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"Verfahren und Anordnung zur Konstanthaltung des Wickelzuges von Abwickeleinrichtungen"
Priorität: 290 September 1965/Schweiz Anmelde-Nr: 13 447/65 Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zur Steuerung des Wickelzuges von Abwickeleinrichtungen,
bei denen eine Induktions- oder Wirbelstrombremse mit annähernd hyperbelförmiger
Drehmoment-Drehzahl-Charakteristik mit Hile ihres Spulenstromes so geregelt wird,
daß die gewünschte Zugspannung des Wickelgutes während des gesamten Wickelvorganges
konstant bleibt Die Erfindung besieht sich ferner auf eine Anordnung zur Durchführung
dieses Verfahrens. die Aufgabenstellun bei Wickeleinrichtungen besteht im allgemeinen
darin, unabhängig vom Wickeldurchmesser eine möglichst gleichblelbende Zugapnnung
zu erhalten. Je nach Art des Wickelgutes Alnd der Verarbeitungsabedingungen sind
die Anforderungen an die Genauigkeit, mit der die Zugspannung eingehalten werden
soll,
sehr unterschiedlich0 Ee sind Regeleinrichtungen ftlr Induktions- udn Wirbelstrombremsen
bekannt, die auf konstante Wickelleistung regeln und die Zugspannung des Wiokelgutes
bei gleichbleibender Geschwindigkeit konstant haltens Beim Beschleunigen und Verzögern
treten jedoch Abweichungen von dem gewtlnsohten wickelzug auf, die in manchen Fällen,
insbesondere bei empfindlichem Wickelgut oder bei großer Schwungmasse des gewickelten
Bundes nicht mehr zulässig sind.
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Es sind weiterhin Regeleinrichtungen fUr Wickler bekannt, die Bit
Hilfe einer Bandzugmeßeinrichtung die Zugepannung des Wickelgutes direkt messen
und d iese Größe zur Regelung benutzen. Bei ihnen wird die Zugspannung unabhängig
vos Wickeldurchmesser und von Beschienunigungs- und Verzögerungsvorgängen konstant
gehalten. Die Verwendung dieser Bandzug-Meßeinrichtungne ist jedoch mit zusätzlichem
konstruktivem Aufwand, Bo Druokmeßdosen, Tänzenwalzen oder Druckrollen verbunden,
die au.
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Platzgründen oder wegen besonderer Oberflächenempfindlichkeit des
Wickelgutes nicht iuer erwünscht sind. Weiterhin sind Regeleinrichtungen für Induktions-
udn Wirbelstrombremsen bekannt geworden, die mit Hilfe von Einrichtungen zur mechanischen
oder optischen Abtastung des Wickeldurchmessers eine Regelung auf konstanten Wickelzug
bewirken. Auch bei diesen Anordnungen liegt der Nachteil in dem zusätzlichen, konstruktiven
Aufwand bzw einer gewissen Behinderung bei der Bedienung der Maschine.
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Die Erfindung vermeidet diesen zusätzlichen Aufwand und dte damit
verbundenen Nachteile und bewirkt trotzdem einen konstanten Wiokelaug während des
gesamten Wiokelvorganges durch Anw.ndung der an sich bekannten Induktions- oder
Wirbelstrombrems' mit annähernd hyperbelförmiger Drehmoment-Drehzahl-Charakteristik,
wobei bewußt auf etne direkte Mesusng der Zugapannung und des Wickeldurchmessers
verzichtet wird.
