DE2165691A1

DE2165691A1 - Kontaktloser winkelstellungsgeber, insbesondere zur fadenspannungsregelung bei wicklerantrieben

Info

Publication number: DE2165691A1
Application number: DE19712165691
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr Ing Liska
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-12-30
Filing date: 1971-12-30
Publication date: 1973-07-12
Also published as: FR2170627A5; JPS4880837A; CH550379A; NL7216703A; DE2165691B2; BE793416A; DE2165691C3

Description

Kontaktloser Winkelstellungsgeber, insbesondere zur Fadenspannungsregelung bei Wicklerantrieben

Die Erfindung bezieht sich auf einen kontaktlosen Winkelstellungsgeber, insbesondere zur Fadenspannungsregelung bei Wicklerantrieben.

Die Eigenschaften fadenförmiger Materialien, insbesondere Garne der Textilindustrie, können bei einem WickelVorgang wesentlich verändert werden, wenn sich die Fadengeschwindigkeit oder die Fadenspannung während des Wickelvorganges ändern. Für sogenannte Achswickler werden deshalb drehzahlgeregelte Antriebe verwendet. Als Regelgröße findet entweder der Fadenzug (Hauptregelgröße) oder die Fadengeschwindigkeit (Ersatzregelgröße) Anwendung.

Zur Festlegung des Fadenzuges wird in der Regel eine sogenannte Pendel- oder Tänzerwalze eingesetzt. Eine solche Walze ist vom Faden umschlungen und wird bei einer Veränderung des Zuges von ihrer Ruhestellung ausgelenkt. Die gewünschte Fadenspannung wird entweder durch das Gewicht der Wal-ze oder durch eine einstellbare Gegenkraft, meist in Form einer Feder, festgelegt, so daß die Auslenkung aus ihre,r Ruhestellung ein Maß für die Abweichung von diesem Wert ist. Bei einem bekannten Wicklerantrieb wird die Auslenkung der Pendelwalze über einen Pendelwalzenarm auf ein an Spannung- liegendes Geberpotentiometer übertragen, von dem dann eine dem Auslenkwinkel proportionale Spannung abgenommen werden kann. Diese Spannung kann mittelbar oder unmittelbar als Sollwert einem Drehzahlregler des Wicklerantriebes dienen. In diesem Zusammenhang wurde bereits vorge-

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schlagen, die dem Auslenkwinkel einer Pendelwalze proportionale Gleichspannung dem Drehzahlregler einmal unmittelbar über ein Vorhaltglied und einmal mittelbar über ein Begrenzung^ glied, einen Integrator und einen ITmkehrverstärker als Sollwert zuzuführen.

Da die Bewegung der Pendelwalze bei einem Wickler infolge der Changierung mit relativ hoher Frequenz erfolgt, unterliegt ein solches Geberpotentiometer einer sehr hohen Abnutzung. Ferner bereitet die Einstellung und Änderung der Einstellung der Fadenspannung erhebliche Schwierigkeiten, insbesondere bei Vorhandensein mehrerer Wickler, da ja zu diesem Zweck das Gewicht und/oder die Federvorspannung der Pendelwalzen geändert werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kontaktlosen WinkelStellungsgeber, insbesondere zur Fadenspannungsregelung von ■ Wicklerantrieben zu schaffen, bei dem keine der Abnutzung unterliegenden Teile vorhanden sind und bei dem ferner die Möglichkeit besteht, die Einstellung der Fadenspannung nicht nur während der Inbetriebnahme, sondern auch bei vollem Betrieb zu vereinfachen.

