Selbsttätige Regelanordnung für Aufspulantriebe, insbesondere an Spulenspinnmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf eine selbsttätige Regelanordnung für Aufspulantriebe, insbesondere an Spulenspinnmaschinen, bei welcher der Spulenkern mittels eines Regelmotors angetrieben wird.
Das Aufspulen von synthetischen Fäden geschieht im allgemeinen bisher mittels Friktionsantrieb, indem die Spule durch Anlegen an eine mit konstanter Drehzahl laufende Treibwalze angetrieben wird. Die Übertragung der Beschleunigungsarbeit beim Anlegen der Spule an die Treibwalze und der benötigten Aufwickelleistung erfolgt dabei über die Spulenoberfläche.
Durch diese Anordnung wird das Aufwickelgut infolge des unvermeidlichen Schlupfes gegenüber der Treibwalze nachteilig beansprucht. Diese Beanspruchung des Aufwickelgutes ist vom Durchmesserverhältnis der Treibwalze zur Spule, von der Lagerung der Spule, von der Drehzahl und vor allem von der Laufeigenschaft der Spule abhängig. Die Laufeigenschaft der Spule wird - abgesehen von der Anordnung der Treibwalze zur Spule - im wesentlichen von der geometrischen Präzision der Spule bezüglich der Genauigkeit der Spuloberfläche und der Gleichmittigkeit des Wickels beeinflusst; denn ein ungenauer Aufbau des Wickels führt zum periodischen Abheben der Spule während des Laufes, besonders bei grosser Um fangsgeschwindigkeit.
Der Friktionsantrieb in dieser Form begrenzt demzufolge die Abzugsgeschwindigkeit und die Wickeldicke; die Genauigkeit der Abzugsgeschwindigkeit ist also von der Laufeigenschaft und der Wickeldicke abhängig. Bei geringer Wickeldicke besteht zwischen Wickel und Treibwalze praktisch nur Linienberüh rung; bei wachsendem Spulendurchmesser wird durch die Anpresskraft die Deformierung des Wickels immer grösser. Damit wird aus einer Berührungslinie eine Berührungsfläche, und der Schlupf zwischen Treibwalze und Spule wird kleiner. Es entstehen harte Wickeloberflächen, welche die loseren Wickelteile im Innern zusammenpressen. Beim Abwickeln von den Spulen treten leicht Fadenbrüche in den inneren Partien der Spule auf, weil die Wicklungen verdrückt und die Lagen verschoben werden.
Durch den Friktionsantrieb der Spule ändert sich auch die Drehzahl der Spule mit veränderlichem Durchmesser. Es können daher keine Präzisionswicklungen ausgeführt werden, bei denen das Verhältnis der Drehzahl der Spule zur Drehzahl der Changierwelle einen bestimmten konstanten Wert hat. Wollte man Präzisionswicklungen herstellen, so müsste die über die Oberfläche angetriebene Spule noch zusätzlich die Changierung antreiben. Dies ist aber wegen der schon erwähnten Beanspruchung der Spulenoberfläche praktisch nicht möglich.
Um diese durch den Friktionsantrieb verursachten Nachteile beim Aufwickeln zu vermeiden, wird heute schon teilweise der unmittelbare Antrieb der Spule, die sogenannte Direktaufspulung, verwendet. Dabei wird die Drehzahl des Motors mit wachsendem Durchmesser verringert, damit die Umfangsgeschwindigkeit konstant bleibt. Hierbei kann die Drehzahlregelung mittels Zugspannungsmessung, d. h. entweder mittels Tänzerarm oder mittels Momentenmessung des Antriebsmotors, stattfinden. Von den Nachteilen, die bei Verwendung eines Tänzerarmes als Regelorgan auftreten, sei nur erwähnt, dass der Regelvorgang erst bei aufgelegtem Faden stattfindet. Infolgedessen ist zu Beginn des Aufspulen keine genaue Drehzahl vorhanden; dadurch treten leicht Fadenbrüche auf.
Bei der Drehzahlregelung mittels Momentenmessung des Motors liegen die Reibungsmomente der Spuleneinrichtung meist höher als die benötigten Aufwickelmomente. Zudem ist ein Aufwickeln der Spule ohne Zugspannung des Fadens bei beiden erwähnten Regelanordnungen nicht möglich.
Auch ist eine Einrichtung bekannt, bei der zwei getrennte, voneinander unabhängige Antriebseinrichtungen für die Spule vorgesehen sind. Die eine davon ist eine mit konstanter Geschwindigkeit angetriebene Treibwalze, an der die äussere Schicht des auf die Hülse aufgewickelten Fadens anliegt; die andere ist ein Motor, der die Aufsteckspindel für die Spule mit regelbarer Drehzahl antreibt, wobei die Antriebseinrichtung für die Treibwalze weniger als die Hälfte des Drehmomentes, das für das Aufwickeln des Fadens bei der konstanten Geschwindigkeit erforderlich ist, auf die Spule überträgt und die zweite Antriebseinrichtung den grösseren Teil des Antriebsmomentes auf die Spule überträgt. Auch hierbei treten die oben bei Verwendung einer Treibwalze erwähnten Nachteile auf.
Die genannten Nachteile werden durch die Erfindung vermieden. Diese ist gekennzeichnet durch eine zum Laufen auf der Spulenoberfläche vorgesehene, motorisch angetriebene Regelwalze zum Regeln des die Fadenaufwickelspule antreibenden Regelmotors derart, dass bei Nichtübereinstimmung der Umfangsgeschwindigkeiten von Spule und Regelwalze der Drehausschlag der Regelwalzenwelle als Regelgrösse für den Motor dient.
Dabei wird vorteilhafterweise in der Regelwalze ein Synchron-Aussenläufermotor eingebaut, dem von einem Drehstrom-Synchrongenerator eine der gewünschten Aufwickelgeschwindigkeit der Spule entsprechende Umfangsgeschwindigkeit vorgegeben wird.
Der Drehausschlag zur Drehzahlregelung des Antriebsmotors für den Durchmesserzuwachs der Spule kann beispielsweise über einen Zweipunktregler erfolgen, dem von einer Gleichspannungsquelle über zwei Kontaktanschläge entweder eine negative oder eine positive Spannung zugeführt wird. Der Regler regelt dabei über ein Stellglied die Erregung des Gleichstrommotors der Spule.
Der Vorteil gemäss der Erfindung liegt darin, dass ein Vergleich der Umfangsgeschwindigkeiten von einer motorisch angetriebenen auf der Spule aufliegenden Regelwalze zur Umfangsgeschwindigkeits-Einstellung der Spule angestellt wird; dabei wird durch die einstellbare Drehzahl der Regelwalze die gewünschte Abzugsgeschwindigkeit vorgegeben. Durch Einstellung der Frequenz des die Regelwalze antreibenden Drehstrom-Synchronmotors lässt sich die Zugspannung des Fadens auf jeden beliebigen - positiven oder negativen - Wert einstellen. Die Reibungskräfte zwischen der Spule und der Regelwalze sind sehr klein, wenn die Regelwalze mit einem Aussenläufermotor angetrieben ist, dessen Welle ebenfalls drehbar angeordnet ist.
Die Drehzahlregelung findet zweckmässig bereits vor Auflegen des Fadens statt, so dass bei Aufspulbeginn bereits die benötigte Umfangsgeschwindigkeit der leeren Spulenhülse vorhanden ist.
Die Erfindung ist anhand von Figuren in einem Ausführungsbeispiel dargestellt und beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schaltplan der Anlage,
Fig. 2 die Aufwickelspule mit Antriebsmotor und die schwenkbar gelagerte auf dem Umfang der Spule liegende Regelwalze und
Fig. 3 einen Schnitt durch die Regelwalze in vergrössertem Massstab.
Mit einem Umformersatz, bestehend aus einem Antriebsmotor 1, einem Regelgetriebe 2 und einem Drehstrom-Synchrongenerator 3, wird (Fig. 1) einem Synchron-Aussenläufermotor in einer Regelwalze 4 eine bestimmte Umfangsgeschwindigkeit vorgegeben.
Die Regelwalze 4 liegt auf der Aussenfläche einer Aufwickelspule 5 auf (Fig. 2) und ist zwischen zwei auf einer Welle 6 befestigten Schwenkarmen 7 drehbar gelagert. Die Spule 5 wird vorzugsweise von einem Gleichstrommotor 8 angetrieben, der über einen Gleichrichter 9 vom Synchrongenerator 3 gespeist wird.
Ein Schnitt durch die Regelwalze 4 (Fig. 3) zeigt eine Welle 10 mit aufgeschobenen Ständerblechen 11, in denen die Drehstromwicklung 12 untergebracht ist und gegenüberliegend die Läufer-Rotorbleche 13 mit der Käfigwicklung 14 und den Aussparungen 15 des Läufers für den synchronen Lauf. Über die Rotorbleche 13 ist der Mantel der Regelwalze gezogen.
