DE1499005A1 - Aufspulmaschine - Google Patents

Description

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CENTRE ELECTRONIQUE

HORLCXJER S.A. Neuchätel / Schweiz

Aufspulmas chine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Aufspulmaschine für Drähte und Fäden mit einem die Aufspulrolle antreibenden Motor, wenigstens einem Führungsorgan für den aufzuspulenden Draht und einer elektrischen Einrichtung, die als Funktion der mechanischen, auf den Draht während der Aufspulung ausgeübten Spannung eine die Bremsung des Drahtes regelnde Vorrichtung steuert.

Derartige bekannte Aufspulmaschinen, die beispielsweise zum Wickeln elektrischer Spulen oder auch zur Herstellung von Garnoder Zwirnrollen dienen, arbeiten im allgemeinen mit einem durch

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den aufzuspulenden Draht oder Faden betätigten Tastorgan, durch * welches die mechanische-Spannung des Drahtes oder Fadens zur Vermeidung einer unregelmässigen Aufwicklung oder gar eines Bruches des Fadens oderDrahtes geregelt wird. Eine derartige Vorrichtung zur Regelung der mechanischen Spannung ist unbedingt dann erforderlich, wenn die aufzuspulenden Drähte oder ψ Fäden sehr dünn sind, beispielsweise einen Durchmesser unter

0,06mm haben und mit einer für das wirtschaftliche Arbeiten der Maschine hinreichend grossen Geschwindigkeit aufgewickelt werden sollen.

Das Tastorgan wird häufig durch das freie Ende eines frei schwenkbar gelagerten Hebels gebildet, dessen anderes Ende einen zwischen den Polen eines doppelten Elektromagneten bewegbaren Anker trägt; k auf diese Weise wird eine Unsymmetrie zwischen den beiden magnetischen

Flüssen zur Bildung eines Steuersignales ausgenutzt, das eine im allgemeinen elektromechanische Bremsvorrichtung für den Draht steuert.

! In anderen bekannten Maschinen, die mit einem schwenkbaren Tastarm arbeiten, beeinflusst das freie Armende entweder einen elektrischen Kontakt, einen veränderbaren Widerstand oder den magnetischen Kreis eines Elektromagneten«

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Allen diesen bekannten Vorrichtungen ist jedoch gemeinsam, dass sie eine verhältnismässig grosse Trägheit haben, was die Ansprechempfindlichkeit bzw. Regelempfindlichkeit und damit die realisierbare Aufspulgeschwindigkeit in unwirtschaftlicher Weise begrenzt, Ausserdem besteht bei den bekannten Maschinen häufig die Gefahr, dass störende mechanische Schwingungen auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Aufspulmaschine zu schaffen, welche diese Nachteile vermeidet und welche eine sehr rasche, gleichmässige und zuverlässige Aufwicklung von insbesondere dünnen Drähten und Fäden zu erzielen erlaubt.

Ausgehend von einer Aufspulmaschine des eingangs beschriebenen Typs ist die Erfindung zur Lösung der genannten Aufgabe dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Einrichtung zwei mit einer Wechselspannungsquelle verbundene Kondensatorplatten und einen den aufzuspulenden Draht abstützenden, elastisch aufgespannten und wenigstens teilweise leitenden Draht aufweist, welcher an einen elektrischen Verstärker angeschlossen, als Sonde isoliert zwischen den Kondensatorplatten hindurchgeführt und gegenüber diesen unter der Wirkung der veränderlichen mechanischen Spannung des Drahtes bewegbar ist, und dass die infolge der Sondenbewegung und damit der Kapazitätsänderung des Kondensators vom erwähnten' Verstärker abgegebenen, entsprechend veränderlichen elektrischen Signale auf einen die Bremsvorrichtung für den aufzuspulenden Draht ' '

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steuernden Stellmechanismus gegeben werden.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen an einem AusfUhrungsbeispiel naher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf die Aufspulvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung der Ansicht nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Blockschaltbild ,

Fig. 4 ein elektrisches Schaltbild, und

Fig. 5 ein die Funktion der Maschine veranschaulichendes Diagramm.