Dies wird bei dem kontaktlosen Winkelstellungsgeber gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß ein um eine Drehachse schwenkbar angeordneter zylindrischer Dauermagnetkörper auf ein ortsfest angeordnetes magnetfeldgesteuertes Halbleiterbauelement, insbesondere einen Hallgenerator einwirkt, welcher eine dem Drehwinkel des Dauermagnetkörpers bzw^ vom Auslenkwinkel eines Pendelwalzenarmes abhängige Spannung abgibt. Vorzugsweise ist der Dauermagnetkörper entlang seines Umfangs mit einer sinusförmigen oder trapezförmigen Magnetisierung, versehen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann der kontaktlose Winkelstellungsgeber auch zur Einstellung der Fadenspannung herangezogen werden, und zwar in der Weise, daß zwischen Dauermagnetkörper und einem Hückschlußteil eine

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oder mehrere Wicklungen angeordnet sind, welche den Dauermagnetkörper mit einem definierten Luftspalt umgeben, und daß durch mindestens eine der Wicklungen ein dem erforderlichen Rücks'tellmojn ent (Fadenspannung) entsprechender Strom geschickt ist. Durch entsprechende Bemessung des Stromes kann in. einfacher Weise die Fadenspannung eingestellt werden.Dies , ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber den bekannten Pendelwalzengebern, insbesondere bei mehreren gemeinsam angetriebenen Wicklerantrieben. In vorteilhafter Weise sind zur gemeinsamen Einstellung der Fadenspannung mehrere*Wicklerantriebe die der Zugspannung dienenden Wicklungen an einer gemeinsam einsteilbaren Stromquelle angeschlossen. Ein Abgleich kann in der Weise vorgenommen werden, daß in Reihe mit jeder Wicklung ein Abgleichwiderstand geschaltet ist.

Eine vorteilhafte Weiterentwicklung des kontaktlosen Winkelstellungsgebers besteht darin, daß mindestens eine der Wicklungen zur Einstellung eines bestimmten Dämpfungsmoments über einen Widerstand kurzschließbar ist. In dieser Wicklung wird bei einer Änderung der Winkelstellung des Magnetkörpers eine Spannung induziert, die einen über den einstellbaren Widerstand vorgegebenen Strom treibt. Die von dem Dauermagnetkörper in den Wicklungen induzierte Spannung kann auch zur Ableitung einer Vorhaltgröße für den Drehzahlregler verwendet werden, um kürzzeitig auftretenden Störgrößen sofort entgegenwirken zu können, ohne daß der Mittelwert des Drehzahlsollwertes beeinflußt wird.

An Hand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel eines Winkelstellungsgebers mit Hallgenerator dargestellt ist, wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen

Pig. 1 einen Schnitt durch den kontaktloseh Winkelstellungsgeber,

Fig. 2 eine Seitenansicht desselben und

Fig. 3 ein Prinzipschaltbild einer Fadenspannungsregelung mit dem kontaktlosen Winkelstellungsgeber'gemäi der Er-^ l'indurjg.

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Der kontaktlose Winkelstellungsgeber besteht im wesentlichen aus einem zylinderförmigen Dauermagnetkörper 1, der auf einen ortsfest angeordneten Hallgenerator 2 einwirkt, welcher eine dem Drehwinkel des Dauermagnetkörpers 1 abhängige Hallspannung abgibt. Zu diesem Zwecke ist der Dauermagnetkörper 1 entlang seines Umfangs mit einer sinusförmigen oder trapezförmigen Magnetisierung versehen. Er ist somit zweipolig magnetisiert, wie in Pig. 3 veranschaulicht ist. Der Dauermagnetkörper 1 ist auf einer Welle 3 befestigt, welche mit Hilfe von Kugellagern in den beiden Lagerschilden 4 und 5 gelagert ist. Der Dauermagnetkörper 1 ist von einem Wickelkörper 6 umschlossen. Der Wickelkörper trägt vorzugsweise vier Wicklungen 7,^ die um 90° zueinander angeordnet sind. Zu diesem Zweck ist der Wickelkörper 6 mit Längsrippen 8 versehen, welche zur Abstützung der Wicklungen sowie zur Befestigung innerhalb eines magnetischen Rückschlußteiles 9 dienen. Der magnetische Rückschlußteil 9 ist aus einzelnen ringförmigen Lamellen zusammengesetzt. An der einen Stirnseite des magnetischen Rückschlußteils 9 ist in einer Aussparung eines ferromagnetischen Ringes 10 der Hallgenerator 2 angeordnet, wie Tig. 1 zeigt. Er ist auf einem Träger 11 befestigt, welcher sich durch den Lagerschild 5 erstreckt und durch diesen gehalten ist. Die beiden Lagerschilde 4 und 5 sowie der magnetische Rückschlußteil 9, 10 sind mit Hilfe eines Aluminiumrohres 12 zusammengefügt. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, die einzelnen T_eile mit Hilfe des Magneformverfahrens zusammenzufügen.

Der Lagerschild 4 ist mit einem Befestigungsflansch 13 versehen, welcher Bohrungen 14 aufweist.

An dem anderen Lagerschild 5 ist eine elektronische Schaltung 15 angeflanscht, die mit Hilfe eines Deckels 16 abgeschirmt ist. Der Deckel 16 ist an dem Lagerschild 5 befestigt. Mit 17 ist ein Anschlußkabel bezeichnet, das durch eine zentrische Bohrung in der Kappe 16 geführt ist.

Wie Pig. 2 -zeigt, isb mit der Welle 3 ein Pendelwalzenarm 18

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verbunden, der an seinem freien Ende eine Pendelwalze 19 trägt» .

Wie Fig. 3 zeigt, wird ein über Galetten 20 und 21 geführter Faden 22 um die Pendelwalze 19 gelegt und einem Achswickler 23 zugeführt. Eine Achse 24 des Wicklers steht mit einem Gleichstrommotor 25 in Antriebsverbindung, dessen.Drehzahl mit Hilfe einer Tachomaschine 26 überwacht wird. Der Gleichstrommotor 25 wird über einen Gleichstromsteller 27 beaufschlagt, welcher an einer Wechselspannung liegt. Der Aussteuerungsgrad des Gleichstromstellers 27 wird durch einen Regelverstärker 28 festgelegt, der wiederum seinen Istwert von der Tachomaschine 26 erhält. Den Sollwert des Regelverstärkers 28 liefert der kontaktlose Geber.

Der kontaktlose Geber weist vier Wicklungen 71, 72, 73 und auf, die um 9¹
Fig. 3 zeigt.

auf, d ie um 90° gegeneinander versetzt angeordnet sind, wie

Je nach Stellung des Dauermagnetkörpers 1 wird die Ausgangsspannung des Hallgenerators 2 positiv, Null oder negativ sein. In der in Fig. 3 gezeigten Stellung ist die Ausgangsspannung des Hallgenerators 2 Full. Die Ausgangsspannung des Hallgenerators wird einem Differenzverstärker 29 zugeführt. Dessen Ausgangsspannung kann ebenfalls positive oder negative Polarität haben. Ein aus ihr abgeleiteter Strom steuert über eine Begrenzungsschaltung 30 eine-n Integrator 31 · Dieser kann ein differenzierend rückgekoppelter Verstärker sein. Das Ausgangssignal des Integrators 31 wird in einem Umkehrverstärker 32 verstärkt und dient dann als Sollwert für den Regelverstärker 28 im Drehzahlregelkreis. Der Ausgang des Differenzverstärkers 29 ist außerdem mit dem Regelverstärker 28 über ein aus einer RC-Kombination bestehendes Vorhaltglied 33 mit dem Regelverstärker 28 verbunden. Die Speisung des Hallgenerators, erfolgt über eine Stabilisierungsschaltung 34.

Zur Festlegung der gewünschten Fadenspannung wird nun die

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Wicklung 71 über einen Widerstand 35 mit der Versorgungs- ..-,: spannung verbunden» Durch, entsprechende Durchflutung der Wicklung 71 kann ein entsprechendes Rückstellmoment über den Dauermagnetkörper 1 eingestellt werden.

Mit Hilfe eines Widerstandes 36 kann die Wicklung 72 belastet.-=· werden. Auf diese Weise kann eine Dämpfung des Winkelstellungsgebers erzielt werden.

An Hand der Fig. 3 wird die Punktionsweise näher erläutert. Nimmt man an, daß die Pendelwalze 19 sich in Mittellage befindet, d.h. die !Fadengeschwindigkeit V1 ist gleich der ) Umfangsgeschwindigkeit V2 des Wicklers 23. In diesem Falle hat die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 29 den Wert Null, da auf G-rund der Stellung des Dauermagnetkörpers 1 auch der Hallgenerator 2 keine Spannung abgibt. Die Ausgangsspannung des Integrators 31 hat in diesem Zustand einen bestimmten Wert, der über den Umkehrverstärker 32 den für diesen Gleichgewichtszustand erforderlichen Drehzahlwert U. bestimmt. Vergrößert sich nun der Wickeldurchmesser, wird bei gleichbleibender Motordrehzahl die Geschwindigkeit V2 größer und die " Pendelwalze 19 wird auf Grund der Zugerhöhung nach oben ausgelenkt. Damit ändert sich auch die Stellung des Dauermagnetkörpers 1. der Hallgenerator gibt eine Spannung ab, die den Differenzverstärker 29 ansteuert. Die-Ausgangsspannung des Integrators 31 vergrößert sich daher in negativer Richtung und die Ausgangsspannung U. des Umkehrverstärkers 32 wird entsprechend absinken. Damit wird auch der Drehzahl:-Sollwert kleiner. Die Drehzahl fällt ab, bis die Pendelwalze wieder in Mittelstellung ist, d.h. die Fadengeschwindigkeit V1 der Aufwickelgeschwindigkeit V2 entspricht.

Durch das Vorhaltglied 33 werden Lageänderungen der Pendel- · walze 19 und die damit verbundenen Spannungsänderungen am Verstärker 29 direkt auf den Eingang des Drehzahlreglers 28 weitergegeben. Damit können kurzzeitige Änderungen der Zuliefergeschwindigkeit V1, z.B. infolge einer Material-

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verstreckung unverzüglich ausgeregelt werden, ohne daß die Ausgangsspannung des Integrators merklich verändert wird. · Zu dem gleichen Zweck können jedoch, auch die Wicklungen 73 und 74 herangezogen werden, in' die "bei einer relativen Anderung der Winkelstellung des Dauermagnetkörpers 1 zu den Wicklungen73 und 74 eine Spannung induziert wird, deren Höhe von dor/dt abhängt und damit einer Vorhaltgröße entspricht.

Mit dem kontaktlosen Winkelstellungsgeber gemäß der Erfindung kann also nicht nur eine dem Auslenkwinkel des Pendelwalzenarms entsprechende Größe abgenommen werden, sondern in Verbindung mit vier entlang des Umfangs angeordneten Wicklungen können zusätzlich ein Ruckstel!moment* ein Dämpfungsmoment und eine der Auslenkgeschwindigkeit proportionale Spannung erzeugt werden.

Dadurch, daß die Fadenspannung an dem Winkelstellungsgeber eingestellt werden kann, ergibt sich die Möglichkeit, die Fadenspannung mehrerer Wickler gleichzeitig einstellen zu können. Um die Fadenspannungswerte mehrerer Wickler gleichzeitig um einen gleichen Betrag verstellen zu können, müssen in allen Gebern die Wicklungen zur Fadenspannungserzeugung verbunden und aus einer gemeinsamen Spannungsq,uelle gespeist werden. Zum Ausgleich von Exemplarstreuungen der Geber ist es zweckmäßig, in Reihe mit der entsprechenden Wicklung einen Abgleichwiderstand einzuführen.

Das -Drehzahlniveau mehrerer Wickelantriebe kann in an sich bekannter Weise dadurch vorgenommen werden, daß dem Eingang des TJmkehrverstärkers 32 eine Spannung von negativer Polarität zugeführt wird.

Mit 37 sind mechanische Anschläge für den Stellungsgeber bezeichnet, wie Fig. 2 zeigt. ■■

19 Patentansprüche
3 Figuren -

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Claims

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Patentansprüche

Kontaktloser■Winkelstellungsgeber, insbesondere zur Fadenspannungsregelung bei Wicklerantrieben, dadurch gekennzeichnet, daß ein um eine Drehachse schwenkbar angeordneter zylindrischer Dauermagnetkörper (1) auf ein ortsfest _s angeordnetes magnetfeldgesteuertes Halbleiterbauelement, " insbesondere einen Hallgenerator, einwirkt, welcher eine dem Drehwinkel des Dauermagnetkörpers (1) bzw. dem Auslenkwinkel eines Pendelwalzenarmes (18) abhängige Spannung abgibt.

2. Kontaktloser Geber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnetkörper (1) entlang seines Umfangs mit einer sinusförmigen oder trapezförmigen Magnetisierung versehen ist.

3· Kontaktloser Geber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnetkörper (1) von einem magnetischen Rückschlußteil (9»10) umgeben ist,und daß der Hallgenerator (2) in einer Aussparung dieses Rückschlußteiles angeordnet ist.

4· Kontaktloser Geber nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet,■daß zwischen Dauermagnetkörper (1) und Rückschlußteil (9» 10) eine oder mehrere Wicklungen (7) angeordnet sind, welche den Dauermagnetkörper (1) mit einem definierten Luftspalt umgeben.

5. Kontaktloser Geber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch mindestens eine der Wicklungen (71) ein dem erforderlichen Rückstellmoment (Fadenspannung) entsprechender- Strom geschickt ist.

6. Kontaktloser Geber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur gemeinsamen Einstellung der Zugspannung mehrerer Wicklerantriebe die der Einstellung der Fadenspannung dienenden Wicklungen (71) an einer gemeinsamen Stromquelle angeschlossen sind.

7. Kontaktloser Geber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit jeder Wicklung (71) ein Abgleichwiderstand' (35) geschaltet ist.

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'8. Kontaktloser Geber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Wicklungen (72) zur Einstellung eines "bestimmten Dämpfungsmomentes über einenWiderstand (36) durzschließbar ist. 9. Kontaktloser Geber nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Wicklungen (73,74) zur Ableitung einer Torhaltgröße für einen Drehzahlregler (28) vorgesehen ist. .

10. Kontaktloser Geber nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß vier um 90° gegeneinander versetzte Wicklungen (71, 72, 73, 74) vorgesehen sind......

11. Kontaktloser Geber nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (71 bis 74) den Dauermagnetkörper (1) allseitig umschließen.

12. Kontaktloser Geber nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen(71 bis 74) auf einem'Wicklungskörper (2) aus Kunststoff aufgebracht sind, welcher den Permanentmagnetkörper (1) allseitig umschließt ^ und an den Stirnseiten nabenförmi'ge Ansätze zum Durchtritt der Welle (3) aufweist.

13· Kontaktloser Geber nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Wicklungskörper (6) mit in axialer Richtung ver-. laufenden Stegen (8) versehen ist, welche dem Halt der Wicklungen und der Anordnung im Rückschlußteil (9,10) dienen.

14. Kontäktloser Geber nach einem der Ansprüche 1 bis lj>, dadurch gekennzeichnet, daß die den Dauermagnetkörper (1) tragende Welle (3) in stirnseitig angeordneten Lagerschilden (4,5) gelagert ist, wobei diese Lagerschilde (4,5) zusammen mit dem magnetischen Rückschlußteil (9,10) über ein Aluminiumrohr (12) miteinander in Verbindung stehen.

15. Kontaktloser Geber nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lagerschild (4) Befestigungsflansche (13) auf-, weist, während an dem anderen Lagerschild (5) ein die Elektronik (15) tragender Teil angeflanscht ist.

16. Kontaktloser Geber nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,

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daß der die Elektronik (15) tragende Teil von einer auf das zugeordnete Lagerschild (5) aufgesetzten Kappe (16) abgeschirmt ist.

17· Kontaktloser Geber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Hallgenerator (2) ein Differenzverstärker (29) nachgeschaltet ist, dessen Ausgangsspannung über ein Begrenzerglied (30)_und ein Integrationsglied (31) einem Umkehrverstärker (32) zugeführt ist, an dessen Ausgang der Sollwert (TJ.) für einen Drehzahlregler (28) zur Verfügung steht.

18. Kontaktloser Geber nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung des Differenzverstärker (29) unmittelbar über ein aus einer RC-Kombination bestehendes Vorschaltglied (36) auf den Eingang des Drehzahlreglers (28) geschaltet ist.

19· Kontaktloser Geber nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehzahl-Niveaueinstellung dem Eingang des ITmkehrverstärkers (32) eine Spannung von negativer Polarität zuführbar ist.

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