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Zug-Regeleinrichtung für Wickel antriebe von Spinn-, Zwim- und Spulmaschinen
mit Kurzschlußankermotoren Gegenstand der Erfindung ist eine Zug-Regeleinrichtung
für Spinn-, Zwim- und Spulmaschinen, deren Wickelvorrichtungen von mit steuerbarer
Klemmenspannung betriebenen Kurzschlußankermotoren mit erhöhtem Läuferwiderstand
angetrieben werden, bei der die Sekundärwicklung eines Steuertransformators in Reihe
mit dem Motorstromkreis geschaltet ist und der Stromkreis der Primärwicklung des
Steuertransformators durch Schaltmittel, z.B. eine oder mehrere Elektronenröhren,
unter dem Einfluß eines von der mechanischen Spannung des aufzuwickelnden Fadens
betätigten Schalters geöffnet und geschlossen werden kann.
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Beim Aufwickeln von Fäden, insbesondere von frisch gesponnenen Kunstfäden,
die z. B. mit gleichbleibender Liefergeschwindigkeit herangeführt werden, ist man
bestrebt, die Wickeldrehzahl so zu regeln, daß sie trotz des zunehmenden Wickeldurchmessers
stets der Liefergeschwindigkeit entspricht, und daß der Faden mit möglichst gleichbleibender
Spannung auf den Wickel aufläuft, ohne durch starke Umlenkungen oder Abtastbelastungen
in der Taststrecke überbeansprucht zu werden. Daher versucht man, bei der Drehzahlregelung
während des gesamten Aufwickelvorganges mit ganz geringen Fadentasterbewegungen
und Fadenlaufrichtungsänderungen inderRegelstrecke sowie mit schwächsten Steuerimpulsen
auszukommen. Je empfindlicher der Faden, je höher seine Liefergeschwindigkeit und
je größer und dicker die Aufwickelspulen sind, desto größer werden auch die Anforderungen
an Genauigkeit, Feinfühligkeit, Regelsteilheit und Größe des Regelbereiches einer
solchen Regeleinrichtung sowie an ihre Wirtschaftlichkeit im Einsatz von Reihenanlagen.
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Bei einer bekannten Zug-Regeleinrichtung dieser Art wird die Motordrehzahl
dadurch verändert, daß die beiden Enden der Primärwicklung eines mit seiner Sekundärwicklung
in Reihe mit dem Motorstromkreis liegenden Steuertransformators jedesmal während
einer Halbwelle mit Hilfe des leitenden oder nichtleitenden Zustandes einer als
Schaltmittel arbeitenden Elektronenröhre mehr oder weniger lange bzw. oft miteinander
verbunden bzw. voneinander getrennt werden. Der Steuertransformator arbeitet dort
demnach ausschließlich als Drossel mit durch Gleichstrom veränderbarer Selbstinduktion,
so daß die Motorspannung niemals höher als die Netzspannung sein kann und der Regelbereich
dementsprechend klein und die Regelsteilheit bei einem derart geregelten Motor zu
gering ist, um eine schnelle Schaltreaktion zu bewirken. Um mit derartigen Regeleinrichtungen
einen brauchbaren Effekt zu erzielen, müssen sie so groß und leistungsstark ausgelegt
sein, daß sie in Anschaffung und Betrieb sehr teuer sind.
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Daher ist es Aufgabe der Erfindung, eine Regeleinrichtung zu schaffen,
die die Nachteile der bisherigen Anordnungen beseitigt. Dies erfolgt erfindungsgemäß
dadurch, daß in Reihe mit der Sekundärwicklung des Steuertransformators und mit
dem Motorstromkreis die Sekundärwicklung eines Haupttransformators geschaltet ist,
wobei von den Primärwicklungen der Transformatoren jeweils eine Wicklung zwischen
zwei Phasen und die andere zwischen die dritte Phase und den Stempunkt einesDrehstromnetzes
geschaltet ist, und im Stromkreis der Primärwicklung des Steuertransformators Schaltmittel,
welche den Strom in zwei Richtungen durchlassen, vorzugsweise zwei Elektronenröhren
antiparallel geschaltet angeordnet sind, so daß im leitenden Zustand dieser Schaltmittel
der Steuertransformator durch Hinzufügen einer Spannung im Motorstromkreis eine
Spannungserhöhung gegenüber der Hauptspannung herbeiführt, während im nichtleitenden
Zustand dieser Schaltmittel die Sekundärwicklung des Steuertransformators durch
Drosselung eine Spannungserniedrigung gegenüber der Hauptspannung bewirkt, wobei
die Phasenlage der vom Steuertransformator im leitenden Zustand der Schaltmittel
der Hauptspannung hinzugefügten Spannung dem Phasenwinkel der Drosselspannung der
Sekundärwicklung des Steuertransformators angepaßt ist. Als Schaltmittel im Primärkreis
des Steuertransformators können auch andere Geräte als Elektronenröhren Verwendung
finden; wesentlich dabei ist jedoch, daß mit ihnen zur Ausnutzung beider
Halbwellen
des Wechselstroms eine Stromdurchlässigkeit in beiden Richtungen möglich ist.
