spezifischen Widerstands des verwendeten Ausgangsdrahtes innerhalb eines engen Toleranzberei¬ ches konstant gehalten wird.
    [0006] Diese Aufgabe wird gelöst bei einem Verfahren, bei welchem vorgesehen ist, daß der Widerstand wenigstens eines eine Spule bildenden Drahtabschnitts gemessen und das Meßsignal einer Auswerteanordnung zugeführt wird, daß dort der gemessene Widerstands-Ist-Wert mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen wird, und daß bei einer Überschreitung des Sollwertes von der Aus¬ werteanordnung ein Signal an die Bremseinrichtung zur Erniedrigung der Bremswirkung und bei Unterschreiten des Sollwertes ein Signal zur Erhöhung der Bremswir¬ kung gegeben wird.
    [0007] Eine erhöhte Bremswirkung führt dazu, daß die Dehnung des Drahtes aufgrund der bei bekannten Wickelautomaten ohnehin vorgesehenen Bremseinrichtung aufgrund des Drahtabzuges erhöht wird, wodurch der Durchmesser re¬ duziert und damit der auf die Länge bezogene spezifi- sehe Widerstand des Drahtes und damit der Widerstand einer mit einer bestimmten Drahtlänge gewickelten Spule zunimmt. Je nach dem verwendeten Widerstands¬ draht kann durch die erhöhte Bremswirkung und damit Dehnung des Drahtes auch die Ausbildung von wider- standserhöhenden Versetzungen im Drahtgefüge begün¬ stigt werden.
    [0008] Umgekehrt führt eine Herabsetzung der Bremswirkung zu einer Verminderung der Dehnung und damit zu einer re¬ lativen Erhöhung des Drahtdurchmessers bzw. zur ver¬ minderten Ausbildung von widerstandserhöhend wirkenden Versetzungen.
    [0009] Es wird damit deutlich, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren ein relativ einfacher Regelkreis geschaffen wird, der eine sehr gute Kompensation von Schwankungen des spezifischen Drahtwiderstandes und damit die Her¬ stellung von Spulen mit genau definiertem Widerstand ermöglicht.
    [0010] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorge¬ sehen, daß während der Widerstandsmessung die Spulen¬ temperatur und/oder die Raumtemperatur gemessen und der Widerstandsmeßwert in der Auswerteanordung in Ab¬ hängigkeit von dieser Temperaturmessung korrigiert wird.
    [0011] Auf diese Weise wird es möglich, einen konstanten Widerstand unabhängig von der jeweiligen Raumtempe¬ ratur, welche den Widerstand ja nicht unwesentlich beeinflußt, herzustellen. - k -
    [0012] Die Messung der Spulentemperatur als solchen gibt eine besonders genaue Korrekturmöglichkeit, da die Spule sich beim Herstellungsvorgang aufgrund der Zugbean¬ spruchung und Deformation gegenüber der Raumtemperatur leicht erwärmen kann bzw. die Raumtemperatur sich auf¬ grund von Zugluft, auf reffender Sonneneinstrahlung und dgl. schneller ändert als die Drahttemperatur der Spule. Andererseits läßt sich die Raumtemperatur rela¬ tiv leicht messen, da hierfür keine gerichtete Messung erforderlich ist, so daß zum Anfahren und Eichen die Raumtemperatur einen durchaus brauchbaren Anhalt gibt.
    [0013] Günstigerweise ist vorgesehen, daß jeweils der Wider¬ stand einer Mehrzahl von eine Spule bildenden Drahtab¬ schnitten gemessen und hieraus ein Mittelwert gebildet wird, und daß dieser Mittelwert mit dem Sollwert ver¬ glichen und in Abhängigkeit hiervon gegebenenfalls eine Veränderung der Bremskraft bewerkstelligt wird.
    [0014] Durch eine derartige Mittelung wird erreicht, daß die Regelung eine Art Dämpfung erfährt und nicht aufgrund von lediglich nur auf einen sehr kurzen Drahtabschnitt beschränkten Abweichungen anspricht.
