DE2332904C2

DE2332904C2 - Elektrische Regelvorrichtung für die Drehzahl eines Aufnahmebehälters

Info

Publication number: DE2332904C2
Application number: DE2332904A
Authority: DE
Inventors: Thomas Duckett Roanoke Va. Johnson
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1972-06-30
Filing date: 1973-06-28
Publication date: 1983-11-10
Also published as: GB1430845A; JPS4963895A; BR7304739D0; DE2332904A1; JPS548184B2; US3822045A

Description

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Die Erfindung betrifft eine elektrische Regelvorrichtung für die Drehzahl eines Aufnahmebehälters gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eine derartige ' Verrichtung ist in der US-PS 33 37154 besehrieben.

Bei der Herstellung von Stangen, Stäben und ähnlichem zur Lagerung und zum Transport werden die einzelnen Brammen zu einem kontinuierlichen Strang gewalzt, der als eine Spule oder Spulen in einem Aufnahmebehälter abgelegt wird.

Bekanntlich kann eine dichtere Anordnung oder ein dichteres Aufrollen des Erzeugnisses in dem Aufnahmebehälter erreicht werden, wenn das Erzeugnis auf dem Aufnahmebehälter in einer kontinuierlichen Spirale angeordnet wird, wobei die Richtung der Spirale in benachbarten Schichten umgekehrt wird.

Die mechanischen Kräfte, die bewirken, daß sich das Erzeugnis in dem Aufnahmebehälter auf einen optimalen Radius biegt, sind zu irgendeinem Augenblick relativ klein, und deshalb führen relativ kleine Störkräfte dazu, daß unerwünschte Radien gebildet werden.

Es ist bekannt (DE-OS 1774506), eine Spule in Form einer Spirale — wobei die Spiralrichtung in benachbarten Schichten umgekehrt ist — durch eine mechanische Steueranordnung zu bilden, die den Aufnahmebehälter zum Wobbein oder zu einer solchen Lageänderung zwingt, daß ein gewünschtes Aufrollschema erzielt wird. Es wurde jedoch bewirkt, daß der Aufnahmebehälter als eine Funktion seiner Drehzahl wobbelt. Neue Störungen wurden in die Steueranordnung durch die Verwendung von Zahnrädern und Tachometer-Exzentrizitäten eingeführt.

Ein weit« es Problem bei den bekannten Vorrichtungen trat auf. wenn wegen des endliches Nenndrchrtioments eines Antriebsmotors jede die Spule auf dem Aufnahmebehälter bildende Schicht eine Umkehrarg der Spiralenrichtung erforderte.

Die elektrische Regelvorrichtung gemäß der eingangs genannten US-PS 3337154 weist jedoch einsn komplizierten Aufbau auf. da die Antriebe der Vorratsrolle, der Walze und des Aufnahmebehälters berücksichtigt werden müssen. Darüber hinaus arbeitet sie so ungenau, daß vor jeder Wickelrichtungsumkehr die einzelnen Windungen einer Spirale festgezogen werden müssen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Drehzahlregelung eines Aufnahmebehälters zu schaffen, die mit einfachen und betriebssicheren Mitteln für ein dichtes und festes Ablegen des strangformigen Erzeugnisses in Spiralen mit wechselndem Wickelsinn sorgt.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gsiöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen <w.r Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erziel buren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Drehzahl des Aufnahmebehälters so genau geregell werden kann, daß sich die Spiralwindungen sofort beim Wickeln eng und fest aneinander anlegen, so daß die einzelnen Windungen in ihrer richtigen Lage gehalten sind und nicht wegspringen können. Auch braucht am Ende einer Spirale kein erhöhtes Drehmoment ausgeübt zu werden, um die Windungen festzuziehen. Die Drehzahlregelung arbeitet auch unabhängig von dem Walzenantrieb mit lediglich einem Motor, wodurch die Betriebssicherheit wesentlich erhöht ist.

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fi /eigen

Fig. I eine Draufsicht auf ein in einen Aufnahmebehälter gerolltes Erzeugnis, das eine Spirale bildet.

Fig. 2 eine Seitenansicht von einem in einem Aufnahmebehälter aufgerollten Erzeugnis, in der der Aufnahmebehälter und zugehörige Antriebsmechanismen im Schnitt dargestellt sind,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des in dem Aufnahmebehälter aufgerollten Erzeugnisses, das eine kontinuierliche Spule in drei einzelnen Schichten bildet, wobei jede Schich) der Form einer Spirale angenähert ist und die Spiralenrichtung jeweils umgekehrt ist,

Fig. 4 ein vereinfachtes Blockdiagramm von der elektrischen Regelvorrichtung für einen Aufnahmebehälter.

Fig. 5a bis 5d in der Zusammensetzung nach Fig. 5e einen vereinfachten Schaltplan der Regelvorrichtung gemäß Fig. 4.

Der Einfachheit halber wird das Ausfuhrungsbeispiel anhand eines Aufnahmebehälters gezeigt, der ein sich bewegendes Erzeugnis, wie beispielsweise einen Draht, in einer kontinuierlichen vielschichtigen Spirale aufnimmt.

