DE2165691B2

DE2165691B2 - Kontaktloser Winkelstellungsgeber, insbesondere zur Fadenspannungsregelung bei Wicklerantrieben

Info

Publication number: DE2165691B2
Application number: DE19712165691
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr.-Ing. 8500 Nuernberg Liska
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-12-30
Filing date: 1971-12-30
Publication date: 1975-05-28
Also published as: DE2165691C3; JPS4880837A; CH550379A; BE793416A; FR2170627A5; NL7216703A; DE2165691A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen kontaktlosen Winkelstellungsgeber, insbesondere zur Fadenspannungsregelung bei Wicklerantrieben, bei dem ein um eine Drehachse schwenkbar angeordneter zylindrischer Dauermagnetkörper auf ein ortsfest angeordnetes magnetfeldabhängiges Halbleiterbauelement, insbesondere einen Hallgenerator, einwirkt, welcher eine dem Drehwinkel des Dauermagnetkörpers bzw. dem Auslenkwinkel eines Pendelwalzenarmes abhängige Spannung abgibt, wobei der Dauerm2gnetkörper und das magnetfeldabhängige Halbleiterbauelement von einem magnetischen Rückschlußteil umgeben sind.

Die Eigenschaften fadenförmiger Materialien, insbesondere Garne der Textilindustrie, können bei einem Wickelvorgang wesentlich verändert werden, wenn sich die Fadengeschwindigkeit oder die Fadenspannung während des Wickel Vorganges ändert. 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 Walze oder durch eine einstellbare Gegenkraft, meist in Form einer Feder, festgelegt, so daß die Auslenkung aus ihre«· Ruhestellung ein Maß für die Abweichung von diesem Wert ist. Bei einem bekannten Wicklerantrieb wird die Auslenkung der Pendelwalze über

• en Pendelwalzenann auf ein an Spannung liegenj¹⁰ Geberpotentiometer übertragen, von dem dann

• e dem Auslenkwinkel proportionale Spannung abommen werden kann. Diese Spannung kann mit-

^lbar oder unmittelbar als Sollwert einem Drehzahl-1er des Wicklerantriebes dienen. In diesem Zu^r mmenhang wurde bereits vorgeschlagen, die dem Adenkwinkel einer Pendelwalze proportionale rWchsoannung dem Drehzahlregler einmal unmittel- h rüberein Vorhaltglied und einmal mittelbar über

• Beerenzungsglied, einen Integrator und einen nmkehrverstärker als Sollwert zuzuführen.

nd die Bewegung der Fendelwalze bei einem Wick-

ι infolge der Changierung mit relativ hoher Fre-

pn/ erfolgt unterliegt ein solches Geberpotential •pt sehr hohen Abnutzung. Ferner bereiten die Ein-

^e"oh,nTund Änderung der Einstellung der Faden-

nanrune erhebliche Schwierigkeiten, insbesondere

hefvorhandensein mehrerer Wickler, da y> zu diesem

vLrk das Gewicht und/oder die Federvorspannung

S Pendelwalzen geändert werden muß.

r»er Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kontaktlosen Winkelstellungsgeber der eingangs aftaebenen Art derart zu verbessern, daß er mit be-Snderem Vorteil zur Fadenspannungsregelung von Sierantrieben herangezogen werden kann, wobei S Einstellung der Fadenspannung nicht nur wäh- ?_Pnd der nbetriebnahme, sondern auch bei vollem Relrieb vereinfacht werden soll.

Dies wird bei dem kontaktlosen Winkelstellu^gs_ßeber gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß Sschen Dauermagnetkorper und dem Rückschluß-Seine oder mehrere Wicklungen angeordnet sind, welche den Dauermagnetkörper mit einem definierten Sspait umgeben, 5nd daß durch mindestens eine der Wicklungen ein dem erforderlichen Rückstell-L (Fadenspannung) entsprechender Strom ge-F i g. 1 einen Schnitt durch den kontaktlosen Wmkelstellungsgeber,

F i g. 2 eine Seitenansicht desselben und Fig. 3 ein Prinzipschaltbild einer Fadenspannungsregelung mit dem kontaktlosen Winkelstellungsgeber gemäß der Erfindung. .