    [0015] Um sicherzustellen, daß trotzdem nicht Spulen verwer¬ tet werden, welche den geforderten Kriterien nicht ge¬ recht werden, ist vorgesehen, daß bei außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches liegenden Spulen durch die Auswerteanordnung ein einen Aussortiervorgang aus¬ lösendes Signal abgegeben wird. Zur Durchführung dieses Verfahrens ist erfindungsgemäß eine Vorrichtung vorgesehen, welche sich dadurch aus¬ zeichnet, daß der Spulenwickeleinrichtung eine Brems¬ einrichtung mit elektrisch einstellbarer Bremskraft vorgeordnet ist. Durch die danach vorgesehene elek¬ trische Verstellbarkeit der Bremskraft ist es möglich, eine derartige Bremseinrichtung in einen erfindungs¬ gemäßen, elektrisch gesteuerten Regelkreis einzube- ziehen.
    [0016] Günstigerweise umfaßt die Bremseinrichtung eine Mag¬ netpulverbremse, welche eine relativ feinfühlige Ver¬ stellung der Bremskraft über den erforderlichen Stell¬ bereich ermöglicht. Vorzugsweise wird eine Bremse von Jäger-Merobel/Paris, Typ FAS2o, verwendet.
    [0017] I •
    [0018] Weiterhin kann die Widerstandsmeßeinrichtung eine mit zwei Meßelektroden verbundene Konstantstromquelle und eine mit zwei weiteren Elektroden verbundene digitale Spannungsmeßeinrichtung mit hohem Innenwiderstand um¬ fassen. Mit einer derartigen, an sich bekannten, soge¬ nannten "4-Sonden-Anordnung" läßt sich der Widerstand sehr genau bestimmen und der digitale Meßwert eignet sich zur Umsetzung in der prozessorgesteuerten Aus¬ werteeinrichtung.
    [0019] Vorteilhafterweise sind weiterhin ein IR-Meßkopf zur Erfassung der Oberflächentemperatur der Spule und ein Raumtemperatur-Meßfühler vorgesehen. Der erstgenannte IR-Meßkopf erlaubt eine Messung der Oberflächentempe¬ ratur der Spule, woraus rechnerisch auf eine durch¬ schnittliche Drahttemperatur geschlossen werden kann. Der Raumtemperaturmeßfühler kann zum Eichen als Kon¬ taktthermometer verwendet werden. Über die Raumtem¬ peratur und die Ober lächentemperatur kann auf die mittlere Drahttemperatur geschlossen werden.
    [0020] Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfin¬ dung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnung. Dabei zeigen
    [0021] Fig. 1 eine blockschaltbildartige Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
    [0022] Fig. 2 eine schematische Darstellung des Drahtver- laufes bei einer erfindungsgemäßen Wickel¬ vorrichtung.
    [0023] In Fig. 1 ist ein Rundtisch 1 eines handelsüblichen Wickelautomaten zum Wickeln von Spulen dargestellt. Dieser Wickelautomat wird über eine Steuerung 2 ge¬ steuert, d.h. diese Steuerung steuert den Abzug des Drahtes, dessen Abschneiden usw. Eine Bremseinrichtun 3 ist der Wickeleinrichtung 1 in Transportrichtung des Drahtes vorgeordnet.
    [0024] Eine Einrichtung 4 dient zum Messen des Spulenwider¬ standes mittels einer sogenannten 4-Sonden-Anordnung. Dabei wird über ein Mehrfunktionsgerät 5 ein Konstant strom zur Verfügung gestellt und mittels eines Digi¬ talmeßgerätes 6 die Spannung bzw. der hierzu propor¬ tionale Widerstand gemessen. Eine Auswerteanordnung 7 umfaßt im wesentlichen einen Rechner mit einer Programmeingabe 8 und einem Drucker 9.
    [0025] Zur Messung der Oberflächentemperatur des Spulendrah¬ tes dient ein IR-Meßkopf lo. Die Raumtemperatur wird mittels eines Meßfühlers 11 bestimmt.