In Fig. 1 wird ein Draht oder ein Erzeugnis 11 von einem Fertiggerüst 12 über eine Führung 13 in der durch den Pfeil 15 angegebenen Richtung in den Aufnahmebehälter 14 geführt und mit ihm in einer Richtung gedreht, die durch den Pfeil 16 angegeben ist. In bekannter Weise sind Stifte 17 auf der Innenseite des Aufnahmebehälters 14 befestigt, um für einen inneren oder minimalen Radius für die Spirale zu sorgen.

In Fig. 2 ist das Erzeugnis 11 gezeigt, wie es sich in Richtung des Pfeiles 15 von dem Fertiggerüst 12 über die Führung J 3 in den Aufnahmebehälter 14 bewegt, um die Spirale zu bilden. Der Aufnahmebehälter 14 umfaßt eine Spulenplatte 18, eine Seitenwand 19, die einen maximalen oder äußeren Radius festlegt, eine Bisisplatte 20 und Stifte 17, die auf einer vertikalen Welle 21 befesrigt sind, die in einem fest angebrachten Lager 22 rotiert. Der Aufnahmebehälter 14 wird in der durch die Pfeile 16 in Fig. 1 angegebenen Richtung um eine vertikale Achse durch Antriebsmittel, die als ein Gleichstrommotor 24 dargestellt sind, über ein Ritzel 25 und ein Zahnrad 26 angetrieben.

Fig. 3 stellt das Erzeugnis U in der Spulenform dar. d. h. in der Anordnung von Spiralen bildenden Schichten, wobei die Spiralenrichtung benachbarter Schichten umgekehrt ist. Die Darstellung in Fig. 3 weist drei Schichten auf. die aus einem kontinuierlichen Erzeugnis U gebildet sind, wobei jede Schicht zur klareren Darstellung als in Reihe verbunden gezeigt ist. Die Kurve der Spirale kann mathematisch wie folgt ausgedrückt werden:

erste Schicht. r = r„ — 0 von r„ bis r_t:
zweite Schicht. r = r, +aO von r, bis r„;
dritte Schicht. r = r„-aO von r„ bis r,.

Darin ist:

r = Radius der Windung des Erzeugnisses in cm.

a = Konstante der Spirale in cm Winkelgrad.

0 = Winkelverschiebung seit Beginn Her Schicht in Winkelgmden.

r, = innerer oder minimaler Radius in cm.
r„ = äußerer oder maximaler Radius in cm.

Fig. 4 stellt in Form -ines Blockdiagrammss einen Wandler 100 dar. der nahe dem in Fig. 1 dargestellten Fertiggerfist 12 angeordnet ist und ein erstes Signal abgibt, das proportional zur linearen Geschwindigkeit ds; Jt des von einem das Fertiggerüst verlassenden Erzeugnisses ist.

LJm ein Solldrehzahlsignal des Aufnahmebehälters zu entwickeln, das als eine erste Eingangsgröße zu einem Radiusgenerator 300, einer Begrenzungseinrichtung 900, einem Drehmomentmultiplizierer 500 und einem Drehzahlregler 600 verwendet wird, ist die Drehzahl-Refefenzeinfiehtung 200 des Aufnahmebehälters vorgesehen. Diese nimmt das erste Signal an einem ersten Eingang und an ihrem zweiten Eingang ein zweites Signal auf. das dem gewünschten Spulenwindungsradius r proportional ist. Die Drehzahl-Referenzeinrichtung 200 des Aufnahmebehälters erzeugt das Soll-Drehzahlsignal an ihrem Ausgang dadurch, daß das erste Signal durch das zweite Signal dividiert wird, wodurch das Soll-Drehzahlsignal erzeugt wird, das als d0/dt darstellbar und gleich - -* ist.

Die obige Gleichung, die für das Soll-Drehzuhlssgnal gik. erhält man durch Differentiation der Grundgleichung der Spirale r=«-0 für ein Bogensegment in bekannter Weise.

Der Radiusgenerator 300 ist vorgesehen, um an seinem Ausgang das zweite Signal zu erhalten, das dem gewünschten Spulenwindungsradius proportional ist. Wie bereits ausgeführt, ist der Radiusgenerator 300 mit dem zweiten Eingang der Drehzahl-Referenzeinrichtung 200 des Aufnahmebehälters verbunden. Der Ausgang des Radiusgenerators ist ferner mit einem Detektor 400 verbunden, der die inneren und äußeren Radiusbegrenzungen abtastet und die Richtung der Radiusänderung immer dann umkehrt, wenn die inneren bzw. äußeren Radiusgrenzen erreicht sind.

Es ist ein Drehmomentmultiplizieref 500 vorgesehen, der ein Drehmomentsignal T an einen ersten Eingang eines Drehrcomentreglers 700 abgibt, der seinerseits das Drehmoment an dem Aufnahmebehä!' .r800regelt. Das Signal T. das dem zur Überwindung dci Trägheit erforderlichen Moment des Aufnahmebehälters proportional ist. wird durch Multiplizieren eines Signals^, das dem Trägheitsmoment des Aufnahmebehälters proportional ist. mit cVr Ableitung des Soll-Drehzahlsignales erzeugt. Es gilt:

T=J

dl²

Der Drehmomentmultiplizierer 500 ist an einem zweiten Eingang mit einer Abtasteinrichtung 1000 verbunden, die ein Drehzahlsignal des Aufnahmebehälters liefert, das der tatsächlichen Aufnahmebehälterdrehzahl proportional ist.

Um ein Fehlersignal für den zweiten Eingang des Drehmomentreglers 700 zu liefern, der das Drehmoment verändert, wie es zur Aufrechterhaltung der genauen Drehzahl erforderlich ist. ist ein Drehzahlregler 6Of. vorgesehen. Der Drehzahlregler 600 ermittelt das Fehlersignal, indem das Soll-Drehzahlsignal an seinem ersten Eingang .nit dem Drehzahlsignal aus der Abtastvorrichtung ItHM) an seinem zweiten Eingang verglichen wird.
Die Begrenzungseinrichtung 900, die die zweite Ableitung des gewünschten Spulenwindungitadius nach der Zeit begrenzt, um ein glattes und optimales Ansprechen für die Umkehr der Spiralen konstanten zu erzeugen, ist ;ils ein zweiter Fingang mit dem R:idiusgener;iior300iind ferner als ein dritter Eingang mit dem Drehmomeniregler 700 verbunden, um die Drehmomentänderung zu begrenzen.

Deshalb regelt der Drehmomentregler 700 das Drehmoment an dem Aufnahmebehälter 800 gemäß dem Drrhm <inentmultiplizierer 500, dem Drehzahlregler 600 und der Begrenzungseinrichtung 900.

Es werden nun &i Fig. 5a bis 5d beschrieben, in denen der Einfachheit halber die Blöcke gemäß Fig. 4 in gestrichelt gezeichneten Blöcken dargestellt sind. In Fig. 5a enthält d.-r Wandler 100 tinen Tachometer 101, der zur Erzeugung des ersten Signales verwendet wird, das die lineare Geschwindigkeit des Erzeugnisses darstellt. Der Ausgang des Tachometers 101 ist mit einem Eingang eines Verstärkers 104 über eine Induktivität 102 und einen Widerstand 106 in Reihe geschaltet. An einem Punkt zwischen der Induktivität 102 und dem Widerstand 106 ist ein Ableitkondensator 103 mit Erde verbunden. Dem Verstärker 104 ist eine Parallelschaltung aus einem Widerstand 105 und einem Kondensator 107 par-

allel geschaltet. Der Ausgang des Verstärkers 104 ist über einen in Reihe geschalteten Rheostat-Widerstand 108 mit Erde verbunden, wobei der Schleifer des Stellwiderstandes 108 über einen normalerweise offenen Kontakt 109 und einen Widerstand 112 mit einem Punkte verbunden ist. Der Punkt A ist über anti-parallel geschaltete Dioden 115 mit Erde und über einen Widerstand 111 mit einem Ausgang eines Verstärkers 110 verbunden. Ferner ist der Punkt A über einen Widerstand 114 mit einem Eingang des Verstärkers 110 verbunden. Ein Kondensator 113 ist zwischen den Eingang und den Ausgang des Verstärkers 110 geschaltet. Am Ausgang des Verstärkers 110 liegt das erste Signal an, das der linearen Geschwindigkeit des Erzeugnisses proportional ist.

Der Ausgang des Verstärkers 110 ist als der erste Eingang mit der Drehzahl-Referenzeinrichtung 200 des Aufnahmebehälters verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 110 ist über einen Eingangswiderstand 202 mit einem Punkt S am Eingang eines Verstärkers 20! verbünde; demein Filterkondensator 204 parallel geschaltet ist. Der Punkt B ist weiterhin über einen Rückkopplungswidersland 203 als ein Eingang zum Verstärker 201 von einem Analog-Multiplizierer 205 geschaltet, um das zweite Signal zu liefern, das dem gewünschten Spulenwindungsradius proportional ist. Der Ausgang des Verstärkers 201 2s ist mit einem ersten Eingang des Anulog-Multiplizierers 205, einem ersten Ende des Widerslandes 304, dem normalerweise offenen Kontakt 302, einem Widerstand 902 (s. Fig. Sc), einem Kondensator 502,einem Widerstand 517 und einem Widerstand 603 verbunden. Ein zweiter jo Eingang des analogen Multiplizierers 205 ist mit dem Ausgang des Verstärkers 319 verbunden. Der Verstärker 201 und der Multiplizierer 205 dividieien das erste Signal durch das zweite Signal, und daraus resultiert das Soll-Drehzahlsignal des Aufnahmebehälters. 3s

Indem Radiusgenerator 300 (s. Fig. 5 b). der das SoII-f}reh7Hhkign:t! an dem ersten F.nde des Widerstandes 304 aufnimmt, ist das zweite Ende des Widerstandes 304 mit einem Eingang eines Verstärkers 303 verbunden. Zwischen den Eingang und den Ausgang des Verstärkers 303 ist ein Widerstand 305 geschaltet. Der Ausgang des Verstärkers 303 ist über einen normalerweise offenen Kontakt 306 mit einem geerdeten Rheostaten 301 verbunden. Dieser Ausgang ist auch mit einem zweiten Ende des normalerweise offenen Kontaktes 302 verbunden. Der Stellwiderstand 301 stellt die Konstante der Spirale auf den gewünschten Spulenwindungsabstand ein. der zur Bestimmung der gewünschten Radiusänderung der Spulenwindung benutzt werden soll. Der Rheostat 301 ist ferner mit einem Widerstand 308 verbunden, der seinerseits über ein«. Widerstand 311 mit dem Eingang eines Verstärkers 307 verbunden ist. Dem Verstärker 307 ist ein Kondensator 310 parallel geschaltet. Der Widerstand 308 ist ferner mit der Anode einer Diode 312 und der Kathode einer Diode 313 und über einen Widerstand 309 mit dem Ausgang des Verstärkers 307 verbunden.

Der Ausgang des Verstärkers 307 ist mit dem Eingang eines Verstärkers315übereinen Widerstand317in Reihe geschaltet, wobei dem Verstärker 315 eine Parallelschaltung aus einem normalerweise geschlossenen Kontakt 314 und einem Kondensator 316 parallel geschaltet ist. Der Ausgang des Verstärkers 315 ist über einen Widerstand 401, eine Diode 402 und einen Verstärker 403 mit einem Relais 404 in Reihe geschaltet, wobei die letzten vier Elemente einen Teil des Detektors 400 bilden. Der Ausgang des Verstärkers 315 ist ferner über einen Widerstand 321 mit dem Eingang des Verstärkers 319 verbunden, dem ein Widerstand 320 parallel geschaltet ist. Der Schleifer eines Rheostat-Widerstandes 318 ist über einen Widerstand 322 mit dem Eingang des Verstärkers 319 verbunden.

Der Stellteil des Widerstandes 318 ist mit einer negativen Gleichspannung verbunden, und der Widerstandsabschnitt ist mit Erde verbunden. Der Stellwiderstand 318 wird dazu verwendet, den Anfangs- oder maximalen Radius einzustellen, und der Verstärker 319 summiert diesen Anfangsradius mit dem Radiusänderungssignal aus dem Verstärker 315, um das zweite Signal «r» für den Verstärker 201 zu liefern.

Der Ausgang des Verstärkers 319 ist über einen Widerstand 405 des Detektors 400 ferner mit einem Punkt C verbunden.

Der Punkte ist über einen Vorwiderstand 409 mit einem Stellwiderstand 410 im Detektor 400 (der das Radiussignal überwacht) in Reihe geschaltet und über eine Diode 406 und einen Verstärker 407 mit einem Rekl is 408 verbunden. Der Sssüsbschnit! des Sieüwiderständes 4!0 ist mit einer negativen Gleichspannung verKunden, während der Widerstandsabschnitt mit Erde in Verbindung steht.

Inder Begrenzungseinrichtung900(s. Fig. 5ci.diedie Änderungsgeschwindigkeit der zeitlichen Radiusänderung (rf²r'<//²) begrenzt, reserviert das Soll-Drehzahlsignal des Aufnahmebehälters an einem ersten Ende des Widerstandes 902, dessen zweites Ende an einem Punkt D über Snen Widerstand 901 mit einer negativen Gleichspannung und über in Reihe geschaltete Widerstände 904 und 910 mit einer positiven Gleichspannung verbunden ist. Der Punkt D steht ferner mit dem Eingang eines Verstärkers 903 in Verbindung, dessen Ausgang über Dioden 908 und 909 mit einem Punkt zwischen den Widerständen 904 und 910 verbunden ist. Der Ausgang de; Verstärkers 903 ist ferner mit der Kathode der Diode 312 (s. Fig. 5b) und ferner über eine Diode 726 mit einem Punkt E (s. Fig. 5d) und schließlich über einen Widerstand 906 mit dem Eingang eines Verstärkers 905. dem der Widerstand 907 parallel geschaltet ist. verbunden und dann mit der Anode der Diode 313 in Reihe geschaltet und über eine Diode 727 mit dem Punkt E verbunden.

Das zweite Ende eines Kondensators 502 im Drchmomentmultiplizierer 500 ist mit einem ersten Eingang eines analogen M ultiplizierers 521 über die Reihenschaltung aus einem Widerstand 504 und einer Parallelschaltung aus einem Verstärker 501 und einem Widerstand 503 verbunden. Die Ausgangsgröße des analogen Multiplizierers 521 wird über einen Widerstand 702 einem Punkt F zugeführt.

Das zweite Ende eines Widerstandes 517 ist mit dem Eingang eines Verstärkers 515 verbunden, dem eme Parallelschaltung aus einem Widerstand 516 und einer Diode 519 parallel geschaltet ist. Der Ausgang des Verstärkers 515 ist einem normalerweise offenen Kontakt 505 £ und einem Widerstand 520 mit dem Eingang eines Ver- J stärkers 506 in Reihe geschaltet. Dem Verstärker 506 ist ; eine Parallelschaltung aus einem Kondensator 507 und ■ einem normalerweise geschlossenen Schalter 522, mit dem ein Widerstand 508 in Reihe geschaltet ist. parallel ν geschaltet. Eine Diode 511 ist mit dem Eingang des Ver- ί stärkers 506 verbunden und steht weiterhin über einen ν Widerstand 510 mit einer negativen Gleichspannung und | über einen Widerstand 509 mit dem Ausgang des Verstär- \ kers 506 m Verbindung. Die Ausgangsgröße des Verstär- i, kers 506 wird auch als zweite Eingangsgröße dem analo- £ gen Multiplizierer 521 zugeführt. C

Von dem Tachometer5I2 des Aufnahmebehälters, der ψ ein Drehzahlsignal erzeugt, ist der Ausgang über eine K

Induktivität 513 und einen Widerstand 604 des Drehzahlreglers 600 mit einem Eingang eines Verstärkers 601 in Reihe geschaltet, dem ein Widerstand 602 parallel geschaltet ist. Ein Kondensator 514 ist von einem Punkt zwischen der Induktivität 513 und dem Widerstand 604 mit Erde verbunden. Ferner ist der Eingang des Verstärkers 521 über einen Widerstand 518 mit einem Punkt zwischen induktivität 513 und dem Widerstand 604 verbunden. Der Eingang des Verstärkers 601 ist auch auf das zweite Ende des Widerstandes 603 geschaltet. Der Ausgang des Verstärkers 601 steht über einen Re'henwiderstand 703 mit dem Punkt F in Verbindung.

Der Punkt Fim Drehmomentregler700(s. Fig. 5d) ist ferner mit dem Eingang eines Verstärkers 701 verbunden. Weiterhin ist er über einen Widerstand 704, einen Kondensator 709 und einen Widerstand 710 mit Erde verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 701 ist Ober einen Widerstand 705 mit einem Knotenpunkt zwischen dem Widerstand 704 und d*"» Kondensator 709 verbunden. Weiterhin ist der Ausgang des Verstärkers 701 über einen Widerstand 707 mit dem Eingang eines Verstärkers 706 verbunden, dem ein Widerstand 708 parallel geschaltet ist. Der Ausgang des Verstärkers 706 ist über einen Widerstand 711 mit dem Punkt £ verbunden.

Der Punkt E ist über einen Widerstund 713 mit einer Stromrückkopplungs-Signalklemme 712 einer statischen Ankerversorgung für einen Gleichstrommotor verbunden und ist ferner über einen Widerstand 715 und einen Verstärker 718 mit einer Zündwinkel-Referenzsignalklemme 730 der statischen Ankerversorgung in Reihe geschal' t. Die Stromrückkopplung 712 ist weiterhin über einen Kondensator 716 und einen damit in Reihe geschalteten Widerstand 717 mit dem Eingangeines Verstärkers 718 verbunden. Zwischen den Eingang und den Ausgang des Verstärkers 718 ist eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 722, einem Kondensator 720 und Kondensator 719 geschaltet. Der Punkt zwischen dem Kondensator 720 und dem Kondensator 719 ist über einen Widerstand 721 mit Erde verbunden.

Ein Aufnahmebehältermotor 724 ist mit seiner zugehörigen parallel geschalteten Erregerwicklung 731 Ober die Versorgung 723 für den Gleichstrommotor geschaltet, wobei ein normalerweise offener Kontaktgeber 725 mit dem einen Ende des Aufnahmebehältermotors 724 in Reihe geschaltet ist.

Im Betrieb ist der Tachometer 101 über ein Getriebe mit einem Motor verbunden, der das Fertiggerüst antreibt, um ein Signal zu erzeugen, das durch die Induktivität 102 und den Kondensator 103 gefiltert und durch den Verstärker 104 verstärkt wird, wobei eine weitere Filterung durch den Kondensator 107 erfolgt. Die Brücke 108 wird im Verhältnis zum Walzendurchmesser des Fertiggerüstes eingestellt, um ein Signal zu erzeugen, das zur linearen Geschwindigkeit des Erzeugnisses Il proportional ist. Wenn der Kontakt 109 geschlossen ist, wird das Signal durch den Verstärker 110 verstärkt, wobei die Änderungsgeschwindigkeit des Verstärkers 110 durch den Kondensator 113, de> > Widerstand 114 und die Dioden 115 begrenzt wird. Die Ausgangsgröße des Verstärkers 110 ist ein erstes Signal, das proportional zur linearen Geschwindigkeit ds/dt des Erzeugnisses ist.

Das erste Signal wird durch den Verstärker 201 verstärkt und durch den Kondensator 204 gefiltert. Eine Rückkopplungsspannung von dem Verstärker 201 wird in dem analogen Multiplizierer 205 mit einem zweiten Signal multipliziert, das dem gewünschten Spulenwmdungsradius »r« proportional ist, wodurch die Verstärkung des Verstärkers 201 umgekehrt proportional zum gewünschten Spulenwindungsradius gemacht wird. Somit ist die Ausgangsgröße des Verstärkers 201 dessen Eingangsgröße oder erstes Signal dsUlt. das durch den gewünschten Spulenwindungsradius oder das zweite Signal dividiert wird. Dies ist dann gleich dem Soll-Drehzahlsignal du/dt des Aufnahmebehälters. Mathematisch ist dies wie folgt ausgedrückt:

JL\!±
dl~τ dl'

Die Differentiation der Grundgleichung für die Spirale, r

al) führt zu der Gleichung =_a . die die gedt d(

wünschte differentielle Radiusänderung der Sputenwindung ist. Das differentielle Änderungssignal dr dt des

ts Spulenwindungsradius erhält man durch Multiplizierung des Soll-Drehzahlsignals dOdl mit der Konstanten »</« der Spirale oder mit dem gewünschten Spulenwindungsabstand, wie er durch den Stellwiderstand 301 eingestellt ist.

Zur Verkleinerung des Radius wird das Soll-Drehzahlsignal über den Kontakt 302 dem Stellwiderstand 301 zugeführt. Zum Vergrößern des Radius wird die Polarität des Soll-Drehzahlsignals durch den Verstärker 303 umgekehrt, und das Soll-Drehzahlsignal wird dem Stellwiderstand 301 über den Kontakt 306 zugeführt. Das Radiusänderungssignal dndt wird durch den Verstärker 307 verstärkt, wobei dessen Änderungsgeschwindigkeit durch den Kondensator 310, den Widerstand 311, die Dioden 312 und 313 und durch eine Spannung von der

μ Begrenzungseinrichtung 900 begrenzt wird. Diese begrenz« die Änderungsgeschwindigkeit der Radiusänderung oder die zweite Ableitung des Radius d²r dt². Der Zweck dieser Begrenzung, die durch das Soll-Drehzahlsignal gesteuert wird, besteht darin, eine gleichförmige Reversierung der Spiralkonstanten bei der maximalen Geschwindigkeit zu erzeugen, die durch-die Momentänderungskapazität der Maschine gestattet ist. In einer praktischen Anordnung ist die Momentänderungskapazität der Maschine größer als die Momentänderung, die zur Erzeugung einer Spiralschicht erforderlich ist. und deshalb hat die Begrenzung auf d¹ r/dt² keinen Einfluß, außer während der Umkehr der Spiralkonstanten.

Wenn die Drehzahl des Aufnahmebehälters gewobbelt oder variiert wird, ist der Kontakt 314 offen. Ein Radiusänderungssignal »dr« wird dadurch erzeugt, daß das differentielle Radiusänderungssignal dr/dt durch den Verstärker 315 bezüglich der Zeit integriert wird.

Der Anfangsradius wird durch den Stellwiderstand 318 im voraus eingestellt, und das sich auf den gesamten Radius beziehende Signal oder das zweite Signal »r«. das proportional zum gewünschten Spulenwindungsradius ist. wird dadurch erzeugt, daß im Verstärker 319 der im voraus eingestellte Anfangsradius zu dem Radiusänderungssignal addiert wird. Dieses zweite Signal wird dann dem analogen Multiplizierer 205 zugeführt, um das Soll-Drehzahlsignal zu erzeugen, wie es vorstehend bereits beschrieben wurde.

Im Detektor 400 wird das Radiusändeningssignal »dr« durch den Widerstand 401, die Diode 402, den Verstärker 403 und das Relais 404 überwacht so daß der Außenradius r_o abgetastet wird, und das Relais 404 wird erregt, wenn der Radius gleich oder größer ist als der Anfangsradius oder der Wert, der durch den Stellwiderstand 318 eingestellt ist. Das zweite Signal »r« wird durch den Widerstand 405, die Diode 406, den Verstärker 407 und das Relais 408 überwacht, wobei eine Vorspannung an den Widerstand 409 im Stellwiderstand 410 angelegt ist, so daß der Innenradius abgetastet wird, und das Relais

408 wird erregt, wenn der Radius gleich oder kleiner ist als der durch den Stellwiderstand 410 eingestellte Wert.

Es wird nun auf den Drehmomentmultiplizierer 500 eingegangen, der hauptsächlich ein zum gewünschten Moment des Aufnahmebehälters proportionales Signal s erzeugt, indem ein entweder festes oder variables Signal, das zum Moment proportional ist, mit der zweiten Ableitung der gewünschten Winkelverschiebung des Aufnahmebehälters nach der Zeit multipliziert wird. Die Ableitung des Soll-Drehzahlsignales tPO/tlt¹ wird durch Differenzieren des Soll-Drehzahlsignales nach der Zeit mittels des Verstärkers 501 zusammen mit dem Kondensator 502 und den Widersländen 503 und 504 gebildet. Wenn das Produkt nicht an den Aufnahmebehälter geliefert wird, ist der Kontakt 522 geschlossen und der Kontakt 505 is geöffnet; der Verstärker 506 erzeugt dann ein Signal, das proportional ist zum Trägheitsmoment des leeren Aufnahmebehälters, das durch den Kondensator 507, die Widerstände 508, 509, 510 und die Diode 511 ermittelt wird. Wenn das Produkt abgetastet wird, öffnet der Kontakt 522 und das Trägheitssignal des Aufnahmebehälters wird durch den Kondensator 507 gespeichert.

Das Drehzahlsignal vom Tachometer 512 wird durch die Spule 513 und den Kondensator 514 gefiltert und mittels des Verstärkers 515 zusammen mit den Widerständen 516, 517 und 518 zu dem Soll-Drehzahlsignal addiert, so daß der Verstärker 515 eine zum Drehzahlfehler proportionale Spannung erzeugt, außer daß die Ausgangsgröße iiufgrund der Diode 519 nur dann erzeugt wird, wenn die Drehzahl kleiner als das Referenzsignal jo ist. Wenn sich die Drehzahl des Aufnahmebehälters ändert, schließt der Kontakt 505 jedesmal nach einer Zeitverzögerung, nach dem der Koniakt 302 geschlossen ist. und bleibt geschlossen, bis der Kontakt 302 offen ist.

Wenn die Spulengröße zunimmt, wächst die Trägheit des Aufnahmebehälters, so daß die Tendenz besteht, daß das Drehzahlsignai kleiner tsi als das Sori-Drehzahisignal. während der Aufnahmebehälter beschleunigt wird, bis das Trägheitsmoment »J« im Verhältnis zur Zunahme der Trägheit vergrößert ist. Dies tritt auf, wenn der Kontakt 505 geschlossen ist. und der Verstärker 515 einen Strom zum Verstärker 506 über den Widerstand 520 fiberträgt, wodurch das Trägheitssignal »7« erhöht wird. Der analoge Multiplizierer 521 multipliziert die Ableitung des Soll-Drehzahlsignales d^z0/dt² mit dem Trag-

heitssignal »7«, um das Drehmoment T=J -^ zu erzeugen.

Die gefilterte Ausgangsgröße des Tachometers 512 des Aufnahmebehälters wird durch den Verstärker 601 mit dem Soll-Drehzahlsignal summiert, um ein Drehzahl-Fehlersignal zu erzeugen. Dieses Drehzahl-Fehlersignal verändert den Drehmomentmultiplizierer, um Niederfrequenz- und stationäre Fehler zu verkleinern, die aus Reibung und Änderungen in Schaltungsparametern resultieren. Dies führt zu der notwendigen Drehzahlgenauigkeit mit einem genügend langsamen Ansprechverhalten, um die notwendige Unempfindlichkeit gegenüber unerwünschten Störungen vom Tachometer zu erzeugen und einen richtigen Betrieb des Trägheits-Kompensations-Verstärkers 506 zu gestatten, wie es vorstehend beschrieben wurde.

Das Drehmomentmultiplizierersignal wird mit dem Drehzahl-Fehlersignal durch den Verstärker 701 summiert und durch den Verstärker 706 weiter verstärkt. Der Kondensator 709 sorgt für ein schnelleres Ansprechen und der Widerstand 710 liefert eine geringere Empfindlichkeil gegenüber Rauschen bei hohen Frequenzen.

Da der Aufnahmebehälter durch einen Gleichstrommotor mit einem festen parallel geschalteten Feld erzeugt wird und in einer derartigen Maschine das Drehmoment proportional ist zum Ankerstrom, bildet die Ausgangsgröße des Verstärkers 706 ein Motorstrom-Referenzsignal. Dieses Motorstrom-Referenzsignal wird über den Widerstand 711 zugeführt und mit einem Stromrückkopplungssignal von der Klemme 712 über den Widerstand 713 summiert, um am Punkt E ein Stromänderungs-Referenzsignal zu erzeugen. Das Stromänderungs-Referenzsignal. das über den Widerstand 715 zugeführt wird, wird mit dem Stromänderungs-Rückkopplungssignal am Eingang zum Verstärker 718 summiert. Der Verstärker 718 liefert ein Zündwinkel-Referenzsignal an der Klemme 730 für die statische Ankerversorgung 723. die ihrerseits den Ankerstrom für den Motor 724 des Aufnahmebehälters liefert, wenn der Kontaktgeber 725 geschlossen ist. Die Stromänderung für den Motor 724 wird begrenzt durch Begrenzung des Stromänderungs-Referenzsignales mittels der Dioden 726 und 727 und durch Begrenzung der Spannung von der Begrenzungseinrichtung 900. Infolgedessen werden die Stromänderung und der Strom auf das Motorstrom-Referenzsigniil hin geregelt, wie es in der Technik allgemein bekannt ist.

Da ein Gleichstrommotor eine höhere Stromänderung zu kommutieren vermag, wenn er mit niedrigen Drehzahlen umläuft, ist die durch die Begrenzungseinrichtung 900 erzeugte Spannung bei höheren Drehzahlen herabgesetzt, wie es in der Technik bekannt ist. Eine feste Vorspannung am Widerstand 901 wird durch den Verstärker 903 mit dem Soll-Drehzahlsignal summiert. Der Verstärker 903 liefert eine Änderungsbegrenzungs-Referenzspannung für die eine Polarität durch die Dioden 312 und 726, eine Änderungsbegrenzungs-Referenzspannung der entgegengesetzten Polarität wird über die Dioden 313 und 727 von dem Verstärker 905 geliefert, um die Polarität des Verstärkers 903 zu invertieren.

In der Praxis wird, während eine Spule aus einem Aufnahmebehälter entnommen wird, dieser gestoppt und die Kontakte 109,302,306,505 und 725 sind geöffnet, während die Kontakte 314 und 522 geschlossen sind. Wenn die Entfernung der Spule abgeschlossen ist. schließen sich die Kontakte 109 und 725, wodurch der Aufnahmebehälter in einem durch den Verstärker 110 bestimmten Maß auf eine Drehzahl beschleunigt wird, die mit dem Erzeugnis bei dem durch den Stellwiderstand 318 bestimmten Radius synchronisiert ist. Ein nicht gezeigter Sensor tastet ab, wenn das Erzeugnis in dem Aufnahmebehälter ankommt. Wenn das Erzeugnis abgetastet wird. öffnen sich die Kontakte 314 und 522, und nach einer vorbestimmten Zeitverzögerung schließt der Kontakt 302. Diese Zeitverzögerung soll gestatten, daß sich genügend Erzeugnis im Aufnahmebehälter sammelt, bevor das Wobbein beginnt, so daß kein Schlupf oder Rutschen zwischen der Spule und dem Aufnahmebehälter auftritt. Wenn der Kontakt 302 schließt, nimmt der Radius ab, wie es vorstehend beschrieben wurde, und der Aufnahmebehälter beschleunigt.

Der Kontakt 505 schließt nach einer Zeitverzögerung, nachdem der Kontakt 302 schließt, um eine Kompensation der Spulenträgheit zu gestatten. Wenn das Relais 408 den Innenradius abtastet, der durch den Stellwiderstand 410 bestimmt ist, öffnen die Kontakte 302 und 505 und der Kontakt 306 schließt, wodurch die Spiralenkonstante mit einer Geschwindigkeit reversien wird, die durch den Verstärker307 bestimmt wird. Der Radius nimmt zu. wie es vorstehend beschrieben wurde, und der Aufnahmebehälter wird abgebremst. Wenn das Relais 404 den Außen-

radius abtastet, öffnet der Kontakt 306 und d*r Kontakt 302 schließt wieder. Dieser Zyklus wiederholt sich kontinuierlich, bis die Spule fertig ist. Wenn der Erzeugnissenior die Vollständigkeit der Spule abtastet, wird das Wobbein unterbrochen, die Kontakte 109,302 und 505 öffaen und der Kontakt 306 schließt, der Aufnahmebehälter wird einer Bremsbeschleunigung in einem Maße ausgesetzt, das durch den Verstärker 110 bestimmt ist, und der Radius nimmt zu. Wenn das Relais 404 abtastet, daß das zweite Signal »r« auf den vorher eingestellten Wert zu-

rückgekehrt ist, öffnet der Kontakt 306 und das zweite »/•«-Signal wird auf seinem vorher eingestellten Wert gehalten und der Aufnahmebehälter setzt seine Bremsbeschleunigung fort, bis er stillsteht. Ein nicht gezeigtes Spannungsrelais tastet ab. wenn der Aufnahmebehälter angehalien ist und bewirkt, daß der Kontaktfeder 725 öffnet und die Kontakte 314 und 522 schließen. Somit ist der Aufnahmebehälter in den ursprünglichen Zustund zurückgekehrt, um eine Entfernung der Spule zu gestatten, und dann wiederholt sich der gesamte Prozeß.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrische Regelvorrichtung für die Drehzahl eines Aufnahmebehälters zum Ablegen von kontinuierlich zugeführtem strangformigem Erzeugnis in mehreren Schichten, die jeweils eine einer Spirale angenäherte Spulenform und in benachbarten Schichten einen entgegengesetzten Wickelsinn aufweisen, und der Aufnahmebehälter in Abhängigkeit von dem Spulenwindungsradius und der Zuführgeschwindigkeit des abzulegenden Gutes angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, daß einer Drehzahl-Referenzeinrichtung (200) ein der linearen Zuführgeschwindigkeit ι -j- J proportionales erstes Eingangssignal und ein dem jeweiligen Spulenwindungsradius (r) proportionales zweites Eingangssignal zugeführt wird und die Drehzahl-Referenz-

20

er-

einrichtung (208) ein den Quotienten f , J des

sten und zweiten Eingangssignales darstellendes Soll-Drehzahlsignal bildet, das in der elektrischen Regelvorrichtung verwendet wird.

2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Spulenwindungsradius (r) in einem Radiusgenerator (300) kontinuierlich ermittelt wird.

j. Kegelvorrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß eine Begrenzungseinrichtung (900) die zweite zeitliche Ableitung des gewünschten SpulenwiRdungsradius(r) begrenzt.

4. Regelvorrichtung nich Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungseinrichtung (900) als eine Funktion des Soll-Drehzahlsignals re- » gelbar ist.

5. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß in einem Drehzahlregler (600) aus dem Soll-Drehzahlsignal und einem Signal für die proportionale Drehzahl des Aufnahmebehälters (800) ein Ausgangssignal erzeugt und dann einem Drehmomentregler (700) zugefutfrt wird, der in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal und einem dem Trägheitsmoment des Aufnahmebehälters (800) proportionalen Sign?! ein Soll-Drehmomentsignal erzeugt.

6. Regelvorrichtung nach Anspruch S. dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Soll-Drehmomentsignals das Soll-Drehzahlsignal nach der Zeit differenziert und im Drehmomentmultiplizierer (500) ^Μ mit dem Trägheitssignal multipliziert wird.