Der kontaktlose Winkelstellungsgeber besteht im wesentlichen aus einem zylinderförmigen Dauermagnetkörper 1, der auf einen ortsfest angeordneten Hallgenerator 2 einwirkt, welcher eine dem Drejjwinkel des Dauermagnetkörpers 1 abhangige HaU-spannung abgibt. Zu diesem Zweck ist der Dauermagnetkörper 1 entlang seines Umfang* mit einer sinusförmigen oder trapezförmigen Magnetisierung versehen. Er ist somit zweipolig magnetisiert, wie in F i g. 3 veranschaulicht ist. Der Dauermagnetkorper 1 ist auf einer Welle 3 befestigt, welche mit Hilfe von Kugellagern in den beiden Lagerschilden 4 und ä gelagert ist. Der Dauermagnetkorper 1 ist von_| einem Wickelkörper 6 umschlossen. Der WickelKorper trägt vorzugsweise vier Wicklungen 7 die um Wl zueinander angeordnet sind. Zu diesem ZwecK ist aer Wickelkörper 6 mit Längsrippen 8 versehen, weiche zur Abstützung der Wicklungen sowie au ^B^¹ gung innerhalb eines magnetischen *J^™™ 9 dienen. Der magnetische Ruckschlußted 9 ist aus einzelnen ringförmigen Lamellen zusammengesetzt. An der einen Stirnseite des magnetischen Ruck-Schlußteils 9 ist in einer Aussparung eines ferromagnetischen Ringes 10 der Hallgenerator2 angeordnet, wie Fig. 1 zeigt Er ist auf «nraa Ttagerll befestigt, welcher sich durch den Lagerschil.^^5 er streckt und durch diesen gehalten ist. Die^ beulen

Lagerschilde 4 und 5 sow,e der MgKüJIJ^ schlußteil 9, 10 sind mit Hilfe emes

12 zusammengefügt. Auf diese Weise g^ Möglichkeit, die einzelnen Teile mit Hilfe des Ma gnetformverfahrens zusammenzufügen.

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^triebe die der Zugspannung dienenden Wicklungen feiner gemeTnsam einstellbaren Stromquelle angeö

Kappe 16 geführt ist.
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^triebe die der Zugspannung dienenden Wicklungen Kappe 16 geführt ist.

afeiner gemeTnsam einstellbaren Stromquelle ange- Wie Fig 2 zeigt, ist ™t to WeUeJ ^

schlössen Ein Abgleich kann in der Weise vorge- walzenarm 18 verbunden der an seinem freien

nommen werden, laß in Reihe mit jeder Wicklung einendehval«Λ* tr^

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körpers eine Spannung induziert, die einen über den

an

„erien, »m kurzzeitig auftretend» Störgrößen solo« j£

einwirken zu können, ohne daß der M.twlwert Der

_{weisl vier wick},„_ngen 71, „ _eneinand„ ver-

läutert. Es zeigt

Stellung ist die Ausgangsspannung des Hallgeneratorsi Null. 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 einen 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 Wicklung 71 über einen Widerstand 35 mit der Versorgungsspannung 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 Funktionsweise näher erläutert Nimmt man an, daß die Pendelwalze 19 sich in Mittellage befindet, d. h., die Fadengeschwindigkeit V1 ist gleich der Umfangsgeschwindigkeit V 2 des Wicklers 23. In diesem Falle hat die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 29 den Wert Null, da auf Grund 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_A bestimmt. Vergrößert sich nun der Wickeldurchmesser, wird bei gleichbleibender Motordrehzahl die Geschwindigkeit Vl 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_A 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 Aufwickelgeschwindigkeil Vl entspricht.

Durch das Vorhaltglied 33 werden Lageänderungen der Pendelwalze 19 und die damit verbundenen Spannungsänderungen am Verstärker 29 direkt auf den Eingang des Drehzahlreglers 28 weitergegeben.

