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.
Device for tension-dependent regulation of winding drives, in particular winding apparatus, with the aid of a dancer roller
When producing thin wires, there is the problem of winding the wire produced by the wire drawing machine with a special winding device with a defined tensile force or speed.
The wire speeds can be between 10 and 30 m / sec. lie. The tension in the wire can be used as a reference variable for regulating the drive of the winder. Since the permissible tensile stress in the wire can be less than 10 grams, the additional load on the wire by the measuring element must remain small in relation to the permissible tensile stress.
This drive problem is solved according to the invention with the help of a dancer roller in that the deflection of the dancer roller is converted in a manner known per se with the help of an inductive transmitter into a measured variable proportional to the deflection, which with the help of a follower motor is an actuator for changing the speed of the drive motor influenced. This enables a simple integrating control that can easily be adapted to the prevailing conditions within certain limits. The additional load on the wire can be made less than 1 gram by arranging the mechanical transmission elements accordingly.
To adapt the electrical values, an adapter is preferably switched on between the inductive sensor and the follow-up motor. The matching element can be, for example, a resistor, a transformer and an electronic or magnetic amplifier.
A single-phase motor is particularly suitable as a follower motor, one phase being connected to the mains via a capacitor, while the other phase is fed from the inductive transmitter via the adapter. Furthermore, a feedback can be connected to the secondary winding of the inductive transmitter to suppress oscillations.
Further details emerge from the several exemplary embodiments reproduced drawings; show it:
1 shows a basic arrangement of the control device according to the invention;
Fig. 2 the return device and
Fig. 3 the addition of the device for proportional control tasks.
The wire 1 produced by a wire drawing machine is to be wound onto a spool 2 at a constant wire speed or with a constant wire tension. As mentioned at the beginning, the wire speeds between 10 and 30 m / sec. lie.
The tension in the wire is adjusted with a weight-loaded dancer roller 3. For this purpose, a fixed roller 4 is provided, over which the incoming wire is looped in the direction of the arrow shown. The coil 2 is driven by a direct current motor 5, the speed of which is influenced with the aid of an actuator 6, which is shown in Fig. 1 as a potentiometer. The speed of the motor 5 can be influenced in a manner known per se in the field and / or in the armature circuit.
The dancer role is z. B. attached to a lever arm 7. The angular deviations of this lever arm are used to measure the tensile stress or change in speed. If the wire is wound onto a reel, it is known that its speed increases with the diameter of the reel. This shortens the slack and deflects the lever arm of the dancer roll upwards. A so-called inductive sensor 8 is connected to the lever arm of the dancer roll. The inductive transmitter is designed as a rotary transformer, one winding 9 of which is excited by an alternating voltage source 10. The other winding 11 is adjusted by the lever arm 7. In the drawn center position of the inductive sensor, the voltage induced in the secondary winding 11 is zero.
If it is deflected from its central position, a voltage is generated in the secondary winding that is approximately proportional to the angular position up to about 40 degrees.
When passing through the middle position, the phase position in the secondary winding 11 is reversed.
A follow-up motor 13 is connected to the secondary winding 11 of the inductive sensor via an adapter 12. A resistor, a transformer or an amplifier can be used as an adapter, depending on the prevailing conditions.
A small asynchronous motor is preferably used as the follower motor, which acts on the speed divider 6, for example on the tap 6 'of the resistor 6, via a gear or the like. The follow-up motor r 13 has an excitation winding 14, which is connected to the AC voltage source 10 via a capacitor 15, and a control winding 16. The speed and direction of rotation of the single-phase motor 13 are dependent on the phase position and size of the current flowing in the control winding at constant load. Thereby. that the control winding of the follow-up motor is connected to the secondary winding 11 of the inductive transmitter, its speed and direction of rotation depend on the angular position of the inductive transmitter.
The torque required to deflect the inductive sensor depends on the impedance of the load connected to the secondary winding.
The control arrangement shown in Fig. 1 enables a purely integrating control. If the wire speed increases as a result of the increasing filling of the bobbin, the slack is shortened and the inductive sensor is thus deflected from its central position. As a result, the follow-up motor 13 starts up and influences the speed of the drive motor 5 of the coil 2 via the actuator 6 in such a way that the change in the sag comes to a standstill. In this way, the correct speed of the drive motor would be achieved. However, since the inductive transmitter has not yet returned to its central position, the potentiometer 6 is adjusted further. So there is an overshoot, which is counteracted by the filling of the coil, which continues to expand.
