Wie funktioniert eine Wickelmaschine?

Der Prozess beginnt mit zwei riesigen Rollen, die auf den Abwickeleinheiten der Maschine montiert sind. Einer hält die leitfähige Folie, der andere das Zwischenisolationspapier. Diese Materialien werden nicht einfach auf die Wickelform gezogen. Der Schlüssel zu einer mechanisch stabilen und elektrisch einwandfreien Spule ist eine konstante, präzise Spannung. Wenn die Spannung auf der Folie zu hoch ist, dehnt sich das Kupfer und seine Querschnittsfläche verringert sich punktuell, wodurch eine Schwachstelle entsteht. Wenn die Spannung zu niedrig ist, wird die fertige Spule locker. Eine lockere Spule kann vibrieren, wenn der Transformator mit Strom versorgt wird, und schließlich die Isolierung beschädigen. Die Maschine verwendet ein Spannungskontrollsystem mit geschlossenem Regelkreis, häufig mit Servomotoren und Kraftmessdosen, um die Zugkraft in Echtzeit zu überwachen und anzupassen. Dieses System gleicht den sich ändernden Durchmesser der Vorratsrolle beim Abwickeln aus und sorgt so dafür, dass die lineare Spannung des Materials von Anfang bis Ende vollkommen konstant bleibt.

Frisch von einer Spule abgewickelt, weist die Folie eine natürliche „Memory“-Krümmung auf, und ihre Kanten, die von einer breiteren Mutterrolle geschnitten wurden, sind mit mikroskopisch kleinen, aber messerscharfen Graten bedeckt. Die Folie durchläuft nun eine Richteinheit. Dies besteht aus einer Reihe versetzt angeordneter Walzen, die die Folie sanft in die entgegengesetzte Richtung biegen, wodurch die Krümmung beseitigt und sie vollkommen flach wird. Unmittelbar danach gelangen die Kanten der Folie in eine Entgratungseinheit. Dieses System verwendet oszillierende Schleifblöcke oder Präzisionswalzen, um die Ober- und Unterkante der Folie zu glätten und die Grate abzubrechen, ohne dass neue scharfe Kanten entstehen. Diese Phase ist die primäre Verteidigung gegen Isolationsfehler. Selbst ein für das bloße Auge unsichtbarer Grat kann einen Spannungspunkt mit hoher Spannung erzeugen, der schließlich zu einem Kurzschluss führt.

Dieser Schritt unterscheidet eine Folienwickelmaschine von einem einfachen Aufwickler. Die Spule benötigt Hochleistungsklemmen zum Anschluss an die Sammelschienen des Transformators. Gleich zu Beginn des Wickelvorgangs platziert der Bediener eine Kupfer-Ausführungsschiene auf der Form. Die Maschine legt die erste Isolationsschicht und dann die erste Folienwindung auf. Anschließend pausiert die Maschine und mit einem integrierten WIG-Schweißbrenner (Wolfram-Inertgas) oder einem Kaltpress-Schweißkopf wird dieser Stab direkt mit der Folie verschweißt. Diese Schweißnaht muss vollkommen flach und glatt sein. Eventuelle Unebenheiten, scharfe Kanten oder Schweißspritzer müssen bündig abgefeilt werden. Wenn dies nicht perfekt gemacht wird, kann eine scharfe Stelle die mehreren Isolationsschichten, die darüber gewickelt werden, durchstoßen.

Jetzt beginnt die Hauptwicklung. Die von einem drehmomentstarken Servomotor angetriebene Spindel dreht die Form. Die Folie und das Isolierpapier werden gleichzeitig der Form zugeführt, geführt von einem Ausrichtungssystem, das dafür sorgt, dass die Kanten der Folie perfekt zentriert sind und die Isolierung etwas breiter ist, was einen sicheren elektrischen Spielraum bietet. Das ist ein synchroner Tanz: eine Schicht Papier, dann eine Schicht Folie, dann noch eine Schicht Papier. Die SPS berechnet kontinuierlich den Aufbaudurchmesser und passt die Rotationsgeschwindigkeit an, um eine konstante lineare Wickelgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Am Ende des Foliendurchlaufs stoppt die Maschine erneut für die abschließende Endschweißung, bei der der Bediener die End-Ausführungsschiene an der äußersten Folienschicht anbringt.

Wenn die letzte Schweißnaht abgeschlossen ist, löst die SPS die Schereinheit aus. Eine leistungsstarke Guillotine-Klinge schneidet die Folie sauber und eine weitere Klinge schneidet das Papier. Die fertige Spule, nun ein massives, monolithisches Quadrat oder Rechteck, kann entnommen werden. Je nach Automatisierungsgrad der Maschine entfernt ein hydraulischer Abzieher oder ein Kranarm das schwere Coil vom Dorn.