Nach den Fig. 1 und 2 weist die Maschine eine horizontale Grundplatte 1 auf, auf der ein Trager 40 für die Drahtvorratsrolle 2 angeordnet ist. Der Draht 3 wird von dieser Rolle 2 abgespult und auf eine Rolle 4 aufgewickelt, welche durch einen Motor 5 in Drehung versetzt wird.-Dabei wird der Draht 3 zwischen zwei Filzbremsschuhen 6 und 7 hindurchgeführt, welche dazu die^nen, den Draht etwas zu bremsen. Hinter diesen Bremsschuhen 6 und 7 passiert der Draht 3 eine Führungs- und Umlenkrolle 8, welche auf

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einem Draht 9 drehbar gelagert ist. Dieser, die Achse der Rolle 8 bildende Draht 9 stützt sich beiderseits der Rolle 8 auf zwei Filzlagern 10 und 11 ab, und die Spannung des Drahtes 9 wird mittels einer Schraube 12 eingestellt, durch welche die Spannung bzw. die.Deformation einer koaxial zum Draht 9 an diesem befestigtenFeder 13 veränderbar ist. Ein Zeiger 14 ,der sich über einer Skalenteilung 15 bewegt und an der Einstellschraube 12 befestigt ist, erlaubt die reproduzierbare Einstellung der Spannung des Fadens 9.

Oberhalb bzw. unterhalb des Fadens 9 sind zwei Elektroden 16 und 17 angeordnet, welche über eine elektronische Einheit 18 gespeist werden, deren Ausgänge einerseits mit beiden Elektroden 16 und und andererseits mitdbm Draht 9 verbunden sind. Ein kinematisch mit dem Motor 5 verbundener Arm 19 steuert die seitliche Verschiebung des Drahtes 3 derart, dass eine korrekte-Auffüllung der Aufnahmespule 4 gewahrleistet wird.

Die elektronische Einheit 18 ist andererseits an eine elektromagnetische Einheit 20 angeschlossen, welche einen festen Magneten 21 und einen beweglichen Anker 22 aufweist. Am Anker 22 sind einerseits eine Erregerspule 23 und andererseits der eine berexts erwähnte Filzbrems schuh 6 befestigt. Der andere Bremsschuh 7 ist an einer fest mit dem Maschinengestell verbundenen Brücke 23 befestigt.

Pie auf den Fig. 3 und 4 näher dargestellte elektronische Einheit

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weist einen Oszillator LC24 auf, der beispielsweise eine Wechselspannung von lOOV und 80 kHz liefert. Diese Spannung wird an die beiden Elektroden 16 und 17 gelegt, zwischen denen der die Rolle 8 tragende Draht 9 verläuft. Dieser Draht 9 stellt eine Sonde dar,

j deren Aufladungsspannung eine Funktion der Kapazität des aus ; Elektroden und Draht gebildeten Kondensators ist, wobei diese

η -Kapazität von den Abstanden abhält, welche der Draht 9 von den

ι beiden Elektroden 16 und 17 einnimmt. Diese Ladespannung wird über einen zweistufigen Verstärker 25, der mit einem Resonanzkreis arbeitet, verstärkt und ansehliessend durch einen Gleichrichter 30 gleichgerichtet. Der Ausgang des Gleichrichters 30 wird in einen RC-Filter 26 eingegeben, in welchem die 80kHz-Wechselstrom~ komponente sowie die Harmonischen dieser Spannung ausgefiltert werden , so dass lediglich die Gleichstromkomponente des Ausgangs signals vom Gleichrichter 30 passieren kann. Diese Ausgangsgleich- ) spannung aus dem Filter 26 wird auf einen Komparator 27 gegeben,

welcher gleichzeitig eine Bezugs spannung χ aus einer Bezugs Spannungsquelle 28 erhält. Das Vergleichssignal am Ausgang des Komparators 27 wird in einem Leistungs-Gleichstromverstärker verstärkt und ansehliessend auf die Wicklung 33 der elektromagnetischen Einheit 20,22 gegeben, um auf diese Weise die effektive Bremskraft, die zwischen den beiden Bremsschuhen 6 und 7 auf den Draht 3 wirkt, im Rhythmus der Lageänderung en der Rolle 8 zu steuern.