These oscillations are permissible as long as the mechanically given limits are not exceeded and the drive is not stimulated to further oscillations.
The rate of change of the winding diameter is determined by the wire speed, the wire diameter and the dimensions of the coil. The rate of change of the sag, on the other hand, can be influenced by the choice of a corresponding number of wraps around the fixed roller 4 and the dancer roller 3. At the same time, as the number of wraps increases, the additional load on the wire by the measuring element is correspondingly smaller. Furthermore, the transmission ratio between the deflection of the dancer roll and the deflection of the measuring element can be freely selected.
The transmission ratio between the follower motor and actuator is also freely selectable, the definition of the transmission ratio between the follower motor and actuator is also freely selectable, the definition of the transmission ratio is facilitated by the fact that the speed of the follower motor is dependent on the voltage of the control winding 16, i.e. H. depends on the deflection angle of the measuring element.
By appropriate adaptation of the variable sizes to one another within the mechanically given sizes, oscillations of the dancer roll can generally be limited to the permissible level. In the optimal case, a constant deflection angle of the inductive transmitter will be set, which results in such a large adjustment speed of the potentiometer 6 that the resulting rate of change of the speed of the drive motor corresponds to the rate of change of the winding diameter.
The effects of low frequency and amplitude oscillations can be neutralized by defining a certain blind spot for the inductive sensor. The blind spot can be set, for example, by changing the adaptation of the control winding of the follow-up motor to the secondary winding of the inductive sensor.
If the rate of change of the sag cannot be adjusted to the required extent, a feedback can also be connected to the secondary winding of the inductive sensor. A corresponding exemplary embodiment is shown in FIG. 2, the same parts being given the same reference numerals as in FIG. The return is indicated generally at 17. A relay 20, the winding of which a capacitor 21 is connected in parallel, is connected via a rectifier 18 and a series resistor 19. The contact 22 of the relay 20 is in the supply line of the inductive transmitter 8 to the adapter 12. If this arrangement receives voltage when the switching contact 22 is closed, the capacitor 21 is charged via the resistor 19. If the pull-in voltage of the relay 20 is reached, its contact 22 switches off the feedback and the follow-up motor.
The capacitor 21 is now discharged through the winding of the relay. After a certain time the drop-out voltage of the relay 20 is undershot, so that this drops out and the feedback 17 and the follow-up motor are switched on again.
The pull-in delay of the relay 20 becomes smaller, the higher the voltage from the secondary winding of the inductive sensor. On the other hand, since the adjustment speed of the potentiometer 6 according to FIG. 1 is higher, the higher this voltage becomes, the potentiometer is adjusted by a similarly large angle each time the inductive transmitter is deflected. During the time in which the follow-up motor is switched off by the relay, the slack of the dancer roller 3 can bring itself to the value changed by the previous adjustment.
The pulse time can be adapted to the existing conditions by appropriate design of the RC element.
In cases in which the ratio of the rate of change of the slack and the winding diameter can change so much that an adaptation to all operating conditions with the above-mentioned devices no longer seems possible, the integrating control can be replaced by a proportional-integral control. In this case, however, the sag can no longer be adjusted to a central position. It has a minimum value at the highest speed of the motor.
FIG. 3 shows an exemplary embodiment of such a control system, corresponding parts again being provided with the same reference numerals as in FIGS. 1 and 2. The secondary winding 11 of the inductive transmitter 8 is connected to an auxiliary voltage via a matching resistor 23 and terminals 24, 25. The voltage induced in the secondary winding 11 is now added to or subtracted from this auxiliary voltage. An auxiliary potentiometer 26, which is also connected to the same auxiliary voltage via an adaptation resistor 27, is also driven by the follow-up motor. The control winding of the trailing motor is now in a bridge circuit via the adapter between the tap for the total voltage on the inductive sensor and the auxiliary potentiometer tap. If the inductive sensor is adjusted, a voltage difference arises between these two taps.
As a result, the follow-up motor starts up and adjusts the auxiliary potentiometer 26 until the voltage difference has become zero. Each angular position of the inductive transmitter is therefore proportional to an angular position of the auxiliary potentiometer 26. With this regulation, the overshoot characteristic of the integrating regulation is largely avoided. If desired, this arrangement can also be supplemented by the return described above with reference to FIG.