    [0026] In Fig. 2 ist dargestellt, wie der legierte oder unle¬ gierte Widerstandsdraht 12 von einem nicht dargestell¬ ten Drahtvorrat in Richtung des Pfeiles 13 abgezogen wird. Die Spulenwickeleinrichtung 1 umfaßt einen Wickelzylinder 14, auf welchen der Draht 12 aufge¬ wickelt wird. Um für das Aufwickeln eine definierte Vorspannung einstellen zu können, ist die Bremsein¬ richtung 3 vorgesehen. Aufgrund der sich durch die Bremswirkung der Bremseinrichtung 3 und der Abzugs- kraft einstellenden Zugspannung wird der Draht 12 nach der Bremseinrichtung 3 gedehnt, so daß sich sein Durchmesser vom ursprünglichen Durchmesser d1 auf einen Durchmesser d verringert.
    [0027] Der Widerstand der gerade gewickelten Spule 14 wird mittels eines "4-Sonden-Verfahrens" gemessen, wobei jeweils außenliegend zwei Stromsonden S1,S2 und innen¬ liegend zwei Spannungssonden Ul und U2 vorgesehen sind.
    [0028] Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet wie folgt:
    [0029] Vor Produktionsbeginn wird soweit erforderlich der IR-Meßkopf geeicht, indem der Raumtemperatur-Meßfühler als Kontaktthermometer für die Temperatur der Ober¬ fläche des Drahtes 12 verwendet wird. Der IR-Meßkopf bietet den Vorteil, daß innerhalb des ausgenutzten Bereiches der Ausgangsstrom der Meßtemperatur propor¬ tional ist, so daß einerseits eine leichte Eichung und andererseits eine leichte Verwertung des Ausgangssig¬ nals zur Temperaturkorrektur für den gemessenen Wider¬ stand möglich ist. Mit Hilfe der durch die Meßsonde 11 bestimmten Raumtemperatur und der durch den IR-Meßkopf lo bestimmten Oberflächentemperatur des Drahtes läßt sich die mittlere Temperatur der Spule als Summe der gemessenen Oberflächentemperatur und der mit einem Temperaturkorrekturfaktor multiplizierten Differenz aus Oberflächentemperatur und Raumtemperatur bestim¬ men. Durch diese Temperaturnormierung wird erreicht, daß Spulen mit einem definierten Widerstand unabhängig von den speziellen Produktionsbedingungen hergestellt werden können.
    [0030] Der an sich bekannte und im einzelnen nicht darge¬ stellte und beschriebene Produktionsprozeß für die Spulen 14 umfaßt acht Stationen. Dementsprechend be¬ finden sich stets acht Spulen 14 in der Vorrichtung. Der Widerstand jeder Spule 4 wird über die Meßein¬ richtung 4 in herkömmlicher Weise gemessen und der Auswerteeinrichtung 7 zugeführt. Dort wird ein Mit¬ telwert über acht Spulen gebildet und dieser Mittel¬ wert als Widerstands-Ist-Wert herangezogen. Dieser Ist-Wert wird mit dem Widerstands-Soll-Wert vergli¬ chen. Der Widerstands-Soll-Wert ist als arithmetisches Mittel zwischen dem maximalen Widerstandswert und dem minimalen Widerstandswert vorgegeben, welche den Toleranzbereich definieren.
    [0031] In Abhängigkeit von dem Vergleich zwischen dem Wider¬ stands-Ist-Wert und dem Widerstands-Soll-Wert wird der Strom der Bremse 3 und hierzu proportional die Bremskraft verändert nach der Formel
    [0032] Ineu=Ialt+(Rsoll~Rist)xP'
    [0033] wobei P den Regelfaktor darstellt.
    [0034] Nach einer derartigen Ist-Wertbildung und Nachregelun kann eine Reihe von Spulen, z.B. sieben Spulen, ohne Meßwertaufnahme produziert werden. Dann beginnt eine erneute Ist-Wertaufnahme.
