DE2225614B2

DE2225614B2 - Einrichtung zur Regelung der Zugkraft bei Wickeleinrichtungen

Info

Publication number: DE2225614B2
Application number: DE19722225614
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 6381 Seulberg Oldenburg
Original assignee: PIV Antrieb Werner Reimers GmbH and Co KG
Current assignee: PIV Antrieb Werner Reimers GmbH and Co KG
Priority date: 1972-05-26
Filing date: 1972-05-26
Publication date: 1978-07-06
Also published as: DE2225614C3; DE2225614A1

Description

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wobei

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Maximalwert des Potentiometers,
maximaler Durchhang-Sollwert,
minimaler Durchhang-Sollwert,
maximaler Durchhang.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Potentiometer (Rr) einen logarithmischen Widerstandsverlauf aufweist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifer dieses Potentiometers (Rr) mit dem dickdrahtigen Wicklungsende verbunden ist.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung der Zugkraft in einer eine Wickeleinrichtung unter Bildung eines sich verengenden Durchhanges durchlaufenden Warenbahn, wobei im Durchhang eine Pendeloder Tänzerwalze angeordnet ist und die Größe des Durchhanges als Istwert einem Regler zugeht, der entsprechend der Abweichung vom Durchhang-Sollwert die Drehzahl der Wickelwelle verändert.

Eine solche Einrichtung ist durch die Klepzig-Fachberichte 1971, Heft 6, S. 317-330 bekanntgeworden, Es handelt sich dabei um eine Festwertregelung, d. h., die Größe des Durchhanges soll stets einem konstanten Sollwert angenähert werden, damit die Spannung in der Warenbahn konstant bleibt (vgl. unter anderem Seite 322, drittletzter Absatz dieser Literaturstelle).

Das gleiche gilt auch für die US-PS 33 00 161, die eine Garn-Spulmaschine betrifft. Die Aufrechterhaltung der gewünschten konstanten Garnspannung erfolgt durch eine auf eine verschiebbare Rolle einwirkende Kraft. Bei einer Abweichung der tatsächlichen Garnspannung vom Sollwert ändert ein Regler entsprechend Größe und Richtung dieser Abweichung die an der Rolle angreifende Kraft, bis die Abweichung unter der Ansprechschwelle des Reglers liegt.

In zahlreichen Anwendungsfällen strebt man keine konstante Zugkraft während des Wickelvorganges an, sondern einen Zugkraftabfall von 20 bis 30% vom kleinen zum großen Wickeldurchmesser hin. Dies ist bei den bisher bekannten Einrichtungen, soweit sie mit der Durchhangregelung arbeiten, nicht möglich. Hierfür werden vielmehr Sonderbauformen benötigt, die einen verschwenkbaren Gewichtshebel aufweisen, der sich über eine Kurvenscheibe an dem die Getriebeübersetzung verstellenden Steuerhebel abstützt. Der gewünschte Zugkraftabfall kann durch entsprechende Gestaltung der Kurvenscheibe erzeugt werden. Nachteilig ist jedoch, daß es sich hierbei um Spezialgetriebe handelt,

JO die aus dem normalen Fertigungsprogramm an stufeniosen Getrieben herausfallen.

Hiervon ausgehend, liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, den gewünschten Zugkraftabfall vom kleinen zum großen Wickeldurchmesser hin auch

j>5 bei dem System der Durchhangregelung zu ermöglichen. Dabei soll die leichte Verstellbarkeit der Grundzugkraft erhalten bleiben und auf die Verwendung spezieller Kraftmeßeinrichtungen verzichtet werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Regler mit einem Sollwertgeber verbunden ist und dem Sollwertgeber eine vom Wickeldurchmesser abhängige Größe zur Veränderung der Durchhanggeometrie und damit der Warenzugkraft zugeführt wird.

