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Aufwickelvorrichtung mit Hauptschlussmotor
Zum Aufwickeln von band-oder strangförmigem Gut werden oft Hauptschlussmotoren verwendet.
Erfolgt das Aufwickeln, wie dies meist der Fall ist, von der Achse her derart, dass der Wickeldurchmesser während des Aufwickelns erheblich zunimmt, so ist, wenn Zugkraft und Materialgeschwindigkeit wenigstens annähernd konstant bleiben sollen, ein hyperbolischer Zusammenhang zwischen Drehzahl und Drehi moment erforderlich. Beim Antrieb der Aufwickelvorrichtung durch einen Hauptschlussmotor kann ein solcher hyperbolischer Zusammenhang durch Drosseln und/oder Widerstände in der Zuleitung zum Motor und/oder parallel zur Feldwicklung erzielt werden. Es sind zahlreiche derartige Anordnungen bekannt, die sich in der Praxis mehr oder weniger gut bewährt haben.
So sind beispielsweise Aufwickelvorrichtungen bekannt, bei denen der Motor, dessen Feld im wesentlichen durch eine Nebenschlusswicklung erzeugt wird. mittels einer Regelschaltung in der Drehzahl so ge- regelt wird, dass sich das aufzuwickelnde Material mit konstanter Geschwindigkeit bewegt. Derartige An- ordnungen sind sehr kompliziert und deshalb teuer und störanfällig und beanspruchen einen erheblichen
Raum. Darüber hinaus sind sie nicht zu gebrauchen, wenn das Material konstant mit erzwungener Ge- schwindigkeit aus einer Produktionsmaschine angeliefert wird, wie es meistens in der Praxis zutrifft. Es ist ferner bekannt, einen Hauptschlussmotor über Gleichrichter in Abhängigkeit von einem Tänzer so zu regeln, dass die Zugkraft etwa konstant bleibt. Die Anwendung eines Tänzers ist aber in den meisten
Fällen unerwünscht.
Ausserdem benötigt man einen Regelkreis mit den bekannten Nachteilen, nämlich
Aufwand und Anfälligkeit für Schwingungen. Die Verwendung von Drosseln in der Zuleitung hat sich wegen der Einfachheit der Anordnung, bei der ein Regelkreis nicht erforderlich ist, und auf Grund der dar- auf beruhenden grossen Betriebssicherheit sehr gut bewährt. Ein Nachteil dieser bekannten Anordnungen liegt jedoch im Gewicht und in der Grösse der Drosseln, da dadurch der Einbau in Maschinen erschwert wird.
Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, die Leistung eines Hauptschlussmotors, der zum Antrieb einer Aufwickelvorrichtung dient und über einen steuerbaren Gleichrichter gespeist wird, im wesentlichen konstant zu halten ohne Verwendung eines Regelkreises, wodurch es gelingt, mit einfachen Mitteln eine praktisch konstante Zugkraft über den ganzen Wickeldurchmesser zu erreichen, wenn die Material- geschwindigkeit durch die vorgelagerte Produktionsmaschine bestimmt ist.
Dabei wird die Leistung durch
Beeinflussung der Speisespannung mittels des steuerbaren Gleichrichters im wesentlichen konstant ge- halten, indem erfindungsgemäss der Motorstrom in den Steuerkreis des steuerbaren Gleichrichters über einen Widerstand in solchem Sinne eingreift, dass die Steuerspannung, die proportional der Materialge- schwindigkeit und der gewünschten Zugkraft gehalten wird, auch mindestens annähernd umgekehrt proportional dem Motorstrom wird. Als steuerbarer Gleichrichter kann dabei insbesondere ein Gleich- richter aus Silizium verwendet werden. Auf diese Weise wird eine sehr einfache und daher betriebssichere
Anordnung erhalten, die wenig Raum beansprucht.
Die Bedingung, dass die Steuerspannung der Materialgeschwindigkeit und der eingestellten Zugkraft proportional sein soll, kann in einfacher Weise dadurch erfüllt werden, dass in Abhängigkeit von der
Materialgeschwindigkeit, beispielsweise durch einen vom aufzuwickelnden Material angetriebenen Tacho
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eine Spannung erzeugt und von dieser Spannung an einem Potentiometer ein der Zugkraft proportionaler
Teil abgegriffen wird. Um die Steuerspannung nun auch so zu beeinflussen, dass sie sich umgekehrt proportional dem Motorstrom ändert, liegt im Steuerkreis ein Widerstand, an dessen Enden ein vom Motor- strom abhängiger Spannungsabfall herrscht. Nimmt der Motorstrom zu, so beeinflusst er den Spannungs- abfall amen Widerstand in solchem Sinne, dass die Steuerspannung sinkt.
Auf diese Weise wird ohne Ver- wendung eines Regelkreises erreicht, dass die Leistungszufuhr zum Motor mindestens annähernd konstant bleibt. Wenn die elektrische Leistung bei gleichbleibender Materialgeschwindigkeit unverändert bleibt, so bleibt auch das Produkt aus Drehzahl und Drehmoment unverändert, d. h. die Zugkraft bleibt, wie ge- fordert, unabhängig vom zunehmenden Wickeldurchmesser konstant.
