Einrichtung zur zugkraftabhängigen Regelung von Wickelantrieben, insbesondere Spulapparaten, mit Hilfe einer Tänzerrolle
Bei der Herstellung dünner Drähte besteht das Problem, den von der Drahtziehmaschine erzeugten Draht von einem besonderen Spulapparat mit definierter Zugkraft oder Geschwindigkeit aufzuwickeln.
Die Drahtgeschwindigkeiten können hierbei zwischen 10 und 30 m/Sek. liegen. Als Führungsgrösse für die Regelung des Antriebs des Spulapparates kann die Zugspannung im Draht verwendet werden. Da die zulässige Zugspannung im Draht kleiner als 10 Gramm werden kann, muss die zusätzliche Belastung des Drahtes durch das Messglied im Verhältnis zur zulässigen Zugspannung klein bleiben.
Dieses Antriebsproblem wird gemäss der Erfindung mit Hilfe einer Tänzerrolle dadurch gelöst, dass in an sich bekannter Weise mit Hilfe eines induktiven Gebers die Auslenkung der Tänzerrolle in eine der Auslenkung proportionale Messgrösse umgewandelt wird, die mit Hilfe eines Nachlaufmotors ein Stellglied zur Veränderung der Drehzahl des Antriebsmotors beeinflusst. Damit wird eine einfache integrierende Regelung möglich, die leicht in bestimmten Grenzen an die vorliegenden Verhältnisse angepasst werden kann. Die zusätzliche Belastung des Drahtes kann durch entsprechende Anordnung der mechanischen Übertragungsglieder kleiner als 1 Gramm gemacht werden.
Vorzugsweise wird zur Anpassung der elektrischen Werte ein Anpassglied zwischen Induktivgeber und Nachlaufmotor eingeschaltet. Das Anpassglied kann beispielsweise ein Widerstand, Transformator sowie ein elektronischer oder magnetischer Verstärker sein.
Als Nachlaufmotor ist besonders ein Einphasenmotor geeignet, wobei eine Phase über einen Kondensator an das Netz angeschlossen ist, während die andere Phase von dem Induktivgeber über das Anpassglied gespeist wird. Ferner kann zur Unterdrückung von Pendelungen eine Rückführung an die Sekundärwicklung des Induktivgebers angeschlossen sein.
Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der mehrere Ausführungsbeispiele wiedergebene Zeichnungen; es zeigen:
Fig. 1 eine prinzipielle Anordnung der Regeleinrichtung gemäss der Erfindung;
Fig. 2 die Rückführeinrichtung und
Fig. 3 die Ergänzung der Einrichtung für proportionale Regelaufgaben.
Der von einer Drahtziehmaschine erzeugte Draht 1 soll mit konstanter Drahtgeschwindigkeit bzw. mit konstantem Drahtzug auf eine Spule 2 aufgewickelt werden. Wie eingangs erwähnt, können die Drahtgeschwindigkeiten zwischen 10 und 30 m/Sek. liegen.
Die Zugspannung im Draht wird mit einer gewichtsbelasteten Tänzerrolle 3 eingestellt. Zu diesem Zwecke ist eine feste Rolle 4 vorgesehen, über die der ankommende Draht in der gezeigten Pfeilrichtung geschlungen ist. Die Spule 2 wird von einem Gleichstrommotor 5 angetrieben, dessen Drehzahl mit Hilfe eines Stellgliedes 6 beeinflusst wird, welches in Fig. 1 als Potentiometer dargestellt ist. Die Beeinflussung der Drehzahl des Motors 5 kann in an sich bekannter Weise im Feld- und/oder im Ankerkreis erfolgen.
Die Tänzerrolle ist z. B. an einem Hebelarm 7 befestigt. Die Winkelabweichungen dieses Hebelarmes werden zur Messung der Zugspannungs- beziehungs- weise Geschwindigkeitsänderung herangezogen. Wird der Draht auf eine Spule aufgewickelt, so steigt bekanntlich seine Geschwindigkeit mit wachsendem Durchmesser des Wickels. Der Durchhang wird damit verkürzt und der Hebelarm der Tänzerrolle nach oben ausgelenkt. Mit dem Hebelarm der Tänzerrolle ist ein sogenannter Induktivgeber 8 verbunden. Der Induktivgeber ist als Drehtransformator ausgebildet, dessen eine Wicklung 9 von einer Wechselspannungsquelle 10 erregt wird. Die andere Wicklung 11 wird von dem Hebelarm 7 verstellt. In der gezeichneten Mittelstellung des Induktivgebers ist die in der Sekundärwicklung 11 induzierte Spannung Null.