Der erfindungsgemäßen Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch Änderung der Durchhanggeometrie die Größe der effektiv in der Warenbahn auftretenden Zugkraft trotz konstantem Walzengewicht verändert werden kann. Dies wird erreicht durch Verlagerung der Walze, d. h. durch Änderung des Durchhangsollwertes. So stellt sich beispielsweise bei geringerem Durchhang eine flachere Bahnführung und damit bei gleichbleibendem Walzengewicht eine höhere Warenzugkraft ein als bei größerem Durchhang. Die zur Erzielung des gewünschten Zugkraftverlaufes notwendige Steuerung des Durchhang-Sollwertes in Abhängigkeit vom Wickeldurchmesser kann auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise durch optische oder mechanische Abtastung des Wickeldurchmessers

W) und Umsetzung zu einem entsprechenden Signa!, das einen Sollwertsteller beeinflußt oder — da die Wickelzeit in bestimmtem Zusammenhang mit dem Wickeldurchmesser steht — durch eine reine Zeitsteuerung.

tv, Zwar kann auch bei der US-PS 33 00 161 eine Änderung der Durchhanggeometrie auftreten, jedoch nur dann, wenn der Istwert für die Garnspannung von dem eingestellten, konstanten Sollwert abweicht; sie ist

daher eine Folge der Störeinflüsse während des Regelvorganges. Demgegenüber ist beim Anmeldungsgegenstand die Änderung des Durchhanges über den gesamten Wickejvorgang hin vorprogrammiert und wird gezielt zur Änderung der Warenkraft eingesetzt. Auch dient die Änderung der Durchhanggeometrie bei der genannten US-Patentschrift nicht selbst zur Ausregelung. Es bedarf hierfür einer Magnetspule, die über ihren Tauchanker die notwendige Stützkraft an der Rolle aufbringt, wohingegen der Anmeldungsgegenstand mit konstanter Kraft an der Rolle arbeitet, so daß man ohne Hilfsenergie auskommt.

Erfolgt der Antrieb der Wickeleinrichtung über ein mechanisch stufenloses Getriebe, das aufgrund seiner Übersetzungscharakteristik besonders geeignet für Wickelvorgänge ist, so kann in Weiterbildung des Erfindungsgedankens die erwünschte Änderung des Durchhang-Sollwertes durch einen das Übersetzungsverhältnis dieses Getriebes abtastenden Sollwertgeber bestimmt werden. Hierdurch wird der zu Beginn des Wickelvorganges eingestellte Basis-Sollwert auf einfache Weise in dem gewünschten Maß verändert. Die angestrebte Abhängigkeit des Sollwertes vom Wickeldurchmesser bleibt gewahrt, da das Übersetzungsverhältnis in einem festen, vorher bestimmbaren Zusammenhang mit dem Wickeldurchmesser steht. Auch kann dabei die bei der Durchhangregelung bekannte Verstellbarkeit der Grundzugkraft mittels eines das Walzengewicht mehr oder weniger kompensierenden Gegengewichtes beibehalten werden. κι

Zur Durchführung dieser Regelung hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß der Sollwertgeber aus zwei ohmschen Widerständen R] und R2 und einem in Reihe zwischengeschalteten, mit dem Verstellmechanismus des Getriebes verbundenen Potentiometer Rr besteht, daß die drei Widerstände an eine Versorgungsspannung U angeschlossen sind und daß der Spannungsabfall £/„. am Widerstand /?i dem Durchhang-Sollwert b entspricht. Der von der Getriebeübersetzung abhängige Widerstandswert des Potentiometers Rr sinkt von seinem Maximalwert RRm_3x zu Beginn des Aufwickelvorganges ff=O) auf den Wert Null am Ende des Aufwickelvorganges (t= T) ab. Die Widerstände R\ und /?2 sind demnach abhängig von Rr max so zu bemessen, daß zur Zeit i=0 die Spannung U_w dem erwünschten minimalen Durchhang-Sollwert b_smi„ entspricht und zur Zeit t= T dem maximalen Durchhang-Sollwert b_smax-Dies ist der Fall, wenn die beiden folgenden Gleichungen erfüllt sind:

R\ —

^ K max-

/\iii«x '

η η ".whim("him.* ' smu.t/

^Kl — η Kiiiux V - -,ι ■ ■-;■ ·

U».,«., - ''.Mllin)

Nähere Einzelheiten über den Verlauf des Durchhang-Sollwertes in Abhängigkeit von der Getriebeiibersetzung finden sich in der speziellen Beschreibung eines wi Ausführungsbeispieles.