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Erfindungsgemäß wird eine der Geschwindigkeit des Wickelgutes proportionale
elektrische Spannung mit einer konstanten Gleiohspannung in Reihe geschaltet, die
summe beoider Spannungen einer dritten, der Haspeldrehzahl proportionalen Spannung
entgegengeschaltet, wobei die sich ergebende differenzspannung den 8pulenstrom der
luduktions- der Wirbelstrombremse nach einer gekniokten Strom-Drehzahlkennlinie
beim Anlauf der Wickelinrichtungen zunächst aufwärts und nach Erreichen der vollen
Geschwindigkeit abwärts so steuert, daß das Bremsmoment während des Hochlaufs konstant
bleibt und bei der weiteren Abwioklung hyperbelförmig abnimmt. Dabei wird du Polrad
der Induktios-oder Woirbelstrombremse entgegen der Abwicksldrehrichtung mit einer
solchen Drehzahl angetrieben, daß der Wendepunkt der Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie
erreicht ist und nur der gleicheinnig gekrümmte, annähernd hyperbelförmgie Teil
der Kennlinie durchfahren wird. Dadurch wird das vorgeschlagene Steuerungeprinsip
überhaupt erst möglich, da nur in diesem Bereich die Kennlinien des Stromes Uber
der Drehtahl fast linear verlaufen und durch zwei Geraden mit unterschiedlicher
Neigun genügend genau angen@@ert werden können.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung zur Durchfilhrung dieses Verfahrens
werden die elektrischen Spannungen, dio der Geschwindkgieit die Wickelgutes und
der haspeldrehzahl proportional sind, von zwei Drehzahlgebern erzeugt, von denen
einer mit den Treibrollen und der zweite mit der Haspelwelle mechanisch gekuppelt
ist. Die Differenzspannung der beidon Drehzahl gebor steuert d3n spulenstrom der
Induktions- oder Wirbelstrombremse in der obon erähnten Weise zunächst aufwärts
und nach Erreichen der vollen Geschwindigkeit des Wickelgutes wieder abwärts, wobei
mit dem an die Treibrollen angebauten Drehzahlgeber noch eine elektrische Gleichspannung
in Rieh geschaltet ist.
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Die beiliegende Zeichnung erläutert die Erfindung näher. Fig. 1 stellt
die Drehmoment-Drehzahl-Charakteristik der Bremse sowie die Drehmoment-Drehzahl-Charkatoristik
des Bundes beim Abwickeln, letzteres gestrichelt, dar.
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Fig. 2 neigt die Spulenstrom-Drehzahl-Kennlinie der gesteuerten Bremse.
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In Fig. 3 ist der Verlauf der Widerstandskurve des Beschleunigunga-
und Verzogerungsschaltkreises dargestellt.
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Fig. 4 zeigt ein beispiel der erfindungsgemäßen Anordnung.
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Das Wickelgut wird durch die Treibrollen i von der Abwicdkeleinrichtung
2 abgezsogen An die Wickelwelle ist eine Wirbelstrom-oder
Induktionsbremse
3 angebaut. Sie besteht aue zwei drehbar gelagerten hälften, dem sogenannten Polrad
und dem Anker. Das Drehmoment wird durch Magnetkraft übertragen und iot mit Hilfe
des Stromes der Spule 4 einstellbar9 Die aine Hälfte der Wirbelstrom- oder Induktionsbremse
ist mit der Wickelwelle gekuppelt, die zweite Hälfte wird von einem Drehstromgetriebemotor
5 mit konstanter Drehaahir entgegen der Abwickeldrehrichtung, angetrieben. Die Drehzahl
ist so bemessen, daß die im Wendepunkt der Drehmoment-Drehzahl-Charakteristik liegt
(Fig.10. Unter Wendepunkt ist der Punkt zu verstehen, in dem die Rechtskrümmung
der Kennlinie in eine Linkskrummung übergeht. Damit wird erreicht, daß der steil
ansteigende Teil der Charakterietik bis zum Wendepunkt vermieden und ausschließlich
der gleichsinnig gekrümmte, annähernd hyperbelförmige Teil durchfahren wird. Die
Spule 4 wird von einem elektrischen Verstärker 6 gespeist. Er enthält eine Stromregelung
mit Soll-Ist-Vergleich, die dafür sorgt, daß der Spulenstrom von der Erwärmung der
Spule und der damit verbundenen Erhöhung des ohmschen Widerstandes nicht beeinflußt
wird.
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Im Eingangskreis des Verstärkers 6 liegen die Drehwiderstände 7, 8
und 9. Die Drehwiderstände 7 und 8 sind mechanisch miteinander gekuppelt und werden
mittels eines Handdrehknopfes auf den Anfangs-wickeldurchmesser eingestellt. Der
Widerstand 9 dient zur Einstellung des gewünschten Wickelzuges. Er ist mit den Widerständen
10, 11, 17 und 18 in Reihe geschaltet. Die Widerstände 10 und 11 liegen an der Spannung
des Drehzahlgebers 12 und der konstanten Gleichopannung 13. Die Widerstände 17 und
X8
liegen an der Spannung des Drehzahlgebes 19. Der Drzahlgeber 12 ist mit den Troibrollen
1 und der Drehzahlgeber 19 mit der Wickelwelle 2 mechanisch gekuppelt.
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Im Stillstand der Wickeleinrichtung ist bereits eine elativdrehzahl
zwischen den beiden Hälften der Induktions- oder Wirbelstrombremse vorhanden, so
daß die Zugapannung des Wickelgutes zwischen don Treibrollen 1 und dem Abwiokler
2 mit Hilfe des Widerstandes 9 bereits bei stehendem Haspel auf den gewünschten
Wert eingestellt werden kann Setzt man voraus, daB beim anlauf der Wickelvorrichtung
bis zum erreichen der vollen Geschwindigkeit der Wickeldurchmesser nur unwesentlich
abnimmt, so muß zur Erzielung einer konstanten Zugspannung das Bremsmoment der Induktions-
oder Wirbelstrombremse konstant bleiben. Das llBt sich dadurch erreichen, daß der
Spulenstron (Fig.20 von dem im Stillstand eingestellten Wert a auf den Wert b hochgesteuert
wird. Die Kennlinie, nach der die Verstellung des Spulenstromes erfolgen muß, läßt
sich aus der nawtürlicyhen Drehmoment-Drehzahl-Charakteristik der tor wendeten Induktions-
oder Wirbelstrombremse auf grpahischem Wege punktweise ermitteln. Dabei ergibt sich
eine leicht gekrümmte Kennlinie, die sich durch eine Gerade genügend gensu annähern
läßt.
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Nach Erreichten der vollen Geschwindigkeit soll die weitere Abwicklung
bei abnehmenden Wickeldurchmesser ebenfalls mit konstanter Zugepannung erfolgen.
Das Drehmoment, das sieh aus
dem Produkt von Zugkraft und Wickelradus
ergibt, muß also ii gleichen Maße,wie der Wickeldurchmesser,abnehmen, Bei konstanter
Geschwindigkeit ergibt sich daraus eine Veränderung des DrehmosenteB im umgekehrten
Verhältnis zur Vickeldrchzahl, d.@. nach einer Hyperbel (gestrichelt in Fig.1 eingetragen),
@@@@@@2 au erreichen, wird der Spulenstrol der Induktionsbremse in Abahängigkeit
von der Drehsshl abwärts gesteuert (Fig.2). bei kann die Kennlinie, nach der der
Spulenstrom verändert werden nuß, ebenfalls auf graphischem Wege punktweise aus
der natüliohen Drehmoment-Drehzahl-Charakteristik der verwendeten Induktions- oder
Wirbelstrombremse ermittelt werden. Se ergibt sich auch fUr diesen Teil der Stromkennlinie
ein fast linearer Verlaute Um den gewUnsohton Drehmomentenverlauf (gestriohelt in
Fig.1) zu erhalten, d.h. konstantes Bremsmoment während des Hochlaufs der Wickelvorrichtung
und hyperbelförmig abfallendes Moment während des Abwickelns mit konstanter Geschwindigkeit,
muß aleo der spulenstrom der Induktionsbremse nach der geknickten Kennlinie der
Fig.2 zunächst aufwärts in Abhängigkeit von der Wickelgeschwindigkeit und denn abwärts
in Abhängigkeit von der Wickeldlrehzahl gesteuert werden.