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Die beschriebene Vorrichtung arbeitetfclgendermassen:

Der auf die Aufnahmerolle 4 aufzuspulende Draht 3 wird zunächst, nachdem das Drahtende von der Vorratsrolle 2 abgewickelt wurde, von Hand zwischen die beiden Filzbremsschuhe 6 und 7 eingelegt, wird dann über die aus einem isolierenden Material bestehende Führungsrolle 8 sowie über den Führungsarm 9 geführt und am Kern der Aufnahmerolle 4 befestigt (Fig. 1 und 2). Die Rolle 8 ist elastisch auf dem beispielsweise aus Stahl bestehenden, die Sonde bildenden Draht 9 gelagert und unterliegt zwei entgegengesetzt gerichteten, unter einem gewissen Winkel angreifenden Kräften, die von den beiderseits der Rolle 8 befindlichen Abschnitten des über die Rolle 8 geführten Drahtes ausgeübt werden, der beispielsweise aus Kupfer besteht. Die Resultierende dieser beiden Kräfte wird durch die Reaktionskraft des gespannten Drahtes 9 ausgeglichen.

Mit Hilfe der Schraube 12 wird das beschriebene System derart justiert, dass sich der Sondendraht 9 im Ruhezustand der Maschine, wenn also der aufzuwickelnde Draht 3 keine Aufspulspannung erfährt, gerade in unmittelbarer Nahe der Elektrode 16 befindet. Diese Ausgangsspannung des Sondendrahtes 9 lässt sich mittels des erwähnten Zeigers 14 auf der Skala 15 ablesen.

Die vom Oszillator 24 gelieferte Wechselspannung von lOOV wird symmetrisch inbezug auf das Massepotential auf die beiden Elektroden

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16 und 17 verteilt. Der Sondendraht 9 zwischen den beiden Elektroden bildet eine dritte Elektrode, welche kapazitiv die von den Elektroden 16 und 17 erhaltenen Spannungen addiert. Da die von der Elektrode herrührende Spannung das umgekehrte Vorzeichen wie die von der Elektrode 17 herrührende Spannung hat, wird also durch die Sonde gerade die Differenz der beiden, von den Elektroden 16 und 17 herrührenden kapazitiven Spannungen gemessen. Da ferner in der Ruhelage die Sonde 9 in. unmittelbarer Nähe der Elektrode 16 liegt, erhält sie von dieser eine maximale Wechselspannung von 50V. Wenn sich der Sondendraht 9 zwischen den beiden Elektroden 16 und 17 hin- und herbewegt, dann ändert sich die kapazitive Spannung ents prechend derart, dass sie den Wert Null erreicht, wenn sich die Sonde gerade in der Mitte der beiden Elektroden 16 und 17 befindet. Zur Vereinfachung verwendet man zweckmässigerweise nur die obere Hälfte des Abstandes der Elektroden, da eine Bewegung der Sonde innerhalb der unteren Hälfte des Elektrodenabstands eine Phasenumkehr der Spannung um 180 zur Folge hätte, die dann durch geeignete Mittel erfasst und verarbeitet werden müsste.

Die Spannung der Sonde 9 ändert sich also entsprechend der Lage, welche diese Sonde 9 zwischen den beiden Elektroden 16 und 17 einnimmt, das heisst also, als Funktion der auf den Draht 3 während der Aufspulung ausgeübten Zugkraft.

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Diese Sondenspannung wird nach Verstärkung, Gleichrichtung und Filterung auf den Komparator 27 gegeben, wo sie, wie erwähnt, mit einer festen Bezugs spannung, beispielsweise von weniger als 3V, verglichen wird, die der Bezugs Spannungsquelle 28 entnommen wird. Diese Bezugs Spannungsquelle 28 weist, nach Fig. 4 einen aus den Widerständen 31 und 32 bestehenden Spannungsteiler auf.

Das Aus gang s signal aus dem Komparator 27 gelangt in den Gleich- %

stromverstärker 29, dessen Belastungsimpedanz im Ausgangskreis der letzten Stufe durch die "Wicklung 33 der elektromagnetischen Einheit 20,22 gebildet wird.

Um zu verhindern, dass das beschriebene elektromechanische System zu oszillieren beginnt, muss dafür gesorgt werden, dass der die Spule passierende Strom progressiv als Funktion der Lage der Sonde 9 zwischen den Elektroden 16 und 17 variiert, wobei diese Lage der i

Sonde 9 der mechanischen, auf den Draht 3 ate geübten Spannung entspricht. Das aus dem aufzuspulenden Draht 3 und dem die Sonde bildenden Draht 9 bestehende mechanische System ist jedoch nicht stabil und hat die Tendenz, in Schwingungen zu geraten. Um derartige mechanische Schwingungen zu verhindern, stützt sich der Sondendraht 9 beiderseits der Rolle 8 auf den erwähnten Filzlagern 10 und 11 ab, wodurch sick etwa ausbildende Schwingungen sofort vollständig gedämpft we rde n.