Zur besseren Anpassung des Spannungsabfalles U„ an die Stellfunktion des Getriebes sowie an die Wickelfunktion und die Näherungsfunktion für den Zugkraftabfall aufgrund der Durchhanggeometrie weist b·; der Schiebewiderstand Rr einen logarithmischen Widerstandsverlauf auf. Verbindet man dabei den Schleifer des Schiebewiderstandes mit dem dickdrahtigen Wicklungsende, so ergibt sich ein annähernd linearer Zugkraftabfall.

Als Istwertgeber dient vorteilhafterweise eine im Durchhang angeordnete, mit einem verschiebbaren Gegengewicht ausgerüstete Pendelwalze, die bei ihrer Verschwenkung einen Drehwiderstand mit linearem Widerstandsverlauf betätigt. Selbstverständlich ist statt dessen auch ein berührungsfreies Abtasten der Warenbahn durch optisches Erfassen des Durchhanges möglich. Auch besteht die Möglichkeit, die Pendelwalze durch eine Tänzerwalze zu ersetzen. Beide Walzensysteme können, wenn hohe Zugkräfte in der Warenbahn erwünscht sind, durch Hydraulik- oder Druckluftzylinder zusätzlich belastet werden.

Weitere Merkmale und Vorteile des Anmeldungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand von Zeichnungen; darin zeigt

F i g. 1 eine Wickeleinrichtung mit dem erfindungsgemäßen Regelungssystem in schematischer Darstellung, F i g. 2 die Geometrie des Durchhanges, F i g. 3 den Aufbau von Ist- und Sollwertgeber,

F i g. 4 den Verlauf der Warenzugkraft in Abhängigkeit von der Geometrie des Durch hanges und

F i g. 5 den Verlauf der Wairenzugkraft in Abhängigkeit von der Wickelzeit.

Ein geschwindigkeitsbestirnmender Hauptantrieb 1 treibt ein Walzenpaar 1 an, das eine Warenbahn 3 mit konstanter Geschwindigkeit ν über einen Durchhang 4 an einer Pendelwalze 5 mit verschiebbarem Gegengewicht 6 einem Wickel 7 zuführt. Der Wickel 7 wird von dem Hauptantrieb 1 über ein stufenlos regelbares Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe 8 angetrieben. Die Übersetzung dieses Getriebes wird durch einen Dreipunktregler 9 über ein elektrisches Stellgerät 10 eingestellt. Der Regler 9 wird von einem Istwertgeber 11 in Form eines Drehwiderstandes und von einem Sollwertgeber 12, der seinerseits an eine Übersetzungsabtastung 13 gekoppelt ist, beeinflußt.

Die Wirkungsweise ist folgende:

Die konstante Warengeschwindigkeit ν wird dem Übersetzungsgetriebe 8 in Form der geschwindigkeitsproportionalen Antriebsdrehzahl η mitgeteilt. Das Getriebe 8 hat nun die Aufgabe, die konstante Antriebsdrehzahl η entsprechend dem augenblicklichen Wickeldurchmesser d in eine Abtriebsdrehzahl n„, umzuwandeln, so daß die Umfangsgeschwindigkeit des Wickels der Warengeschwindigkeit ν entspricht.

Erreicht wird dies durch die Regeleinrichtung. Mit dem Sollwertgeber 12, welcher auch im Regler 9 eingebaut sein kann, wird die gewünschte Durchhang-Sollhöhe eingestellt. Die tatsächliche Höhe des Durchhanges wird vom Istwertgeber 11 gemessen. Bei Abweichungen zwischen Soll- und Istwert steuert der Regler 9 das Stellgerät 10 an, das die Übersetzung des Getriebes 8 in dem Sinne ändert, daß die Abweichung kleiner wird bzw. verschwindet. Zur Erzielung des gewünschten Zugkraftabfalles in Abhängigkeit vom Wickeldurchmesser ist der Sollwertgeber 12 bei 13 mit dem Verstellmechanismus für die Übersetzung des Getriebes 8 gekoppelt.