ίο Damit können kurzzeitige Änderungen der Zuliefergeschwindigkeit V1, z. B. infolge einer Materialverstreckung, 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 Änderung der Winkelstellung des Dauermagnetkörpers 1 zu den Wicklungen 73 und 74 eine Spannung induziert wird, deren Höhe von da/df 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 Rückstellmoment, ein Dämpfungsmoment und eine der Auslenkgeschwindigkeit proportionale Spannung erzeugt werden.
Dadurch, daß die Fadenspannung an dem Winkel-Stellungsgeber 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 Spannungsquelle gespeist werden. Zum Ausgleich von Exemplarstreuungen der Geber ist es zweckmäßig, in Reihe mit der entsprechenden Wicklung einen Ab-

gleichwiderstand einzuführen.

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

wird.

Mit 37 sind mechanische Anschläge für den Steliungsgeber bezeichnet, wie F i g. 2 zeigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kontaktloser Winkelstellungsgeber, insbesondere zur Fadenspannungsregelung bei Wicklerantrieben, bei dem ein um eine Drehachse schwenkbar angeordneter zylindrischer Dauennagnetkörper auf ein ortsfest angeordnetes magnetfeldabhängiges Halbleiterbauelement, insbesondere einen Hallgenerator, einwirkt, welcher eine dem Drehwinkel des Dauermagnetkörpers bzw. dem Auslenkwinkel eines Pendelwalzenarmes abhängige Spannung abgibt, wobei der Dauermagnetkörper und das magnetfeldabhängige Halbleiterbauelement von einem magnetischen Rückschlußteil umgeben sind, dadurch gegekennzeichnet, daß zwiscnen Dauermagnetkörper (ί) und Rückschlußteil (9, 10) eine oder mehrere Wicklungen (7) angeordnet sind, welche den Dauermagnetkörper (1) mit einem definierten Luftspalt umgeben, und daß durch mindestens eine der Wicklungen (7) ein dem erforderlichen Rückstellmoment (Fadenspannung) entsprechender Strom geschickt ist.

2. Kontaktloser Geber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Wicklungen (7) zur Einstellung eines bestimmten Dämpfungsmomentes über einen Widerstand (36) kurzschließbar ist.

3. Kontaktloser Geber nach einem der Anspräche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Wicklungen (7) zu» Ableitung einer Vorhaltgröße für einen Drehzahlregler (28) vorgesehen ist.

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

5. Kontaktloser Geber nach einem der An-Sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vier um 90° gegeneinander versetzte Wicklungen (71, 72, 73, 74) vorgesehen sind.

6. Kontaktloser Geber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (71 bis 74) den Dauermagnetkörper (1) allseitig umschließen.

7. Kontaktloser Geber nach Anspruch 6, 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 nabenförmige Ansätze zum Durchtritt der Welle (3) aufweist.

8. Kontaktloser Geber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wicklungskörper (6) mit in axialer Richtung verlaufenden Stegen (8) versehen ist, welche dem Halt der Wicklungen und der Anordnung im Rückschlußteil (9, 10) dienen.

9. Kontaktloser Geber nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die den Dauermagnetkörper (I) 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.

10. Kontaktloser Geber nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lagerschild (4) Befestigungsflansche (13) aufweist, während an dem anderen Lagerschild (5) ein die Elektronik (IS) tragender Teil angeflanscht ist.

11. Kontaktloser Geber nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der die Elektronik (15) tragende Teil von einer auf das zugeordnete Lagerschild (5) aufgesetzten Kappe (16) abgeschirmt ist.

12. 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 (U_A) für einen Drehzahlregler (28) zur Verfügung steht.

13. Kontaktloscr Geber nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers (29) unmittelbar über ein aus einer ÄC-Kombination bestehendes Vorschaltglied (36) auf den Eingang des Drehzahlreglers (28) geschaltet ist.

14. Kontaktloser Geber nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehzahl-Niveaueinstellung dem Eingang des Umkehrverstärkers (32) eine Spannung von negativer Polarität zuführbar ist.