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Gegenüber der bekannten Regeleinrichtung mit einem einzigen Transformator
im Motorstromkreis, der überdies lediglich als Drossel arbeitet, deren Induktivität
durch den gesteuerten Anodenstrom in der Röhre geändert wird, so daß in der Wirkung
nur die Drosselung mehr oder weniger vermindert wird, ohne daß zusätzliche Energie
in den Motorstromkreis eingespeist werden kann, ist der Steuertransformator nach
der Erfindung an das Drehstromnetz angeschlossen und arbeitet daher im eingeschalteten
Zustand als zusätzliche Speisequelle und im abgeschalteten Zustand als Drossel.
Ferner ist der Steuertransforinator im Vergleich zum Haupttransformator im Motorstromkreis
derart an das Drehstromnetz angeschlossen, daß die Primärwicklungen beider Transformatoren
an unterschiedlichen Netzphasen liegen. Mit dieser Phasenanordnung läßt sich eine
besonders vorteilhafte Schaltung dahingehend erreichen, daß die Phasenlage der vom
Steuertransformator im leitenden Zustand des im Primärkreis des Steuertransformators
gelegenen Schaltmittels der Hauptspannung hinzugefügten Spannung dem Phasenwinkel
der Drosselspannung der Sekundärwicklung des Steuertransformators angepaßt ist.
Diese Anpassung erfolgt in einfacher Weise dadurch, daß die Einspeisespannung des
Steuertransformators, ebenso wie die Drosselspannung, zur Grundspannung des Haupttransformators
nacheilend geschaltet wird. Hierdurch erreicht man, daß die an den Polen der gelöschten
Elektronenröhren (Drosselwirkung des Steuertransformators) anliegende resultierende
Spannung, welche sich aus der Netzspannung und aus der vom Motorstrom durch die
Sekundärseite in der Primärwicklung induzierten Spannung als Komponenten zusammensetzt,
nicht größer ist als jede ihrer Komponenten. Daher kann zur Verringerung des Stronaflusses
in den Röhren bei Auslegung der Größe dieser Komponenten bis an die zulässige Sperrspannung
der Röhren herangegangen werden, wodurch eine wirtschaftliche Ausnutzung der Röhren
und ein geringer Raumbedarf der Einrichtung ermöglicht wird.
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Bei der Auslegung der leistungsmäßigen Größe der Regeleinrichtung
wird der elektrische Energiebedarf des Antriebsmotors im wesentlichen durch den
mit eingestellter konstanter Grundspannung arbeitenden Haupttransformator gedeckt.
Dadurch, daß der Steuertransformator in dem einen Fall als Drossel und in dem anderen
Fall als netzversorgte Speisequelle im Motorstromkreis liegt, ist der Leistungsdurchsatz
für den Steuertransformator verhältnismäßig klein. Zweckmäßig wird der Regelbereich
so aufgeteilt, daß der Energiebetrag, der jeweils zum Erreichen sowohl der maximalen
als auch der minimalen Motorsolieistung erforderlich ist, etwa gleich groß ist.
Die vom Regler aufzubringende Steuerleistung ist somit erheblich kleiner, als dies
etwa bei bekannten Einrichtungen, bei denen die Grundspannung entweder der maximalen
oder der minimalen Betriebsspannung entspricht, der Fall ist. Der besondere Vorteil
der erfindungsgemäßen Motorregelung liegt darin, daß man jetzt die Regeleinrichtung
bei großem Regelbereich und großer Regelsteilheit klein, feinfühlig und leistungsmäßig
wenig belastet ausbilden kann. Da nur schwache und schwächste Impulse zur Änderung
der Drehzahl und damit zur Regelung der Wickelgeschwindigkeit zur Verfügung stehen,
ist jede Ver-
kleinerung der Regeleinrichtung und der zum Verändern der Drehzahl
erforderlichen Kräfte im Interesse der längeren Lebensdauer bzw. der Verbilligung
der Einrichtung von Bedeutung. Im übrigen erhält der Motor selbsttätig eine höhere
Leistung dadurch, daß bei Erhöhung der Motorspannung durch den Steuertransformator
ohne besonders große Steuerenergie eine größere Leistung aus dem Netz über den Haupttransformator
entnommen wird.
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In besonderer Ausgestaltung der Erfindung kann der Fühler zur Umwandlung
der Fadenspannung in elektrische Signale an Stelle des Schaltkontaktes eine Induktivität
oder einen Kondensator aufweisen. Auf diese Weise ist es neben der Zweipunkt-Schaltung,
wo man trotz wechselnd springender Grenzspannung an den Motorklemmen bei Speise-
und Drosselschaltwirkung infolge der Trägheit des Antriebsmotors bzw. der Rotationsmasse
des Wickels eine praktisch sie Drehzahl-Regelung erhält, möglich, durch besond Kopplung
des Meßfühlers mit einer in ihrer Induktion veränderlichen Spule oder einem in seiner
Kapazität zu ändernden Kondensator eine stetige Änderung der resultierenden Motorspannung
zu erreichen. Bei der Zweipunkt-Regelschaltung lassen die Stromtore wäh'i rend der
Kontaktgabe durch den Meßfühler die volle Welle der Wechselspannrng in volleGßedurch,
was bei Kontakttrennung vollkommen unten bunden ist. Hierbei wird dann die Motorregelung
über den Steuertransformator in abwechselnden Perioden des Zündens und Nichtzündens
der Stromtore orgenommen. Im Falle der induktiven oder kapazitien Regelung wird
durch Einwirkung des Meßfühlers und der mit diesem verbundenen Kapazität oder In
kr tivität der Zündzeitpunkt der Stromtore für jede Sinnsschwingung verschoben,
so daß die Stromtore zwar alle Netzspannungswellen durchlassen, aber wegen der Zündzeitpunktverschiebung
die durchgehenden Impulse in ihrer effektiven Größe variieren.
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Weitere Merkmale der vorgeschlagenen Anordnung werden an Hand des
in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben und erläutert Bs
zeigt Fig. 1 Ansicht der Wickelvorrichtung, Fig. 2 Schaltschema für den Antrieb
des Wickels und der Verlegeeinrichtung, Fig. 3 Fadenführung über den Fühlstift zum
Wickel.
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Gemäß Fig. 1 läuft der beispielsweise von einer Spinnmaschine mit
gleichbleibender liefergeseitwindigkeit herangeführte Faden 1 über den Meßffii2
und den Fadenführer 3 auf den Wickel 4 uf. Die Wickelspindel 5 wird durch den Elektromotor
6. z. B. einen Wechselstrom-KurzschlußläufeTmotor mit erhöhtem Läuferwiderstand
oder einen Ferrarismotor angetrieben, der in einem Stromkreis liegt, dessen elektrische
Grundspannung vorschlagsgemäß so gestellt ist, daß ihr Wert innerhalb der maximal
bzw. minimal erforderlichen Betriebsspannung liegt, wobei zum Einstellen der Grundspannung
ein verstegEmr Haupttransformator 7 verwendet werden kann. In Reihenanlagen, bei
denen mehrere Spulstellen nebet einanderliegen, kann dieser Haupttransformator so
ausgelegt und angeordnet sein, daß er änitliultte Antriebsmotore mit der gleichen
Grundspannung versoi.
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Die Regeleinrichtung, bestehend aus dem Meßfühler 2 und der Schalteinrichtung
13, welches -während des Betriebes die Lieferung der jeweils zum Erreichen der erforderlichen
Wickelgeschwindigkeit not wendigen unterschiedlichen elektrischen Spannung
regelt,
wirkt auf den im Motorstromkreis angeordneten Steuertransformator 8 ein, über den
nun vorschlagsgemäß z. B. bei Zweipunkt-Regelschaltung sowohl das Drosseln der Grundspannung
bis zur minimalen Betriebsspannung als auch die zusätzliche Einspeisung durch Spannungsüberlagerung
bis zur maximalen Betriebsspannung vorgenommen wird.
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Der Meßfühler 2, welcher von der Fadenspannung verstellt wird, besteht
im wesentlichen aus einem unter geringer Federkraft stehenden Fühlstift9. Die Feder
10 kann so abgestimmt sein, daß sie annähernd dem kleinsten Fadenspannungswert entspricht.
Sie ist zweckmäßig so einstellbar eingerichtet, daß sie nach den Betriebserfordernissen
verändert werden kann.
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Der Fühlstift 9 betätigt eine geeignete Schalteinrichtung für den
Steuertransformator; in einfachster Weise z. B. einen Kontakt, zu dessen größtmöglicher
Schonung ein Verstärker nachgeschaltet sein kann.