Der Einfluß der Durchhanggeometrie auf die Warenzugkraft wird in den F ii g. 2 und 4 verdeutlicht. In F i g. 2 ist die Pendelwalze 5 in einer Betriebsstellung b und in verschiedenen Extrempositionen mit den zugehörigen Durchhanghöhen Λ, „„.·,. b_sm,_n und b,_mx dargestellt. Da es hinsichtlich der Warenzugkraft auf die Neigung der Warenbahn ankommt, wird die Durch-

hanggeometrie durch den Quotienten bla beschrieben, wobei a der zumindest während eines Wickelvorganges etwa konstante Abstand der Pendelwalze 5 zu den beiden Führungswalzen 2,2' ist.

Die Durchhanghöhe b wird durch den Istwertgeber 11, der in Fig.3 in Form eines verschiebbaren Widerstandes R_x dargestellt ist, gemessen. Handelt es sich dabei um einen linearen Widerstand, so entspricht die zwischen oberem Ende und Schleifer abfallende Spannung U_x der augenblicklichen Durclihanghöhe b. Der Widerstand R_x liegt ebenso wie die drei in Reihe geschalteten Widerstände R\, Rr und R-z des Sollwertgebers an einer stabilisierten Gleichspannung U, die vom Regler 9 geliefert wird. Während das Potentiometer Rr seinen Widerstand übersetzungsabhängig ändert, werden die Widerstände R\ und R₂ nur zu Beginn des Wickelvorganges entsprechend dem gewünschten Zugkraftabfall eingestellt.

Wie aus den F i g. 2 und 4 hervorgeht, bewirkt jede Veränderung der Durchhanggeometrie bla eine bestimmte Änderung der in der Warenbahn herrschenden Zugkraft 5 bzw. eine Änderung des Quotienten aus Warenzugkraft S zu Walzengewicht F. Die Kurve in Fig.4 zeigt, daß eine sinnvolle Variation des Durchhang-Sollwertes auf den Bereich b/a=\ bis 2 beschränkt ist. Oberhalb bla = 2 ändert sich die Zugkraft 5 nur noch geringfügig mit dem Durchhang, unterhalb von bla= 1 dagegen ist die Zunahme so steil, daß die Gefahr einer Überbeanspruchung des Wickelgutes schon durch die kleinen für die Funktion der Durchhangregelung notwendigen Abweichungen zwischen Sollwert und Istwert gegeben wäre. Im übrigen beträgt der Zugkraftabfall in dem genannten Bereich bereits etwa 20%, was für die praktische Anwendung im allgemeinen ausreicht. Der Kurvenverlauf in F i g. 4 läßt sich in dem interessierenden Bereich durch die Funktion

1 ti

2 b

+ —

(3)

annähern.

Für die Änderung des Durchhang-Sollwertes ergibt sich unmittelbar aus F i g. 3 die folgende Beziehung:

hs

K₁

14)

/lc¹¹

(5)

wenn dau dicke Windungsende dem Winkel φ = 0 zugeordnet ist. Dabei ist φ der laufende Schleiferwinkel, während Φ dem maximalen Schlcifcrwinkel entspricht. Λ und /isindGcrätekonstanien.

Ein derartiger Aufbau des Widerstandes Rr erweist sich zur Erzielung eines annähernd linearen Zugkraftabfalles als zweckmäßig.