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Diese geknickte Stromkennlinie wird durch die Differenzschaltung der
beiden Drehzahlgeber 12 und 19 erreicht. Der Drehzahlgeber 12 gibt zusammen mit
der in Reihe geschalteten konstanten Gleichspannung 13 eina Gesamtspannung ab, die
an den Widerständen 10 und 11 abgegriffen wird und die der Kennlinie 1 (Fig.2) entspricht
Die Gleichspannung ist dabei ein Maß für den Anfangs.. wert a des spulenstromes
im Stillstand des Haspels. Beim Hochlauf
gibt der mit den Treibrollen
gekuppelte Drehzahlgeber 12 eine Spannung ab, die mit der Geschwindigkeit des Wickelgutes
proportional ansteigt und nach Erreichen der vollen Geschwindigkeit konstant bleibt
(Kennlinie 1, Fig. 2).
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Der Drehzahlgeber 19, der mit der Wickelwelle gekuppelt ist, gibt
eine Spannung sb, die proportional mit der Haspeldrehzahl wächst und der Kennlinie
2 (Fig.2) entspricht. Sie wird an den Widerständen 17 und 18 abgegriffen und der
Spannung an den Widerständen 10 und 11 entgegengeschaltet. Die Differenz beider
Spannungen liegt an des Widerstand 9 und steuert Uber den Verstärker 6 den Spulenstrom
entsprechend der geknickten Stromkennlinie (Fig.20. Die gewünschte Stromkennlinie
wird also durch differenzbildung der beiden Kennlinien 1 und 2 (Fig.20 erzielt0
Anfangspunkt 8 (Fig.2) und Neigung der Stromkennlinie ist Uber das bisher Gesagte
hinaus noch abhängig von dem anfangsdurchsesser des wickelgutes. Dieser Einfluß
wird durch die Widerstände 10 und 17 berücksichtigt. Der kleinstmögliche Wickeldurobaesser,
d.h. derjenige des Wickeldornn, ist durch die Widerstände 11 und 18 gegeben Beim
Beschleunigen und Verzöger der Wickelvorriohtung treten zusätzliche Kräfte auf,
die von der Größe der Schwungsmassen und der Dreh£ahldifferenz pro Zeiteinheit abhängen.
Es wird voraungesetzt, daß der i3anddurchmesser als Maß fUr dao Gesamtschwungmoment
angesehen werden kann und Hochlauf und Bremsen mit konstanter Beschleunigung bzw.
Verzögerung erfolgen, Beim
Beschleunigen schließt der Schalter
14 und beim Verzögern der Schalter 15o Dabei wird jeweils in umgekehrter Richtung
eine Glelobspannung auf die Widerstände 7 und 8 geschaltet, die über den Verstärker
6 den Strom der Spule 4 so verändert, daß die Besohleunigungs- bzw0 Verzögerungskräfte
an der Wickelwelle tompensiert werden. In der Fig.3 ist ein Beispiel fUr den Verlauf
der Geschleunigungswerte in Abhängigkeit vom Wickeldurchiesser angegeben, Im allgemeinen
fällt die Kennlinie zunächst ab und steigt nach einem Minimum wieder an. Dieser
Verlauf ist dann gegeben, wenn das Schwungmoment des Wickeldorns mit den mechanisoh
gekuppelten Teilen so groß ist, daß es gegenüber dem Schwungmoment des gewickelten
Bundes nicht vernachlässigt werden darf.
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Diese Kennlinie kann dadurch angenähert werden, daß die beiden mechanisch
gekuppelten Drehwiderstände 7 und 8 eine Stuienwicklung zur erzielung eines geknickten
Widerstandverlaufs erhalten (gestrichelt in Fig. 3) und erfindungsgemäß gegenläufig
so in Reihe geschaltet werden, daß die Summe beider Widerstandswerte bei Verstellung
den Drehwinkels zunächst abnimmt und dann wieder zuni@mt, so daß der fUr die Besohleunigungsaufschaltung
erwUnsohte Widerstandaverlauf mit guter Annäherung erreicht wird. Der Widerstand
16 dient zur Erfassung der mechanischen Reibung, Der aufgeschaltete Beschleunigungswert
muß größer sein als der Verzögerungswert, da die Reibungskräfte an der Wickelwelle
bremsend wirken,