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Wenn sich die Sonde 9 (Fig. 4) in der Nähe der Elektrode 16 befindet, dann hat die am Ausgang des Filters 26 herrschende gleichgerichtete Spannung einen Wert von mehr als wenigstens 3 V. Das reicht aus, um den Transistor 34 in den leitenden Zustand zu versetzen. Infolge der Widerstände 31 und 35 sinkt daraufhin die Kollektorspannung am Transistor 34 ab, (beispielsweise um wenigstens 3,2V), was zur Folge hat, dass die Basisspannung am Transistor 36 des Verstärkers infolge des Spannungsteilers 37,38 soweit positiv wird, dass der Transistor 36 sperrt. Am Kollektor des Transistors 36 herrscht daher eine verhältnismässig hohe Spannung, welche in den nachfolgenden, mit drei in Kaskade geschalteten Transistoren arbeitenden Stufen des Gleichstromverstärkers 29 verstärkt wird. Der Ausgangs strom aus der letzten Verstärker stufe speist die Wicklung 33, die im Emitterkreis des letzten Transistors liegt.

W Wenn nun der Sqaendraht 9 infolge einer mechanischen Spannung des

aufzuwickelnden Drahtes 3 aus seiner Ruhelage verschoben wird, dann verringert sich progressiv die gleichgerichtete Ausgangs spannung am Filter 26. Wenn diese Spannung den Bezugs wert von wengistens 3V unterschreitet, dann gelangt der Transistor 34 in den Sperrzustand, und seine Kollektorspannung steigt entsprechend an. Wegen der Widerstände 35,37 und 38 wird nunmehr eine negative Spannung an die Basis des Transistors 36 gelegt, der dar aufbin leitend wird, so dass seine Kollektor spannung zusammenbricht. Das hat zur Folge,

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dass die Erregung der Spule 33 aufhört und dementsprechend die Bremswirkung der Backen 6 und 7 entfällt; der Draht 3 kann sich nunmehr frei zwischen den beiden Bremsbacken 6 und 7 bewegen.

Auf Fig. 5 wird schematisch die Funktion der Maschine anhand eines Diagramms erläutert. Die Sonde 9 ist in ihrer Ruhelage in unmittelbarer Nähe der Elektrode 16 dargestellt. Auf der Abszisse des Koordinatensystems nach Fig. 5 ist die Verschiebung der Sonde 9 fj

in Längeneinheiten (mm) angegeben, während auf der Ordinate die Stromstärke in der Wicklung 33 der elektromagnetischen Einheit 20,22 . dargestellt ist. Die eingezeichnete Kurve 39 entspricht der Ansprechkurve bzw. der Empfindlichkeitskurve der Maschine.

Wenn die mechanische Spannung des Drahtes 3 so gering ist, dass praktisch keine Wirkung auf die Sonde 9 ausgeübt wird, dann befindet sich diese nach wie vor in der Nähe der Elektrode 16. In diesem Zustand hat der Strom durch die Spule 33 seinen grössten Wert, d.h. also, die aus den Bremsbacken 6 und 7 gebildete Bremse wirkt in voller Stärke auf den Draht 3. Wenn sich nun mit steigender , Spannung des Drahtes 3 die Sonde 9 in Richtung auf die Elektrode 17 bewegt, dann erreicht sie den auf Fig. 5 schraffiert dargestellten Arbeitsbereich. In diesem Arbeitsbereich bewirkt eine relativ kleine Verschiebung der Sonde 9 eine starke Aenderung der Stromstärke in der Spule 33, da innerhalb dieses Bereiches die Kennlinie 39

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eine starke Steigung aufweist. Diese empfindliche Abhängigkeit der Stromstärke in der Verschiebung der Sonde 9 erlaubt eine derart empfindliche Regelung, dass die auf den Draht 3 ausgeübte Bremskraft im stationären Arbeitsbetrieb praktisch konstant bleibt. Wenn aus irgend einem Grunde jedoch die mechanische Spannung des Drahtes 3 zu stark wird, dann nähert sich der Sondendraht 9 der Elektrode 17, ^ was zur Folge hat, dass der Strom in der Spule 33 und damit die