Außerdem ergibt sich aus der Stellkurve des Getriebes und aus der Wickelfunktion der Zusammenhang zwischen dem Schleiferwinkel des übersetzungsabhängigen Widerstandes Rr und der Wickelzeit:

Dabei ist die Größe des übersetzungsabhängigen Widerstandes Rk eine Funktion des Schleiferwinkels. Handelt es sich bei dem Widerstand Rr um ein logarithmisch gewickeltes Potentiometer, so ergibt sich näherungsweise folgender Widerstandsverlauf:

In Il+(K²-1) ~

InK

wobei R den Stellbereich des Getriebes angibt, der gleich dem Durchmesserverhältnis des Wickels ist:

is K= dmaJdmin; s. a. die in der Beschreibungseinleitung an erster Stelle genannte Druckschrift.

Da die Durchhangregelung stets für annähernde Gleichheit zwischen Sollwert und Istwert sorgt, kann man für b_s in Gleichung (4) auch direkt b schreiben Berücksichtigt man außerdem die Gleichungen (1), (2) (5) und (6), so folgt aus Gleichung (4):

, , , InBIn I¹ I + IR^; I)17

"λ»»»/« + UhnuJ« -b_smhJcl)A- C |„r

Damit liegt der gesuchte Zusammenhang zwischen Durchhang und Wickelzeit fest und über Gleichung (3) auch der Verlauf der Zugkraft in der Warenbahn in Abhängigkeit von der Wickelzeit.

F i g. 5 zeigt den Verlauf der Warenzugkraft für die Wickelbereiche K = 3, K=6 und K=IO bei folgender Festlegung der Durchhanggeometrie:

KuJu = 3 . lh,,,,Jei = 2, K_mi„la = 1 .

Wie aus Fig.4 hervorgeht, ist die gewünschte Linearität des Zugkraftabfalles zumindest bis zu den" Wickelbereich K = 6 in ausreichendem Maße gegeben.

In Fig. 5 ist außerdem der Durchmesserverlaul gemäß der Funktion

₇~ =(I/K)| I +(K²- I) ~

miteingetragen, um die Abhängigkeit der Warenzug kraft vom Wickeldurchmesser zu verdeutlichen.

In Sonderfällen kann durch entsprechende Maßnah men auch ein gänzlich anderer Zugkraftverlauf erzeug werden, beispielsweise durch Anwendung eines Poten tiometers Rr mit linearem Widerstandsverlauf odei indem der Schleifer eines logarithmischen Potentiome ters Κ« mit dem dünnen Windungsende der Wider Standswicklung verbunden wird. Durch Verwendung eines logarithmischen Potentiometers zur Istwertbil dung oder durch Modifikation der elektrischen Schal tung sind weitere zahlreiche Möglichkeiten gegeben Der angegebene Berechnungsgang ist in diesen Fäller entsprechend abzuwandeln bzw. zu ergänzen.

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Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Regelung der Zugkraft in einer eine Wickeleinrichtung unter Bildung eines sich verengenden Durchhanges durchlaufenden Warenbahn, wobei im Durchhang eine Pendel- oder Tänzerwalze angeordnet ist und die Größe des Durchhanges als Istwert einem Regler zugeht, der entsprechend der Abweichung vom Durchhang-Sollwert die Drehzahl der Wickelwelle verändert, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (9) mit einem Sollwertgeber (12) verbunden ist und dem Sollwertgeber (12) eine vom Wickeldurchmesser abhängige Größe zur Veränderung der Durchhanggeometrie und damit der Warenzugkraft zugeführt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1 bei einer mittels mechanisch stufenlosem Getriebe angetriebener Wickeleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die erwünschte Änderung des Durchhang-Sollwertes durch einen das Übersetzungsverhältnis des stufenlosen Getriebes (8) abtastenden Sollwertgeber (12) bestimmt wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertgeber (12) aus zwei ohmschen Widerständen (R\, R2) und einem in Reihe zwischengeschalteten, mit dem Verstellmechanismus (13) des Getriebes (8) verbundenen Potentiometer (Rr) besteht, daß die drei Widerstände an eine Versorgungsspannung (U) angeschlossen sind und daß der Spannungsabfall (U_w) am Widerstand (R]) dem Durchhang-Sollwert (b) entspricht.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (R\ und R2) nach folgender Gleichung bemessen sind: