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Verfahren zum Führen der Spindeldrehzahl an Spinnmaschinen
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und Spinnstreckmaschinen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Führen der Spindeldrehzahl an Spinnmaschinen und Spinnstreckmaschinen mit durch
diesen zugeordnete Motoren direkt angetriebenen Spulspindeln, deren Drehzahl zur
Einhaltung einer vorgegebenen konstanten Aufwickelgeschwindigkeit dem wachsenden
Spulendurchmesser kontinuierlich angepaßt wird, indem die Spulenumfangsgeschwindigkeit
durch Vergleich ihres insbesondere vermittels einer Tastwalze ermittelten Istwertes
mit einem vorgegebenen Sollwert und Verstellen der Motordrehzahl in Abhängigkeit
von der ermittelten Istwertabweichung auf einem im wesentlichen konstanten Wert
gehalten wird; sie betrifft weiter eine Spinnmaschine oder Spinnstreckmaschine zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Dem Aufspulvorgang der frisch ersponnenen Chemiefasern an Spinnmaschinen
und besonders an Spinnstreckmaschinen kommt im Hinblick auf Güte und Gleichmäßigkeit
der Fadeneigenschaften erhebliche Bedeutung zu. Von entscheidendem Einfluß ist dabei
die gleichbleibende Aufwickelgeschwindigkeit und eine möglichst enge Schwankungsbreite
der Fadenzugkraft im auflaufenden Faden. Vor allem bei hohen Aufwickelgeschwindigkeiten
im Bereich von beispielsweise 6000 m/min und mehr haben sich die bekanntgewordenen
Steuer- und Regelsysteme als unzureichend für die Erfüllung hoher Qualitätsanforderung
erwiesen.
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So zeigt sich beispielsweise, daß selbst bei Drehzahlschwankungen
von + 0,10/oo noch Schwankungen in der Fadenzugkraft von etwa 10% auftreten. Dies
bedeutet, daß eine
Regelgenauigkeit angestrebt werden muß, die besser
als i 0,5 0/oo ist und möglichst nahe an + 0,1 0/oo reicht. Bei unverstreckten bzw.
teilweise orientierten (POY-) Fäden hat sich zwar eine Regelgenauigkeit von etwa
i 1 0/ovo als im allgemeinen ausreichend gezeigt, ihre Einhaltung mit im Stand der
Technik beschriebenen Mitteln hat sich aber als schwierig erwiesen, während die
für verstreckte Fäden zu fordernden Werte praktisch nicht gewährleistet werden können.
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Technische Aufgabe der Erfindung ist es danach, Mittel an die Hand
zu geben, mit deren Hilfe beim Aufwickeln der Fäden an Spinnmaschinen und Spinnstreckmaschinen
die Schwankungen der Aufwickel- bzw. Abzugsgeschwindigkeit einen Wert von + 1 0/oo
nicht übersteigen und vorzugsweise nicht größer sind als etwa i 0,1 bis 0,5 0/oo.
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Sie wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Führen der Spindeldrehzahl
an Spinnmaschinen und Spinnstreckmaschinen der eingangs beschriebenen Art erreicht,
welches sich dadurch auszeichnet, daß der in Form einer Frequenz vorliegende Sollwert
v der Aufwickelgeschwindigkeit, in eine Spannung umgewandelt, einem ersten Reglereingang
zugeführt, das als Frequenz fT vorliegende Tastwalzensignal, ebenfalls in eine Spannung
umgeformt, einem zweiten Reglereingang zugeführt, das Signal aus der Soll-/Istwertabweichung
über eine Multiplizierschaltung mit dem in eine Spannung umgeformten Signal der
Spindeldrehzahl verknüpft und das sich ergebende Verstellsignal über einen dem Motor
vorgeschalteten Umrichter ersterem zugeführt wird.
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Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß das Verstellsignal in seiner
Stärke auch von der Spulspindeldrehzahl abhängig wird; je größer die Spindeldrehzahl
ist, umso stärker wird
das aus einer bestimmten Sollwert/Istwertabweichung
abgeleitete Verstellsignal. Es hat sich gezeigt, daß dies zu einer wesentlichen
Verbesserung der Regelgenauigkeit vor allem im höheren Drehzahlbereich führt.
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In einer Weiterbildung der Erfindung werden Sollwert v und Tastwalzensignal
fT vor ihrer Umformung in Spannungen zur weiteren Verbesserung der Regelgenauigkeit
herangezogen, indem die zunächst als Frequenzen vorliegenden digitalen Signale des
Sollwerts v der Aufwickelgeschwindigkeit und des Istwerts fT der Tastwalze vor ihrer
Umwandlung in Spannungen fortlaufend miteinander verglichen werden, eine sich ergebende
Frequenzabweichung in einem multiplizierenden Digital-/Analogwandler, dem die aus
der Spindeldrehzahl abgeleitete Bezugsspannung als Referenz zugeführt wird, in ein
als Spannung vorliegendes Korrektursignal umgeformt und dem als Spannung vorliegenden
Sollwertsignal v vorzeichenrichtig zuaddiert wird.
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In einer weiteren Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden die Fadenzugkraftschwankungen im Bereich des Fadenauflaufs auf die Aufwickelspule
zur weiteren Verbesserung der Regelgenauigkeit benutzt. Dies geschieht, indem der
kontinuierlich ermittelte Istwert der Fadenzugkraft (disc) fortlaufend mit dem vorgegebenen
Sollwert der Fadenzugkraft (6soll) verglichen, das aus dem Sollwert/ Istwertvergleich
sich ergebende Abweichungssignal als Fadenzugkraft-Korrektursignal der analogen
Sollwert spannung (v) für die Aufwickelgeschwindiekeit überlagert wird, worauf das
so korrigierte v-Sollwertsignal in eine Frequenz umgeformt wlri und einem Frequenzvergieich
zugeführt wird.
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Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Hochfahren der Spulspindel
nach vollzogenem Spulenwechsel. Vor dem
Spulenwechsel wird die
Tastwalze von der vollen Spule abgehoben und bis zum Beginn des nachfolgenden Aufwickelvorgangs
in ihrer oberen Lage festgehalten. Sie wird nicht abgebremst und rotiert daher mit
sich langsam vermindernder Drehzahl weiter. Nach vollzogenem Spulenwechsel müssen
Spulspindel und Tastwalze wieder auf die der vorgegebenen Aufwickelgeschwindigkeit
entsprechenden Drehzahlen gebracht werden. Die erfindungsgemäße An- oder Hochlaufsteuerung
bezieht dabei das Auslaufverhalten der Tastwalze und ihre Absenkgeschwindigkeit
sowie das Beschleunigungsverhalten der Spulspindel derart ein, daß beide Oberflächen
beim Aufsetzen der Tastwalze auf die Spulenoberfläche im wesentlichen gleiche Geschwindigkeit
haben. Anschließend werden Spulspindel und Tastwalze gemeinsam auf Betriebsdrehzahl
gebracht.
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Die zur Durchführung des Hochlaufs dienende Steuerung kann beispielsweise
ein umschaltbarer zweistufiger Hochlaufintegrator sein. Bei vorgegebener Aufwickelgeschwindigkeit
von beispielsweise 5000 bis 7000 m/min kann er beispielsweise so abgestimmt sein,
daß die Hochfahrzeit in der ersten Stufe 10 - 30 s, in der zweiten Stufe 30 - 60
s beträgt. Es kann dann so vorgegangen werden, daß in der ersten Phase, in der die
Spule allein beschleunigt wird.
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die erste Stufe benutzt und der Integrator bei Aufsetzen der Tastwalze
in die zweite Stufe zur Beschleunigung von Spulspindel und Tastwalze zusammen umgeschaltet
wird. Nach Erreichen der Betriebsdrehzahl wird der Faden angelegt.
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Weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind aus
den Ansprüchen ersichtlich. Die erfindungsgem!-iBe Spinnmaschine der eingangs beschriebenen
Gattung weist gegenüber dem Stand der Technik einige Besonderheiten auf.
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So finden für die Tastwalze und die Spulspindel bevorzugt
Tachogeneratoren
Verwendung, die Signale mit von der momentanen Drehzahl unabhängiger Spannung abgeben,
wodurch auch eine Stillstandserfassung ermöglicht wird. Weiter geben die Tachogeneratoren
vorzugsweise mehrere Impulse je Umdrehung ab, wobei deren Zahl beispielsweise einen
ganzzahligen Wert zwischen zwei und zwölf, vorzugsweise zwischen vier und acht Impulsen
pro Umdrehung annehmen kann.
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Eine Vereinfachung in der Auswertung der Tastwalzen-Meßfrequenz wird
erzielt, wenn der Tastwalzendurchmesser nach der Beziehung D (min) = 1000 rI worin
a eine ganze Zahl zwischen 2 und 8 und D der Tastwalzendurchmesser ist.
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Zum Schutz vor Umgebungseinflüssen und besonders zur Verringerung
des durch den unvermeidlichen Luftwiderstand der mit sehr hoher Drehzahl rotierenden
Tastwalze erzeugten Leistungsbedarfs ist es bekannt, die Tastwalze mit einem eng
anliegenden konzentrischen Gehäuse zu umgeben. Es wurde nun aber gefunden, daß der
die Spulenoberfläche und vor allem die oberen Fadenlagen stark beanspruchende Leistungsbedarf
zum Antrieb der Tastwalze erheblich verringert werden kann, wenn der Spalt zwischen
Gehäuse und Oberfläche der Tastwalze sich in Tastwalzen-Drehrichtung stetig erweitert.
Vorteilhaft ist das Gehäuse dabei mit Seitenwänden versehen, die eng an den Stirnflächen
der Tastwalze anliegen, ohne diese zu berühren.
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Schließlich hat es ich als vorteilhaft erwiesen, zur galvanischen
Trennung und zur Vermeidung von kapazitiven und/oder induktiven Störungen für die'Eingabe
der Frequenzsignale (f, fT' fsp) in das Regelsystem
Lichtwellenleiter
zu verwenden, was eine entsprechende Anpassung der Signalfrequenzen erfordert.
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An Hand der beigegebenen Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.
Es zeigt: Fig. 1 Schaltschema zur Multiplikation der Istwertabweichung mit dem Signal
der Spindeldrehzahl; Fig. 2 wie Fig. 1 mit zusätzlicher Korrektur aus dem Frequenzenvergleich;
Fig. 3 wie Figuren 1+2 mit zusätzlicher Korrektur durch die Fadenzugkraft; Fig.
4 eine besondere Ausführungsform der Tastwalze.
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In der Fig. 1 ist das Schaltschema einer Anlage- gezeigt, wie sie
beispielsweise an Spinnmaschinen eingesetzt werden kann, an denen unverstreckte
bzw. teilverstreckte (POY-) Fäden aufgewickelt werden. Die Spulspindel 2 mit der
Spule 3 ist vom Motor 1 direkt angetrieben. Auf der Spule 3 sitzt in kraftschlüssigem
Kontakt mit deren Oberfläche die Tastwalze 4. Mit ihr verbunden ist der Tastwalzentacho
5 mit dem Impulsgeber 6; im Schema sind beide zur Verdeutlichung der Funktion getrennt
dargestellt, bilden in der Regel jedoch eine Einheit. Die von der Tastwalze 4 erzeugten
Signale sind digitale Signale, die Frequenzform haben. Sie werden im nachfolgenden
f/U-Wandler in eine der Frequenz proportionale Spannung umgeformt und einem Eingang
8 des Reglers 9 zugeführt.
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In gleicher Weise ist mit der Spulspindel 2 bzw. mit dem diese antreibenden
Motor 1 der Spulspindeltachc 13 mit dem Impulsgeber 14 verbunden, dessen Frequenz-Signale
in einem weiteren f/U-Wandler 15 in eine proportionale Spannung umgeformt und einem
weiteren Eingang 16 des Reglers 9 zugeführt.
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Als drittes Signal wird der vom Sollwertgeber 10 als digitales Frequenz
signal erzeugte Sollwert der Aufwickelgeschwindigkeit v, in einem weiteren f/U-Wandler
11 in eine Spannung umgeformt, einem weiteren Reglereingang 12 zugeführt.
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Im Regler 9 wird nun zunächst der von der Tastwalze 4 gelieferte Istwert
(fT) mit dem Sollwert (v) verglichen, dann das sich daraus ergebende Signal der
Istwertabweichung in einem Multiplizierbaustein mit dem als Spannung vorliegenden
Signal der Spindeldrehzahl verknüpft und das sich daraus ergebende Verstellsignal
- über den Umrichter 17 - dem Antriebsmotor 1 zugeführt.
