DE2225614C3

DE2225614C3 - Einrichtung zur Regelung der Zugkraft bei Wickeleinrichtungen

Info

Publication number: DE2225614C3
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: 1983-04-14
Also published as: DE2225614B2; DE2225614A1

Description

= R R

* "S

wobei
Rr wsx

' h lh — h ■ '

b_Smin(bmax ~ b_smax) ' b_max(b_smax — b_smi„)

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

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45

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.

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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. L, 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 RoUe 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, die aus dem normalen Fertigungsprogramm an stufenlosen Getrieben herausfallen.

Hiervon ausgehend, liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, den gewünschten Zugkraftabfall vom kleinen zum großen Wickeldurchmesser hin auch bei dem System der Durchhangregelung zu ermöglichen. Dabei soll die leichte Verstellbarkeit der Grundzugkraft erhalten bleiben und auf die Verwendung spezieller Kraftmeßeinrichtungen verzichtet wer-

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 und Umsetzung zu einem entsprechenden Signal, das einen Sollwertsteller beeinflußt oder - da die Wickelzeit in bestimmtem Zusammenhang mit dem Wickeldurchmesser steht - durch eine reine Zeitsteue-

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 Wickelvorgang hin vorpiogrammiert 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 Sjützkraft an der Rolle aufbringt, wohingegen der Anmeldungsgegenstand mit konstanter Kraft an der Rolle arbeitet, so daß man ohne Hilfsenergie auskommt

Erfolgt der Anirieb der Wickeleinrichtung über ein mechanisch stufenloses Getriebe, das aufgrund seiner Obersetzungscharakteristik besonders geeignet für Wickelvorgänge ist, so kann in Weiterbildung des Erfindungsgedankens die erwünschte Änderung des Durchhang-Sollwertes durch einen das Übersetzungsverhältnis dieses Getriebes abtastende 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.

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 U_w am Widerstand R\ dem Durchhang-Sollwert b entspricht Der von der Getriebeübersetzung abhängige Widerstandswert des Potentiometers Rr sinkt von seinem Maximalwert Rr _ma,, zu Beginn des Aufwickelvorganges (t=0) auf den Wert Null am Ende des Aufwickelvorganges (t = T) ab. Die Widerstände R\ und R₂ sind demnach abhängig von Ä/?_mM so zu bemessen, daß zur Zeit i=0 die Spannung ίΛ-dem erwünschten minimalen Durchhang-Sollwert b_smm entspricht und zur Zeit f=Tdem maximalen Durchhang-Sollwert b_smax. Dies ist der Fall, wenn die beiden folgenden Gleichungen erfüllt sind:

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R₂=R

R max "

bsmax ' Anilin

' ~l Tl. l \"'

OmaxWsmax ~ O_smm)

(bmax — i>_zmax)

(2)

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

Zur besseren Anpassung des Spannungsabfalles £/„· an die Stellfunktion des Getriebes sowie an die Wickelfunktion und die Näherungsfunktion für den Zugkraftabfall aufgrund der Durchhanggeometrie weist 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 vorteühafterweise 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 Durchhanges und

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

Ein geschwindigkeitsbestimmender Hauptantrieb 1 treibt ein Walzenpaar 2 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 Kegejscheiben-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_w umzuwandeln, so daß die Umfangsgeschwindigkeit des Wickels der Warengeschwindigkeit ventspricht

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 Steilgerät 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 i g. 2 und 4 verdeutlicht In H g. 2 ist die Pendelwalze S in einer Betriebsstellung b und in verschiedenen Extrempositionen mit den zugehörigen Durchhanghöhen b_smi„, b_smax und b_m,_x dargestellt. Da es hinsichtlich der Warenzugkraft auf die Neigung der Warenbahn ankommt, wird die Durch-

„. hanggeometrie «lurch den Quotienten b/a 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 F i g. 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 Durchhanghöhe b.

, Der Widerstand R_x liegt ebenso wie die drei in Reihe geschalteten Widerstände R\, Rr und R₂ des Sollwertge-

bers an einer stabilisierten Gleichspannung U, die vom Regler 9 geliefert wird. Während das Pptenfiometer Rr seinen Widerstand übersetzungsabhängig ändert, werden die Widerstände R\ und R₁ nur zu Beginn des Wickelvorganges entsprechend dem gewünschten Zugkraftabfalleingestellt. .

Wie aus den Fig.2 und 4 hervorgeht, bewirkt jede Veränderung der Durchhanggeometrie b/a eine bestimmte Änderung der in der Warenbahn herrschenden Zugkraft S bzw. eine Änderung des Quotienten aus Warenzugkraft 5 zu Walzengewicht F. Die Kurve in Fig.4 zeigt, daß eine sinnvolle Variation des Durchhang-Sollwertes auf den Bereich bla=\ bis 2 beschränkt ist Oberhalb b/a=2 ändert sich die Zugkraft 5 nur noch geringfügig mit dem Durchhang, unterhalb von b/a=\ 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

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 Wickelfunktioh der Zusammenhang zwischen dem Schleiferwinkel des übersetzungsabhängigen Widerstandes Rr und der Wickelzeit:

10

Λ«=

20

25

JL Φ

In

InR

wobei R den Stellbereich des Getriebes angibt, der gleich .dem Durchmesserverhältnis des Wickels ist: R"amJdmm\ $., a. die in der Beschreibüngseinleitung 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):

+ (b_smja - b_smiJa)A ■ e

^:- I)UT

30

35

Damit Hegt der gesuchte Zusammenhang zwischen Durchhang und Wickelzeit fest und über Gleichung (3) auch der Verlauf.; ider Zugkraft in der Warenbahn in Abhängigkeit vÖft^rWickejzeit \ , ; ;: '

Fi g. 5; zeigt den Veriauf der Warenzugkraft für die WiekelbereicKe 1?=3; j?=6 und R= 10 bei folgender Festlegung ^rDurchhanggeornetrie:

,''. j>maxl4 = ?., bsmaja- 2,b_s„Ja = 1 . ^

1 1

2 b

T- -> L I/ I "t" ( "T"

annähern.

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

Wie^s aus! FigV4 hervorgeht ist die gewünschte /o\ '''Linearität des Zugkräftabfalles zumindest bis zu dem 'Wickelbe,reich^=i in^aüsreichendem Maße gegeben.
In 'Fig.5 ist außerdem der Durchinesserverlauf

bs

-1)4; V (8)

(4)

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

' wenn das dicke Windungsende dem Winkel φ = 0 ~_r. zugeordnet ist Dabei ist φ der laufende Schleiferwinkel, . während Φ dem maximalen Schleiferwinkel entspricht A und B sind Gerätekonstanten.

rrtiteirigietragen, um ä\€ Abhängigkeit der WarehzugkraftVom WicketdurcHmesier ziiVerdeütlicheh. ⁿ-In SoiidoMllen* kann durch entsprechende Maßnahmen auch ein gänzlich anderer Zugkraftverlauf erzeugt werden, beispielsweise durch Anwendung eines Potentiometers .Rr mit linearem _ Wideptandsvcrlauf oder indem der Schleifer .eines, logänthmischen Potentiometers Rr mit dem dünnen Windungsende der Widerstandswicklung verbunden wird. ,Durch Verwendung eines logarithiiiischeni Pptentiometefs zur Istwertbildung oder durch Modifikation der elektrischen Schaltung sind weitere zahlreiche Möglichkeiten, gegeben. Der angegefiene Berec'rm'un^sgäiijg ist in (diesen¹ Fällen

ehtiiprechentfabzu^ndeln'bzwiztiergäriz^ni 'S-^llii!

Hierzu 3 Blatt:ZeiGhnungeiM'..;,i; _:.l yj

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 (Ru Ri) 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 (ty entspricht.

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