Die Welle 10 ist (Fig. 2) in den Schwenkarmen 7 leicht drehbar gelagert. Auf dem einen verlängerten Ende der Welle 16 ist ein Hebelarm 16 befestigt, der je nach der Drehrichtung der Welle 10 zwei Kontaktanschläge 17 und 18 betätigt. Die Anschläge 17 und 18 sind an einem Bügel 19 angebracht, der seinerseits an dem einen Schwenkarm 7 der Regelwalze gehalten ist. Eine an dem Bügel 19 und dem Hebelarm 16 eingehängte Zugfeder 20 zieht den Arm 16 bei einem Ausschlag nach der einen oder andern Seite immer wieder in die Mittellage zurück.
Das andere Ende der Welle 10 ist etwa bis zur Mitte durchbohrt, damit die drei Zuleitungsdrähte 21 von der Stromquelle zum Antriebsmotor in der Regelwalze eingeführt werden können. Bei grösser werdendem Spulendurchmesser 5' macht die Regelwalze eine Schwenkung nach aussen, von der Spulenachse weg.
Da die Drehzahl des Gleichstrommotors 8 (Regelmotor) der Spule 5 bei konstantem Feld der Ankerspannung proportional ist und die Wechselspannung des Drehstrom-Synchrongenerators 3 ebenfalls der Drehzahl proportional ist, kann der Antriebsmotor 8 der Spule so ausgelegt werden, dass bei einer bestimmten festen Erregung 22 - wegen der besseren Über- sicht sind in der Fig. 1 zwei getrennte Erregungen 22 und 23 mit dem Erregerstrom let und Ie2 des Antriebsmotors 8 der Spule 5 gezeichnet worden - des Gleichstrommotors 8 die Aufwickelgeschwindigkeit bei leerer Spule mit einem Durchmesser dl etwa gleich bzw. etwas höher liegt als die durch die Regelwalze 4 vorgegebene Aufwickelgeschwindigkeit.
Eine Anpassung lässt sich durch Einstellen des festen Erreger stromes Iet für die Erregung 22 erreichen. Ist z. B. das Durchmesser-Verhältnis d1 : d2 der Spule zwischen Anfang und Ende der Aufspulung 1 : 2, so muss der Spulen-Antriebsmotor 8 zu Beginn der Aufspulung bei Durchmesser d1 die doppelte Drehzahl haben wie am Ende der Aufspulung bei Durchmesser d2.
Der feste Erregeranteil 22 beträgt dann etwa 50% der Nennerregung.
Beim Anlegen der rotierenden schwenkbaren Regelwalze 4 an die Oberfläche der Spule 5 dreht sich die Welle 10 des Aussenläufermotors in der Regelwalze 4 nur dann, wenn die Umfangsgeschwindigkeit der im Durchmesser sich ändernden Spule 5 nicht mit der Umfangsgeschwindigkeit der Regelwalze 4 übereinstimmt.
Die Drehung der Welle 10 wird dadurch bewirkt, dass infolge der Reibung zwischen Spule 5 und Regelwalze 4 letztere in der Drehzahl beschleunigt oder verzögert wird, je nachdem ob die Umfangsgeschwindigkeit der Spule 5 gegenüber der Umfangsgeschwindigkeit der Regelwalze 4 grösser oder kleiner ist. Das auf die Welle 10 ausgeübte Drehmoment ist durch die elektrische Auslegung des Synchronmotors der Regelwalze 4 gegeben. Dieses Drehmoment braucht nur so gross zu sein, dass es die Lagerreibung der Welle 10 überwindet.
In der dargestellten Anordnung ist die Drehzahlregelung des Antriebsmotors 8 der Spule 5 für den Durchmesserzuwachs nur mittels eines Zweipunktreglers 24 vorgesehen, dem von einer Gleichspannungsquelle 25 über die Kontaktanschläge 17 bzw. 18 entweder eine negative oder eine positive Spannung zugeführt wird. Der Regler, der ein Integralregler bekannter Ausführung ist, regelt über ein Stellglied 26 die Erregung 23 des Gleichstrommotors 8 der Spule.
Durch Anordnung einer Tachodynamomaschine bekannter Bauart an der Welle 10 kann auch stetig geregelt werden, indem als Regelgrösse eine kontinuierliche Spannung von einem maximalen positiven Wert bis zu einem maximalen negativen Wert erreichbar ist. Die Zuführung der Drehstromspannung zum Motor der Regelwalze erfolgt dann wie bekannt über eine Schleifringanordnung (nicht dargestellt).