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An Stelle der Zweipunkt-Regelschaltung kann der Meßfühler 2 auch
so ausgebildet sein, daß ein Eisenkern in eine Spule eintaucht und damit die Induktivität
dieser Spule verändert. An Stelle der Impulse werden dann stetige, zügig anschwellende
oder abfallende Spannungen über den Verstärker an den Steuertransformator weitergeleitet,
wodurch an den Motorklemmen Zwischenspannungswerte zwischen dem Maximal- und dem
Minimalbereich erzielt werden. Man kann auch den Fühlstift mit einer Kondensatorplatte
versehen, die sich bei Betätigung des Fühlstiftes einer anderen nähert und damit
eine Kapazitätsänderung hervorruft. Der Erfolg wäre der gleiche, wie bei Verwendung
einer veränderbaren Induktivität. Andererseits ist aber die induktive der kapazitiven
Regelung insofern vorzuziehen, als die an den Kondensatorplatten liegende Spannung
oder Frequenz entsprechend höher sein muß. Auch können bekannte Fotozellen, Fotowiderstände
u. dgl. als kontaktlose Meßfühler verwendet werden. Zur Betätigung der Verlege einrichtung
11 mit dem Fadenführer 3 wird ein besonderer, vom Wickelantrieb unabhängiger Motor
12 verwendet. Durch diese Maßnahme wird der Antriebsmotor der Wickelvorrichtung,
der sonst üblicherweise auch die Veriegeeinrichtung antreibt, hiervon entlastet
und steht damit für seine Aufgabe, den Wickel anzutreiben, voll zur Verfügung. Er
kann somit ebenfalls schwächer dimensioniert werden und ist dadurch feinfühliger
und leichter zu regeln. Zur Erzielung von Präzisionswicklungen können die beiden
Antriebsmotoren 6 und 12 auch synchronisiert werden.
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Gemäß Fig. 2 ist der Antriebsmotor 6 mit den Sekundärwicklungen der
beiden im gleichen Stromkreis angeordneten Transformatoren 7 und 8, von denen der
eine, 7, auf die vorbestimmte Grundspannung eingestellt ist und der andere, 8, die
Intensität und/oder Dauer bzw. Anzahl der nacheinander folgenden Impulse der jeweils
der Grundspannung hinzuzufügenden bzw. zu entziehenden Steuerspannung regelt, in
Reihe geschaltet. Vor der Primärwicklung des Steuertransformators 8 ist eine beispielsweise
mit zwei Stromtoren versehene Schalteinrichtung 13 in Antiparallelschaltung angeordnet,
welche durch die Fadenspannungsimpulse betätigt wird und im geschlossenen Zustand
die Primärwicklung des Steuertransformators 8 mit dem Netz verbindet und im geöffneten
Zustand den Stromkreis für die Primärwicklung des Steuertransformators unterbricht,
so daß seine Sekundärwicklung als Drossel im Motorstromkreis liegt.
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Durch die induktive Einspeisung der Steuerspannung kann im Primärkreis
eine sehr hohe Spannung verwendet werden - jedenfalls eine wesentlich höhere Spannung,
als auf der Sekundärseite des Steuertransformators abgenommen wird, was zur Folge
hat, daß der Einspeisestrom durch die Stromtore sehr gering gehalten und dadurch
der Regelimpulsverstärker sehr klein dimensioniert werden kann. Die Phasenlage der
Einspeisespannung muß dem Phasenwinkel der Drosselspannung des Steuertransformators
angepaßt sein. Dies geschieht beipielsweise in einfachster Weise dadurch, daß der
Haupttransformator zwischen einer Phase und dem Sternpunkt des Drehstromnetzes und
der Steuertransformator an den beiden anderen Phasen desselben angeschlossen werden.
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Da die Steuerung elektronischer Verstärkerröhren fast leistungslos
vor sich geht, können kleinste Steuerströme angewendet werden. Die Gefahr des Verschmorens
oder Abbrandes der Schalterkontakte ist damit von vornherein ausgeschlossen. Selbst
eine starke Oxydbildung läßt noch ein einwandfreies Schalten zu. Das Schalten geht
in der Weise vor sich, daß bei erhöhter Fadenspannung der Fühlstift9 die ihm entgegenstehende
Kraft der Feder 10 überwindet und den Stromkreis der Schalteinrichtung 13 unterbricht,
wodurch dann dem Motor 6 eine geringere elektrische Spannung zugeführt wird, so
daß der Motor so lange mit größerem Schlupf läuft, bis die Fadenspannung nachläßt.
Alsdann drückt die Feder 10 den Fühlstift 9 in die Ausgangsstellung zurück, die
Schalteinrichtung 13 zündet wieder und der Motor 6 läuft schneller. Das Reaktionsvermögen
ist auch bei größeren Liefergeschwindigkeiten so gut, daß etwaige Schwankungen der
Fadenspannung sehr begrenzt sind.
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Ein besonderer Vorteil der Anordnung ist darin zu erblicken, daß mit
zunehmendem Wickeldurchmesser sich die Auflaufrichtung des Fadens ändert und der
Ablenkwinkel 14 größer wird, den der Faden, wie in Fig. 3 dargestellt ist, beim
Überlaufen des Fühlstiftes 9 bildet. Dadurch wird bereits bei geringerer Fadenspannung
die Kraftkomponente des Fadens auf den Meßfühler ausreichend groß, um diesen zu
betätigen.