Als Widerstand kann eine vom Motorstrom beeinflusste Induktivität, ein Halbleiter mit nichtlinearer
Charakteristik oder bei geringeren Anforderungen an die Genauigkeit auch ein ohmscher Widerstand ver- wendet werden. In jedem Fall wird eine vom Motorstrom abhängige Spannung erzeugt, die so in den Steuer- kreis eingreift, dass die Steuerspannung mehr oder weniger genau dem Motorstrom umgekehrt proportional wird, u. zw. ohne Verwendung eines Regelkreises.
Ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung gemäss der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dar- gestellt.
Der die Wickelvorrichtung antreibende Gleichstromhauptschlussmotor 1 wird aus dem Wechselstromnetz
2 über einen steuerbaren Halbleitergleichrichter 3 gespeist. Eine einem Gleichrichter 4 entnommene
Gleichspannung steuert in an sich bekannter Weise mit Hilfe einer fest eingestellten Phasenbrücke 5 und über eine feste Vorspannung 6 die Steuerelektrode des Halbleitergleichrichters 3. Statt eines Halbleitergleich- richters kann selbstverständlich auch ein anderer steuerbarer Gleichrichter, z. B. ein Röhrengleichrichter verwendet werden. DerWechselspannungseingang des Gleichrichters 4 liegt an den beiden Klemmen einer
Induktivität 7.
Diese Induktivität 7 liegt in Serie mit einer weiteren, grösseren Induktivität 8 am Abgriff eines Potentiometers 9, das seinerseits wieder vom Tacho 10 gespeist wird, der durch die aufzuwickelnde
Materialbahn angetrieben wird. Auf Grund des Antriebes des Tachos durch die Materialbahn liefert dieser eine der Materialgeschwindigkeit proportionale Spannung. Die Skala des Potentiometers 9 ist zweckmässig in Zugkraft geeicht, die abgegriffene Spannung ist also proportional der Materialgeschwindigkeit und der
Zugkraft. Ein durch diese Spannung erzeugter Strom fliesst über die Induktivitäten 7 und 8.
Die Induktivität
7 wird über eine getrennte Wicklung vom Motorstrom durchflossen und durch diesen vorgesättigt, d. h. der Wert der Induktivität 7 ist bei kleinem Motorstrom gross, bei grossem Motorstrom dagegen klein. Eine
Sättigungskennlinie des Kernes der Induktivität 7, durch die eine solche Auswirkung der Vorsättigung auf die Induktivität sichergestellt wird, kann mit bekannten Mitteln erreicht werden.
Vorausgesetzt, dass die Induktivität 8 gross gegen die Induktivität 7 ist, ist der Spannungsabfall an der
Induktivität 7 einerseits proportional dem Produkt aus Materialgeschwindigkeit und. Zugkraft und anderseits
EMI2.1
EMI2.2
EMI2.3
EMI2.4
EMI2.5
mechanischen Leistung. Bemerkenswert ist, dass bei der Anordnung nach der Erfindung die Steuerung ohne den bei bekannten Anordnungen notwendigen Sollwert-Istwert-Vergleich und damit auch ohne Regelverstärker, Schwingungsprobleme usw. erzielt wird.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung kann in ihren Einzelteilen Abwandlungen erfahren. So ist z. B. auch ein mehrphasiger Betrieb von Gleich- oder Wechselstrommotoren möglich. An Stelle der Phasenbrücke kann auch eine andere in der Stromrichtertechnik bekannte Anordnung verwendet werden, die es ermöglicht, eine einer Gleichspannung im Gitterkreis proportionale mittlere Gleichspannung am Ausgang zu erhalten. Solche bekannte Anordnungen sind z. B. Magnetverstärker, Transistorkombinationen usw.
Auch statt des Tachos 10 kann eine andere Vorrichtung benutzt werden, die eine derMaterialgeschwindig- keit proportionale oder annähernd proportionale Spannung liefert. Es ist auch zu beachten, dass die Motorspannung U und damit auch die Steuerspannung u nicht streng proportional dem Produkt aus Materialgeschwindigkeit und Zugkraft und umgekehrt proportional dem Motorstrom sein müssen, sondern gewisse Abweichungen nicht nur zulässig, sondern unter Umständen sogar wünschenswert sind. Je nach der Art des aufzuwickelnden Materials wird manchmal gewünscht, dass die Zugkraft bei zunehmendem Wickeldurch-
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messer etwas zu-oder etwas abnimmt. Auch solche Abweichungen lassen sich durch die Wahl der Charakteristik des gesteuerten Gleichrichters oder durch die Auslegung der übrigen Teile, z.
B. der Induktivität 7 oder durch veränderbare Widerstände erreichen, so dass in jedem Fall die jeweils gewünschte Beziehung zwischen Wickeldurchmesser und Zugkraft erreichbar ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Aufwickelvorrichtung mit Hauptschlussmotor, dessen Leistung durch Beeinflussung der Speisespannung mittels eines steuerbaren Gleichrichters im wesentlichen konstant gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorstrom in den Steuerkreis des steuerbaren Gleichrichters über einen Widerstand in einem solchen Sinne eingreift, dass die Steuerspannung, die proportional der Materialgeschwindigkeit und der gewünschten Zugkraft gehalten wird, auch mindestens annähernd umgekehrt proportional dem Motorstrom wird.