Bei Spulenwechsel wird über einen Endschalter 27 beim Ausschwenken der Regelwalze 4 von Hand dem Regler 24 eine solche Spannung zugeführt, dass die Erregung 23 gleich Null wird, wodurch der Motor 8 die Drehzahl für den Spulendurchmesser dl annimmt.
Automatic control arrangement for winding drives, in particular on bobbin spinning machines
The invention relates to an automatic control arrangement for winding drives, in particular on bobbin spinning machines, in which the bobbin core is driven by means of a regulating motor.
The winding of synthetic threads has generally been done by means of a friction drive, in that the bobbin is driven by placing it on a drive roller running at constant speed. The transfer of the acceleration work when the bobbin is placed on the drive roller and the required winding power is carried out via the bobbin surface.
By this arrangement, the wound material is disadvantageously stressed due to the inevitable slippage with respect to the drive roller. This stress on the material to be wound is dependent on the diameter ratio of the drive roller to the bobbin, the bearing of the bobbin, the speed and, above all, the running properties of the bobbin. The running property of the bobbin is - apart from the arrangement of the drive roller to the bobbin - essentially influenced by the geometric precision of the bobbin with regard to the accuracy of the bobbin surface and the uniformity of the bobbin; because an imprecise structure of the winding leads to the periodic lifting of the bobbin during the run, especially at high speed.
The friction drive in this form consequently limits the take-off speed and the roll thickness; the accuracy of the take-off speed is therefore dependent on the running properties and the roll thickness. If the winding thickness is low, there is practically only linear contact between the winding and the drive roller; As the reel diameter increases, the deformation of the reel becomes greater and greater due to the contact pressure. This turns a line of contact into a contact surface and the slip between the drive roller and the spool is reduced. Hard winding surfaces are created, which compress the looser winding parts inside. When unwinding from the bobbins, thread breaks easily occur in the inner parts of the bobbin, because the windings are compressed and the layers are shifted.
The friction drive of the coil also changes the speed of the coil with a variable diameter. Precision windings cannot therefore be carried out in which the ratio of the speed of the coil to the speed of the traversing shaft has a certain constant value. If one wanted to produce precision windings, the coil driven over the surface would also have to drive the traversing. However, this is practically impossible because of the stress on the coil surface already mentioned.
In order to avoid these disadvantages caused by the friction drive during winding, the direct drive of the bobbin, the so-called direct winding, is already used in some cases. The speed of the motor is reduced as the diameter increases so that the peripheral speed remains constant. Here, the speed control can be done by means of tension measurement, i. H. either by means of a dancer arm or by measuring the torque of the drive motor. Of the disadvantages that occur when using a dancer arm as a regulating member, it should only be mentioned that the regulating process only takes place when the thread is laid on. As a result, there is no precise speed at the start of winding; as a result, thread breaks easily occur.
When speed control by means of torque measurement of the motor, the frictional torques of the coil device are usually higher than the required winding torques. In addition, the winding of the bobbin without tension on the thread is not possible with both of the control arrangements mentioned.
A device is also known in which two separate, independent drive devices are provided for the coil. One of these is a drive roller driven at constant speed against which the outer layer of the thread wound onto the tube rests; the other is a motor that drives the spindle for the bobbin with adjustable speed, the drive device for the drive roller transmitting less than half of the torque required for winding the thread at the constant speed to the bobbin and the second Drive device transfers the greater part of the drive torque to the coil. Here too, the disadvantages mentioned above when using a drive roller occur.
The disadvantages mentioned are avoided by the invention. This is characterized by a motor-driven regulating roller intended to run on the bobbin surface to regulate the regulating motor driving the thread take-up bobbin in such a way that if the circumferential speeds of the bobbin and regulating roller do not match, the rotary deflection of the regulating roller shaft serves as the regulating variable for the motor.
In this case, a synchronous external rotor motor is advantageously installed in the regulating roller, to which a peripheral speed corresponding to the desired winding speed of the bobbin is specified by a three-phase synchronous generator.
The amount of rotation for regulating the speed of the drive motor for the increase in diameter of the bobbin can, for example, take place via a two-point controller to which either a negative or a positive voltage is supplied from a direct voltage source via two contact stops. The controller regulates the excitation of the DC motor of the coil via an actuator.
The advantage according to the invention is that a comparison of the circumferential speeds of a motor-driven regulating roller resting on the bobbin for setting the circumferential speed of the bobbin is made; The desired take-off speed is specified by the adjustable speed of the control roller. By adjusting the frequency of the three-phase synchronous motor driving the control roller, the tension of the thread can be set to any - positive or negative - value. The frictional forces between the spool and the regulating roller are very small if the regulating roller is driven by an external rotor motor, the shaft of which is also rotatably arranged.
