Trafowickelmaschine

[scotty †]

Hallo,
in Bezug auf mein Audion und noch andere offene Projekte, in denen ich speziell gewickelte Trafos und AÜ's verwenden will, stolpere ich immer wieder darüber, daß meine Wickelmaschine, die ich mir vor etlichen Jahren gebaut hatte, immer noch keine Vorrichtung für das Legen des Drahtes, immer schön eine Windung neben der anderen, besitzt. Bis heute eine übelste Fummelei, besonders mit den dünnen Drähten, die aber dummerweise bei den meisten Trafos mit einer immensen Windungszahl reichlich draufgewickelt sind.

Bei den meisten Wickelmaschinen die ich schon mal gesehen habe, das sind vorwiegend ältere Modelle, geschieht das Legen der Wicklungdrähte mit einem Legefinger, der auf einem beweglichen Schlitten sitzt. Dieser Schlitten wird mit einer Gewindespindel seitlich verschoben. Anschläge bewirken ein Umschalten der Legerichtung an den Enden des Wickelraumes. Unterschiedliche Drahtstärken erfordern aber unterschiedliche Umdrehungszahlen der Spindel, da ja der Schlitten mit dem Drahtleger pro Windung unterschiedlich weit verstellt werden muß. Meist wird dies durch ein schalt- oder umbaubares Getriebe bewerkstelligt, ähnlich der Gewinderschneidvorrichtung an Drehmaschinen. Das ist aber für mich bei meiner Selbstbaumaschine mechanisch nicht realisierbar. Also habe ich mir überlegt, die unterschiedlichen Schrittweiten des Schlittens elektronisch zu erzeugen. Basierend auf der CNC- Technik habe ich mich für einen Steppermotor entschieden, der den Antrieb der Gewindespindel übernimmt.
So ein Schrittmotor hat oft einen Schrittwinkel von drei Grad, braucht also für eine Umdrehung 120 Impulse. Wenn z.B. die verwendete Spindel eine Steigung von 1,5mm pro Umdrehung hat, bewirkt ein Impuls eine Seitenverschiebung von 0,0125mm, also 1,25 Hundertstel Millimeter. Das ist eine ausreichend feine Rasterung, in die die meisten Wickeldrähte reinpassen sollten.

   

Die Gesamtschaltung besteht eigentlich aus zwei verschiedenen Teilen. Einmal der schon beschriebenen Vorschubsteuerung für das Legen des Wickeldrahtes. Zum anderen findet auf der Leiterplatte auch noch der Windungszähler Platz, den ich mit einem 4- Dekaden- CMOS- IC aufgebaut habe. 4 Dekaden ergeben zwar nur 9999 Windungen, aber dann kann man ja über die "0" weiterzählen lassen. Die 10000 Windungen, die schon gewickelt wurden, muß man sich eben merken.

Die unterschiedliche Schrittweite des Legevorschubes wird folgendermaßen realisiert.
- Bei jeder Umdrehung der Wickelspindel wird mit einem Hall- Sensor ein Impuls erzeugt, der einerseits zum Zählen der Windungen wird, zum anderen der einen Rückwärtszähler auf einen Code setzt, der, dem Drahtdurchmesser entsprechend, vorher mit zwei Codierdrehschaltern eingestellt wurde.
- Der Rückwärtszähler wird gestartet und zählt die Step- Impulse des Schrittmotors, bis er auf "0" geht, sich dadurch selbst blockiert und auf den Umdrehungsimpuls der nächsten Windung wartet. Die Frequenz der Schrittimpulse beträgt etwa 400Hz. Das ist die Frequenz, bei der der Schrittmotor noch sicher mitkommt.
- Am Ende des Wickelraumes bewirkt ein Hallsensor, daß die Legerichtung umgesteuert wird und die nächste Lage gewickelt werden kann.

Hier die zweilagig entworfene Leiterplatte:

   

Der automatische Legevorschub kann ausgeschaltet werden. Es besteht die Möglichkeit, über einen Taster Impulse zur Feinjustierung der Anschläge auszulösen. Ebenso kann durch einen Taster die Legerichtung R - L und L - R getauscht werden.

Wenn ich dazu komme, werde ich am kommendem Wochenende die zweilagige Leiterplatte ätzen, bestücken und in Betrieb nehmen. Wenn die funktioniert, mache ich mich an die Mechanik ran.

[Dietmar]

Boh ehhj, was für ein Projekt. Dan bleibt mir wieder die Spucke weg, an was du dich so alles machst, da sieht man den Fachmann durch und durch. Ich bin mal gespannt Wolfram und drücke die Daumen das es alles so funktioniert.
Beim Lesen habe ich verstanden was du da Bauen willst, aber wenn ich die Schaltung sehe.......nur Bahnhof. Aber du weißt wie die Elektronische Teile "Ticken", da denke ich du hast reichlichst Überlegt. Hallschalter?? Noch nie gehört!

[scotty †]

Dietmar,
Hallsensoren sind kleine, meist 3- beinige IC's, die durch einen Magneten zum Schalten angeregt werden können. Sie eignen sich vorzüglich als Endschalter oder sonstige kontaktlose Schalter. Fast so, wie eine Gabellichtschranke. Der Vorteil von Hallsensoren ist, daß sie eben nicht durch Fremdlicht oder Verschmutzung gestört werden können. Zu DDR- Zeiten gab es sogar Tastaturen, die über solche Hallsensoren verfügten.

[Morningstar]

Ja diese Dinger kenne ich gut, müsste ich auch noch irgendwo rumliegen haben. Na da bin ich mal gespannt wie deine Wickelmaschine dann fertig ist. ja würde mich auch reizen, jedoch wann brauche ich diese mal. Derzeit wickle ich ja händisch mit Wickelmotor.

[Dietmar]

Danke Wolfram, wieder was gelernt.

[scotty †]

Als Letztes für heute. Als Ansteuerung für den Schrittmotor, einem 1,8° Stepper der Fa. Crouzet, nehme ich einen Bausatz "RN Stepp297 von www.robotikhardware.de". Der Preis dafür ist auch durch eine Selbstentwicklung der Platine nicht zu unterbieten, also habe ich einen Bausatz eingekauft und zusammengelötet. Hier ein Foto vom Motor und der Steuerplatine.

   

Herzstücke dieser Stepper- Controller- Baugruppe sind das Motor- Controller- IC L297 und das vierfach Treiber IC L298, beide von ST- electronics.
Die Platine schraube ich auf die Maschinengrundplatte. Abgedeckt wird sie dann durch eine Haube aus 0,8mm dickem Alu- Blech. Einen ausreichenden Kühlkörper spendiere ich dem Leistungs- IC natürlich auch noch!
Diese Platine wird mit den drei Signalen "Clock, Inhibit und Direction" meiner Leiterplatte angesteuert. Außer diesen Signalen werden für den Betrieb nur noch die Motorspannung von 24V und 5V für die Elektronik gebraucht.

[Helmut]

Hallo Wolfram

Wäre für das Projekt nicht ein Arduino brauchbar. ?

[scotty †]

Helmut,
jetzt hast Du mich bei einer meiner Schwächen erwischt. Ich arbeite nicht gern mit solchen Controllern, weil ich einfach zu wenig Ahnung vom Programmieren habe und niemanden kenne, der das für mich machen würde oder könnte.
Erschwerend kommt noch hinzu, daß ich fürchterlich gerne Hardwarelogikschaltungen mitsamt der Leiterplatten entwickle und in meinem Lager etliche hundert IC's der CMOS (4000er und Hi Speed) sowie LSTTL- Baureihen schlummern, die auch mal was zu tun kriegen sollen, damit sie sich nicht langweilen!
Bei fester Logik kann wenigstens nie ein Bit in die falsche Ecke rennen, auch nicht, wenn durch einen elektromagnetischen Impuls (Blitz, o.ä.) ein hoher Störimpuls in der Luft liegt. Da müßten die IC's schon gegrillt werden, um ihre gewünschte Funktion zu verlieren!

Übrigens, Schaltungsentwicklung und Leiterplattenentwurf haben etwa 16 Arbeitsstunden gedauert, so schnell hätte ich mich ins Arduino- Milieu nicht einfuchsen können!

[Morningstar]

Jo TTL ist Geil gefällt mir auch, entweder oder einfach Logisch.
Damit habe ich jedenfalls angefangen.

[Wilhelm †]

Hallo Wolfram

Wäre für das Projekt nicht ein Arduino brauchbar. ?

Hallo Helmut,

dafür würde auch ein Arduino einsetzbar sein. Es gibt dafür auch verschiedene
Motor-shields und fertige sketches. Aber wie Wolfram bereits sagte, der Eine mag
diese Technik, der Andere diese, und beide Techniken führen zum Ziel. Ich
bin gespannt und freue mich auf Wolframs TTL-Lösung. Unabhängig davon
wäre es auch einmal interessant, wenn jemand aus dem Forum über eine Anwendung
berichten würde, die mit einem Controller gesteuert wird.

Gruß
Wilhelm

[scotty †]

So,
das Wochenende war bei mir sehr "mechanisch" angehaucht. Ich habe nicht die Platine, sondern die Mechanik gebaut. Als Material für die Seitenteile der Baugruppe habe ich 8mm starkes Aluminiummaterial verwendet, das ich mir in der Bucht gekauft habe. Die untere Verbindung erfolgte mit 20x20x3mm Alu- Winkelmaterial. Oben halten 3 Achsen aus Silberstahl, eine mit 8mm Durchmesser für den Verschiebeschlitten, sowie zwei weitere aus 6mm- Material für die Führung der Seitenanschläge, die Seitenteile zusammen. Hier die Ansicht mit Motor und Spindel, aber noch ohne Verschiebeschlitten, den muß ich erst noch ausfräsen.

   

Als Spindel habe ich doch eine etwas dünnere Ausführung als die zuerst favorisierte 12mm Spindel genommen. Es ist nun eine gewalzte Trapezgewindespindel mit 8mm Durchmesser bei einer Steigung von 1,5mm pro Umdrehung. Damit ergibt sich bei 200 Schritten für eine Umdrehung des Motors ein kleinster Verschiebeweg von 7,5 tausendstel Millimetern. Der Vorwahlzähler für die Drahtstärkenprogrammierung hat einen Zählumfang von 256. Damit könnte ich, wenigstens theoretisch, Drähte von 0,0075mm bis 1,92mm Durchmesser schön nebeneinander legen. Aber praktisch wird für meine Projekte der Wickeldrahtdurchmesser zwischen 0,06 und 1,2mm liegen. Der dünnste für Primärwicklungen auf AÜ's, der dickste für Heizwicklungen bis 2,5A.
Ein Bild von der linken Seite mit dem linken Spindellager.

   

Die Silberstahlachsen habe ich mit axialen Gewindebohrungen versehen und mit M3, bzw. M4 Inbus- Schrauben montiert. Rechts sitzt der Schrittmotor, ca. 18mm außerhalb des Gehäuses verschoben, damit die volle Verschiebebreite von 125mm nicht durch die Flexkupplung zwischen Spindel und Motor eingeengt wird.

   

Hier seht Ihr die angeflanschte Spindel mit Kupplung und Spindelmutter aus Rotguß RG7.

   

Die Spindel führt hinten den Schlitten. Vorn wird das durch die 8mm Silberstahlachse erledigt. Zur leichteren und präzisen Führung kommt da ein 8mm Kugelumlaufaxiallager dazwischen. Das ist aber noch auf dem Postweg.

Als nächstes werde ich in der nächsten Woche die beiden Halter für die Magnet- Hall- Schalter und den Verschiebeschlitten bauen und letzteren auch montieren, wenn das Axiallager eintrudelt.

[Dietmar]

Ich kann leider nur Staunen Wolfram, weiter so.....

[Franz]

Tolle Arbeit Wolfram, Gratuliere ! Hast Du die Trapezgewinde- Stange und die Mutter selbst gefertigt ? Hieran würde ich wahrscheinlich mangels entspr. Stähle scheitern.
Gruß Franz

[Morningstar]

Das sieht ja schon gut aus. Werde es mal mit Interesse weiter verfolgen.
Mechanische Feinarbeiten sind ja auch mein Hobby.

[Radionar]

Ich komme aus dem Staunen nicht raus.

Das sieht ja Perfekt aus. Ich bin gespannt auf das Endergebnis.

[scotty †]

Da ich noch ein wenig Lust auf Fräsen und Bohren hatte, waren am Nachmittag die Sensorträger für die Wickelanschläge dran.

   

Falls es jemandem auffällt, ich habe diese beiden Teile aus den abgeschnittenen Schrägen der Seitenelemente gefertigt. In die oben eingefrästen 4mm breiten Nuten wird jeweils ein Sensor eingeklebt. Die sehen in etwa so aus wie Kleinleistungstransis vom Typ SC237 (DDR) ähnlich einem TO92- Gehäuse. Die drei Drähte werden dann weiter hinten in der Nut an ein dünnes Kabel angelötet, das nach unten durch die ansatzweise sichtbare Bohrung über eine 3,5mm Stereoklinke zur Steuerung führt.

Ich mache in der kommenden Woche weiter. Ach so, zur Frage nach der Spindel (Meter- bzw. cm- Ware). Die habe ich natürlich zusammen mit der Spindelmutter als Pärchen fertig und vor allem für wenig Geld in der Bucht gekauft (Metallbau Pietrzak). Warum das Fahrrad neu erfinden?

[Wilhelm †]

saubere mechanische Arbeit! Auch ich freue mich auf die Folgen.

Gruß
Wilhelm

[scotty †]

Heute habe ich mit der Mechanik weiter gemacht und den Legeschlitten gefräst. Es ist erst mal das Unterteil. Der Arm mit den Legerollen kommt demnächst dran. Die Bearbeitung des Schlittens hat heute ca. 5 Stunden gedauert.

   

   

Das Rohmaterial war ein Alu- Flachmaterial von 30x35x110mm, das ich wie immer in der Bucht als Meterware relativ günstig eingekauft habe. Mein Neffe (Metallbaumeister) hat mir den Klotz auf der Metallbandsäge grob zugeschnitten, der Fein- Zuschnitt auf die gewünschten Maße 25x32x108mm dann auf meiner Fräse. Zwei Durchgangsbohrungen, einmal 15mm für das Axiallager und 22mm für die Spindelmutter habe ich erst mit normalen Spiralbohrern vorgebohrt und dann mit einem Innenausdrehkopf und den entsprechenden Bohrstangen auf der Fräse ausgedreht. Zum Fixieren der beiden Teile im Schlitten wurden die Aufnahmebohrungen seitlich geschlitzt und jeweils eine Bohrung für eine Spannschraube, M4 Inbus, eingebracht.
An der Seite habe ich den Klotz um 5mm auf 70mm Länge abgefräst. Da kommt die Aufnahme für den Legearm und die beiden Drahtführungsrollen dran.
So, jetzt ist erst mal ne ordentliche Tasse Kaffee dran.

[Wilhelm †]

hallo Wolfram,

welche Fräsmaschine nutzt Du?

Gruß
Wilhelm

[scotty †]

Hallo Wilhelm,
ich habe mir vor einigen Jahren eine Fräse "Optimum BF 20 plus" und eine Drehmaschine "Bernardo Profi 300 V" zugelegt. Nach einigen Justiermaßnahmen, wie exaktem Einstellen der Keilleisten, Wechseln der Getriebeschwinge zum Gewindeschneiden an der Drehmaschine und Nachstellen der Wellenlager, sind die relativ preiswerten Maschinen recht brauchbar.