    [0035] Aufgrund der vorstehend beschriebenen erfindungsge¬ mäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Regelver¬ fahrens wird eine erhebliche Qualitätssteigerung der fertigen Spulen bei Minderung der Streuung unabhängig von der Verarbeitungstemperatur erreicht. Es kann ins besondere auch Draht mit relativ stark schwankendem spezifischen Widerstand verarbeitet werden, wobei die eingesetzte Drahtbremse praktisch wartungsfrei ar¬ beitet.
    [0036] Diese Vorrichtung eignet sich besonders gut für Draht von 0,08 bis o,6 mm Durchmesser, insbesondere Messing- draht. Sollte mittels der vorstehend beschriebenen Vorrich¬ tung und des beschriebenen Regelverfahrens es nicht möglich sein, einen gewünschten Widerstands-Sollwert zu erreichen, weil z.B. die Legierung des Drahtes eine so starke Inhomogenität aufweist, kann vorgesehen sein, daß die Wickeleinrichtung derart angesteuert wird, daß die Windungszahl erhöht oder erniedrigt wird, je nachdem ob die Grundeinstellung in Richtung auf eine Erhöhung oder Erniedrigung des Widerstandes verändert werden muß. Für die Feineinstellung wird die Steuerung über die Einstellung der Bremskraft gleichwohl beibehalten.
    权利要求:
    ClaimsA n s p r ü c h e
    1. Verfahren zur Herstellung von Spulen aus Wider¬ standsdraht mit einem vorgegebenen elektrischen Wi¬ derstand, wobei der Draht über eine elektrisch an¬ steuerbare Drahtbremseinrichtung einer Wickeleinrich¬ tung zugeführt und dort zu Spulen aufgewickelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand wenigstens eines eine Spule bildenden Drahtabschnitts gemessen und das Meßsignal einer Auswerteanordnung zugeführt wird, daß dort der gemessene Ist-Wert des Widerstandes mit einem vorgegebenen Soll-Wert verglichen wird, und daß bei einer Überschreitung des Soll-Wertes von der Auswerteanordnung ein Signal an die Bremseinrichtung zur Erniedrigung der Bremswirkung und bei Unterschrei¬ ten des Soll-Wertes ein Signal zur Erhöhung der Brems¬ wirkung gegeben wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Wide standsmessung die Spulentempera¬ tur und/oder die Raumtemperatur gemessen und der Wi¬ derstandsmeßwert in der Auswerteanordnung temperatur¬ abhängig korrigiert wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der Widerstand einer Mehrzahl von eine Spule bildenden Drahtabschnitten gemessen und hieraus ein Mittelwert gebildet wird, und daß dieser Mittel¬ wert mit dem Sollwert verglichen und in Abhängigkeit hiervon ein Ansteuersignal für die Bremseinrichtung gebildet wird.
    1 -
    4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches liegenden Spulen durch die Auswerteanordnung ein einen Aussortiervorgang auslösendes Signal abgegeben wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn der Ist-Wert des Widerstandes von dem Soll-Wert so stark abweicht, daß durch eine Erhöhung oder Erniedrigung der Bremswirkung die Einstellung eines Widerstandswertes im Toleranzbereich nicht mög¬ lich ist, die Wickeleinrichtung derart angesteuert wird, daß die Windungszahl erhöht oder erniedrigt wird.
    6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenwickeleinrichtung (1) eine Bremseinrich- tung (2) mit elektrisch einstellbarer Bremskraft vor¬ geordnet ist.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Bremseinrichtung (2) eine Magnetpulver¬ bremse umfaßt.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Widerstandsmeßeinrichtung (4) umfassend eine mit zwei Meßelektroden (11,12) verbundene Konstantstrom¬ quelle (5) und eine mit zwei Spannungsmeßelektroden (U1,U2) verbundene digitale Spannungsmeßeinrichtung (6).
    9. Vorrichtung nach-Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen IR-Meßkopf (lo) zur Erfassung der Oberflächen¬ temperatur der Spule (14).
    10. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Raumtemperatur-Meßfühler (11).
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    引用文献:
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    法律状态:
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    1989-11-16| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    1990-06-07| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1989902926 Country of ref document: EP |
    1990-12-27| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1989902926 Country of ref document: EP |
    1993-05-05| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1989902926 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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