The speed control is expediently already carried out before the thread is placed on, so that the required peripheral speed of the empty bobbin tube is already present at the start of winding.
The invention is illustrated and described with reference to figures in an embodiment. Show it:
1 shows a circuit diagram of the system,
2 shows the take-up reel with drive motor and the pivotably mounted regulating roller lying on the circumference of the reel and
3 shows a section through the regulating roller on an enlarged scale.
With a converter set, consisting of a drive motor 1, a control gear 2 and a three-phase synchronous generator 3, a synchronous external rotor motor in a control roller 4 is given a certain peripheral speed (FIG. 1).
The regulating roller 4 rests on the outer surface of a take-up reel 5 (FIG. 2) and is rotatably mounted between two pivot arms 7 fastened on a shaft 6. The coil 5 is preferably driven by a direct current motor 8 which is fed from the synchronous generator 3 via a rectifier 9.
A section through the regulating roller 4 (Fig. 3) shows a shaft 10 with stator laminations 11 pushed on, in which the three-phase winding 12 is housed and opposite the rotor rotor laminations 13 with the cage winding 14 and the recesses 15 of the rotor for synchronous running. The jacket of the regulating roller is drawn over the rotor sheets 13.
The shaft 10 (FIG. 2) is mounted in the pivot arms 7 so that it can rotate easily. On one extended end of the shaft 16, a lever arm 16 is attached which, depending on the direction of rotation of the shaft 10, actuates two contact stops 17 and 18. The stops 17 and 18 are attached to a bracket 19 which in turn is held on the one pivot arm 7 of the regulating roller. A tension spring 20 suspended on the bracket 19 and the lever arm 16 pulls the arm 16 back into the central position again and again in the event of a deflection to one side or the other.
The other end of the shaft 10 is drilled through approximately up to the middle, so that the three lead wires 21 can be inserted from the power source to the drive motor in the regulating roller. As the bobbin diameter 5 'increases, the control roller swivels outwards, away from the bobbin axis.
Since the speed of the DC motor 8 (control motor) of the coil 5 is proportional to the armature voltage with a constant field and the AC voltage of the three-phase synchronous generator 3 is also proportional to the speed, the drive motor 8 of the coil can be designed so that with a certain fixed excitation 22 - for a better overview, two separate excitations 22 and 23 with the excitation current let and Ie2 of the drive motor 8 of the bobbin 5 have been drawn in FIG. 1 - the winding speed of the direct current motor 8 with an empty bobbin with a diameter dl approximately the same or is slightly higher than the winding speed specified by the regulating roller 4.
An adjustment can be achieved by setting the fixed excitation current Iet for the excitation 22. Is z. B. the diameter ratio d1: d2 of the bobbin between the beginning and end of the winding 1: 2, the bobbin drive motor 8 must have twice the speed at the beginning of winding at diameter d1 as at the end of winding at diameter d2.
The fixed excitation component 22 is then approximately 50% of the nominal excitation.
When the rotating swiveling regulating roller 4 is placed on the surface of the bobbin 5, the shaft 10 of the external rotor motor only rotates in the regulating roller 4 if the circumferential speed of the diameter-changing bobbin 5 does not match the circumferential speed of the regulating roller 4.
The rotation of the shaft 10 is caused by the fact that as a result of the friction between the spool 5 and the regulating roller 4, the latter is accelerated or decelerated in speed, depending on whether the peripheral speed of the spool 5 is greater or smaller than the peripheral speed of the regulating roller 4. The torque exerted on the shaft 10 is given by the electrical design of the synchronous motor of the regulating roller 4. This torque only needs to be so great that it overcomes the bearing friction of the shaft 10.
In the arrangement shown, the speed control of the drive motor 8 of the coil 5 for the increase in diameter is only provided by means of a two-point controller 24 to which either a negative or a positive voltage is supplied from a DC voltage source 25 via the contact stops 17 and 18, respectively. The controller, which is an integral controller of known design, controls the excitation 23 of the direct current motor 8 of the coil via an actuator 26.
By arranging a tachometer machine of a known type on the shaft 10, continuous control can also be carried out in that a continuous voltage from a maximum positive value to a maximum negative value can be achieved as the controlled variable. The three-phase voltage is then supplied to the motor of the regulating roller, as is known, via a slip ring arrangement (not shown).
When changing the bobbin, a limit switch 27 when pivoting the regulating roller 4 manually supplies the controller 24 with such a voltage that the excitation 23 becomes zero, whereby the motor 8 assumes the speed for the bobbin diameter d1.