Wird er aus seiner Mittelstellung ausgelenkt, so entsteht in der Sekundärwicklung eine Spannung, die bis etwa 40 Grad annähernd proportional der Winkelstellung ist.
Bei dem Durchlaufen der Mittelstellung wird die Phasenlage in der Sekundärwicklung 11 umgekehrt.
An die Sekundärwicklung 11 des Induktivgebers wird über ein Anpassungsglied 12 ein Nachlaufmotor 13 angeschlossen. Als Anpassungsglied kann je nach den vorliegenden Verhältnissen ein Widerstand, ein Transformator oder ein Verstärker verwendet werden.
Als Nachlaufmotor wird vorzugsweise ein kleiner Asynchronmotor verwendet, der über ein Getriebe o. dgl. auf das Drehzahlsteilgiied 6, beispielsweise auf den Abgriff 6' des Widerstandes 6 einwirkt. Der Nachlaufmotor r 13 hat eine Erregerwicklung 14, die über einen Kondensator 15 an die Wechselspannungsquelle 10 angeschlossen ist, und eine Steuerwicklung 16. Die Drehzahl und Drehrichtung des Einphasenmotors 13 sind bei konstanter Belastung abhängig von der Phasenlage und Grösse des in der Steuerwicklung fliessenden Stromes. Dadurch. dass die Steuerwicklung des Nachlaufmotors mit der Sekundärwicklung 11 des Induktivgebers verbunden ist, ist seine Drehzahl und Drehrichtung abhängig von der Winkelstellung des Induktivgebers.
Das zur Auslenkung des Induktivgebers erforderliche Drehmoment ist abhängig von der Impedanz der an die Sekundärwicklung angeschlossenen Last.
Die in Fig. 1 dargestellte Regelanordnung ermöglicht eine rein integrierende Regelung. Steigt die Drahtgeschwindigkeit infolge der zunehmenden Füllung der Spule, so wird der Durchhang verkürzt und damit der Induktivgeber aus seiner Mittellage ausgelenkt. Dadurch läuft der Nachlaufmotor 13 an und beeinflusst über das Stellglied 6 die Drehzahl des Antriebsmotors 5 der Spule 2 so, dass die Änderung des Durchhangs zum Stillstand kommt. Damit wäre an und für sich die richtige Drehzahl des Antriebsmotors erreicht. Da aber dann der Induktivgeber noch nicht in seine Mittellage zurückgekehrt ist, wird das Potentiometer 6 weiter verstellt. Es tritt also ein Überschwingen ein, dem die sich weitervollziehende Füllung der Spule entgegenwirkt.
Diese Pendelungen sind soweit zulässig, als die mechanisch gegebenen Grenzen nicht überschritten werden und der Antrieb nicht zu weiteren Pendelungen angeregt wird.
Die Änderungsgeschwindigkeit des Wickeldurchmessers ist durch die Drahtgeschwindigkeit, den Drahtdurchmesser und die Abmessungen der Spule bestimmt. Die Änderungsgeschwindigkeit des Durchhanges lässt sich dagegen durch die Wahl einer entsprechenden Zahl von Umschlingungen von Festrolle 4 und Tänzerrolle 3 beeinflussen. Gleichzeitig wird mit der Erhöhung der Zahl der Umschlingungen auch die zusätzliche Belastung des Drahtes durch das Messglied entsprechend kleiner. Weiterhin ist das Übersetzungsverhältnis zwischen der Auslenkung der Tänzerrolle und der Auslenkung des Messgliedes frei wählbar.
Das Übersetzungsverhältnis zwischen Nachlaufmotor und Stellglied ist ebenfalls frei wählbar, wobei die Festlegung des Übersetzungsverhältnis zwischen Nachlaufmotor und Stellglied ist ebenfalls frei wählbar, wobei die Festlegung des Übersetzungsverhältnisses dadurch erleichtert wird, dass die Drehzahl des Nachlaufmotors von der Spannung der Steuerwicklung 16, d. h. vom Auslenkwinkel des Messgliedes abhängig ist.
Durch entsprechende Anpassung der variablen Grössen aneinander innerhalb der mechanisch gegebenen Grössen können Pendelungen der Tänzerrolle im allgemeinen auf das zulässige Mass begrenzt werden. Im optimalen Falle wird sich ein konstanter Auslenkwinkel des Induktivgebers einstellen, der eine so grosse Verstellgeschwindigkeit des Potentiometers 6 zur Folge hat, dass die hierdurch verursachte Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahl des Antriebsmotors der Änderungsgeschwindigkeit des Wickeldurchmessers entspricht.