Bremswirkung auf den Draht 3 vollständig verschwindet, so dass der Draht 3 der erhöhten Zugspannung unter Abwicklung von der Vorratsrolle 2 sofort frei nachgeben kann.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene Vorrichtung begrenzt, sondern lässt hinsichtlich der Ausbildung der mechanischen Bremse sowie der elektronischen Schaltung zur Steuerung der Bremskraft in Abhängigkeit von der Verschiebung der Sonde 9 zwischen den Elektroden mannigfache Varianten zu. Beispielsweise kann die elektromechanische Vorrichtung 20,22 mit der Spule 33 durch einen einfachen Elektromagneten mit einem beweglichen Anker ersetzt werden; Oszillator, Verstärker, Filter und Komparator können anders aufgeb aut sein als beschrieben, und auch die zur Bremsung dienenden Filzbremsschuhe 6 und 7 für den Draht 3 sowie die zur Dämpfung etwaiger Schwingungen der Sonde 9 dienenden Filzlager 10 und 11 können unter Verwendung anderer Materialien anders aufgebaut sein. Insbesondere ist es auch möglich, die Sonde 9 mit einer Schwinge oder

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einer Schaufel zu versehen, die sich in einer viskosen Flüssigkeit dreht und auf diese Weise unter Dämpfung etwaiger Schwingung ei gebremst wird.

Dank der hohen Empfindlichkeit der elektronischen Regelschaltung und der raschen Ansprechgeschwindigkeit der Maschine erlaubt es die Vorrichtung, rait grosser Sicherheit und Regelmässigkeit selbst die dünnsten Drähte aufzuspulen. Bei den aufzuspulenden Drähten braucht es sich nicht notwendigerweise um elektrisch leitende zu handeln, sondern es können Drähte oder Fäden für beliebige andere Anwendungen sein. Auch kann die Aufspulroie einen beliebigen Querschnitt haben.

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Claims (6)

PATENTANSPRUECHE :

1. Aufspulmaschine für Drähte und Fäden mit einem die Aufspulrolle antreibenden Motor, wenigstens einem Führungsorgan für den aufzuspulenden Draht und einer elektrischen Einrichtung, die als Funktion der mechanischen, auf den Draht während der Aufspulung ausgeübten Spannung eine die Bremsung des Drahtes regelnde Vorrichtung steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Einrichtung zwei mit einer Wechselspannungsquelle (18) verbundene Kondensatorplatten (16J17) und einen den aufzuspulenden Draht (3) abstützende^ elastisch aufgespannten und wenigstens teilweise leitenden Draht (9) aufweist, welcher an einen elektrischen Verstärker (25) angeschlossen, als Sonde isoliert zwischen den Kondensatorplatten (16,17) hindurchgeführt und gegenüber diesen unter der Wirkung der veränderlichen mechanischen Spannung des Drahtes (3) bewegbar ist, und dass die infolge der Sondenbewegung und damit der Kapazitätsänderung des Kondensators vom erwähnten Verstärker (25) abgegebenen, entsprechend veränderlichen elektrischen Signale auf einen die Bremsvorrichtung (6,7) für den aufzuspulenden Draht (3) steuernden Stellmechanismus (21,22) gegeben werden.

2, Aufspulmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erwähnte Sondendraht (9) eine Rolle (8) trägt, auf welcher sich der aufzuspulende Draht (3) abstützt.

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3. Aufspulmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Sondendraht (9) auf einer Schwingungen dämpfenden Unterlage (4,11 ) abstützt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese dämpfende Unterlage aus zwei beiderseits der Auflage des aufzuspulenden Drahtes (3) auf dem Sondendraht (9) angeordneten FiIz-

lagern (10,11) besteht. λ

5. Aufspulmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Dämpfung des Sondendrahts (9) aus einer viskosen Flüssigkeit bestehen, durch welche der Draht geführt ist.

6. Aufspulmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung für den aufzuspulenden Draht (3) aus zwei Filzbrems schuhen (6,7) besteht, von denen der eine (6) am beweglichen Anker (22) einer elektromagnetischen, vom erwähnten Verstärker gesteuerten Vorrichtung befestigt ist.

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