Die Auswirkung von Pendelungen geringer Frequenz und Amplidude können durch Festlegung eines gewissen Totwinkeis des Induktivgebers neutralisiert werden. Der Totwinkel kann beispielsweise durch Änderung der Anpassung der Steuerwicklung des Nachlaufmotors an die Sekundärwicklung des Induktivgebers eingestellt werden.
Lässt sich die Änderungsgeschwindigkeit des Durchhanges nicht im erforderlichen Masse anpassen, so kann zusätzlich eine Rückführung an die Sekundärwicklung des Induktivgebers angeschlossen werden. In Fig. 2 ist ein entsprechendes Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 versehen sind. Die Rückführung ist allgemein mit 17 bezeichnet. Über einen Gleichrichter 18 und einen Vorwiderstand 19 ist ein Relais 20 angeschlossen, dessen Wicklung ein Kondensator 21 parallelgeschaltet ist. Der Kontakt 22 des Relais 20 liegt in der Zuleitung des Induktivgebers 8 zum Anpassungsglied 12. Erhält diese Anordnung bei geschlossenem Schaltkontakt 22 Spannung, so lädt sich der Kondensator 21 über den Widerstand 19 auf. Ist die Anzugsspannung des Relais 20 erreicht, so schaltet sein Kontakt 22 die Rückführung und den Nachlaufmotor ab.
Der Kondensator 21 entlädt sich nunmehr über die Wicklung des Relais. Nach einer gewissen Zeit wird die Abfallspannung des Relais 20 unterschritten, so dass dieses abfällt und die Rückführung 17 und den Nachlaufmotor wieder anschaltet.
Die Anzugsverzögerung des Relais 20 wird umso kleiner, je höher die Spannung von der Sekundärwicklung des Induktivgebers ist. Da andererseits die Verstellgeschwindigkeit des Potentiometers 6 gemäss Fig. 1 umso höher ist, je höher diese Spannung wird, wird bei jedem Auslenken des Induktivgebers das Potentiometer um einen ähnlich grossen Winkel verstellt werden. In der Zeit, in der der Nachlaufmotor von dem Relais abgeschaltet ist, kann sich der Durchhang der Tänzerrolle 3 auf den durch die vorhergehende Verstellung geänderten Wert einspielen.
Die Impulszeit lässt sich durch entsprechende Auslegung des RC-Gliedes an die vorhandenen Verhältnisse anpassen.
In Fällen, in denen sich das Verhältnis der Änderungsgeschwindigkeiten des Durchhangs und des Wickeldurchmessers so stark ändern kann, dass eine Anpassung an alle Betriebsverhältnisse mit den vorstehend genannten Einrichtungen nicht mehr möglich erscheint, kann die integrierende Regelung durch eine proportional-integrale Regelung ersetzt werden. In diesem Falle kann allerdings der Durchhang nicht mehr auf eine Mittellage eingeregelt werden. Er hat bei höchster Drehzahl des Motors einen Kleinstwert.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer solchen Regelung, wobei entsprechende Teile wieder mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 und Fig. 2 versehen sind. Die Sekundärwicklung 11 des Induktivgebers 8 ist über einen Anpassungswiderstand 23 und Klemmen 24, 25 an eine Hilfsspannung angeschlossen. Die in der Sekundärwicklung 11 induzierte Spannung addiert bzw. subtrahiert sich nun zu dieser Hilfsspannung. Von dem Nachlaufmotor wird zusätzlich noch ein Hilfspotentiometer 26, das ebenfalls über einen Anpassungswiderstand 27 an die gleiche Hilfsspannung angeschlossen ist, angetrieben. Die Steuerwicklung des Nachlaufmotors liegt nun in Brückenschaltung über das Anpassungsglied zwischen dem Abgriff für die Summenspannung am Induktivgeber und dem Hilfspotentiometerabgriff. Wird der Induktivgeber verstellt, so entsteht zwischen diesen beiden Abgriffen eine Spannungsdifferenz.
Hierdurch läuft der Nachlaufmotor an und verstellt das Hilfspotentiometer 26 solange, bis die Spannungsdifferenz zu Null geworden ist. Jeder Winkelstellung des Induktivgebers ist daher einer Winkelstellung des Hilfspotentiometers 26 proportional. Bei dieser Regelung wird das für die integrierende Regelung charakteristiche Überschwingen weitgehend vermieden. Falls es erwünscht ist, kann auch diese Anordnung durch die vorstehend an Hand der Fig. 2 beschriebene Rückführung ergänzt werden.