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Eine Verbesserung der Regelgenauigkeit, d.h., eine weitere Verminderung
der Schwankungsbreite von Spindeldrehzahl und Fadenzugkraft ergibt eine Schaltung,
wie sie in Fig. 2 wiedergegeben ist. Hier wird bei einer Abzweigstelle 18 zwischen
Tastwalzen-Tachogenerator 5, 6 und f/U-Wandler 7 das Frequenz signal fT entnommen
und im Vergleicher f -mit der bei 22 entnommenen Sollfrequenz verglichen. Die ermittelte
Istwertabweichung f wird im multiplizierenden D/A-Wandler 20 in eine Spannung umgeformt.
dem D/A-Wandler 20 ist die aus der Spindeldrehzahl abgeleitete Bezugsspannung als
Referenzspannung zugeführt. Der D/A-Wandler 20 gibt ein Korrektursignal ab, das
dem Sollwertsignal v im Regler 9 vorzeichenrichtig zuaddiert wird.
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Eine noch weiter verfeinerte Anordnung, mit der die Drehzahlschwankungen
ziemlich genau auf den Bereich der fAr,gestrebten Grenze von + 0,1 %o eingeengt
werder HrUnner., ist in Fig. 3 dargestellt, wobei zunächst nur die Erweiterung der
Schaltung im oberen Teil der Figur, die Fadenzugkraftmessung, besprochen wird.
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Wie eingangs bereits erläutert, hat sich gezeigt, daß selbst noch
Drehzahlschwankungen im Bereich von +- 0,1 0/ovo Schwankungen der Fadenzugkraft
von ca. 10% zur Folge haben.
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Diese Schwankungen werden erfindungsgemäß zu einer weiteren Verbesserung
der Regelgenauigkeit genutzt.
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Ein Fadenzugkraftsensor 23 registriert den im Faden 38 auftretenden
Istwertist der Fadenzugkraft, der im Vergleicher 25 mit dem vom Fadenzugkraftsollwert-Geber
24 gelieferten Sollwert soll verglichen wird. In einem Korrektor 26 wird das Abweichungssignal
»ist 6 soll aufbereitet und entweder (nicht dargestellt) als Analogsignal der analogen
Sollwertspannung (v) überlagert oder - wie dargestellt -über den Vergleicher 19
und den D/A-Wandler 20 zusätzlich dem Regler 9 zugeführt, wo die Korrektur erfolgt.
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Zusätzlich zu dem bisher Beschriebenen ist in Fig. 3 noch eine weitere
Korrekturmöglichkeit vorgesehn. Das von der Spulspindel 2 bzw. dem dieser zugeordneten
Tachogenerator 13, 14 kommende digitale Signal fsp wird vor seiner Umformung im
f/U-Wandler 15 bei 27 abgegriffen und in einem Vergleicher 28 (f-fsp) mit der Hauptsollwertfrequenz
(v) Sp verglichen. Die Istwertabweichung führt zu einem Korrektursignal, das in
einer Anpassung 30 dem vom Regler 9 kommenden aufgegeben wird. Durch diese Maßnahme
wird erreicht, daß eine unmittelbare Korrektur des dem Umrichter 17 zugeführten
Verstellsignals für den Antrieb 1 erfolgt.
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Fig. 4 schließlich zeigt eine Verbesserung bei der Anordnung der Tastwalze.
Da die Regelgenauigkeit in starkem Maße davon abhängt, daß der Schlupf zwischen
Spulen- und Tastwalzenoberfläche möglichst gegen Null geht, ist es von entscheidender
Bedeutung, daß die für die Tastwalze 4 erforderliche Antriebsenergie und damit alle
Reibungskräfte
so klein wie möglich gehalten werden müssen. Nun
ist aber bekannt, daß die sog. Windleistung der Tastwalze, d.h. ihre bekannte Wirkung
als Ventillator, erheblich ist. Als Gegenmaßnahme wurde beispielsweise vorgeschlagen,
die Walze mit einem konzentrisch zu ihr angeordneten Gehäuse zu umgeben. Diese Anordnung
brachte jedoch nicht den gewünschten Erfolg, da am vorgesehenen Luftaustritt ein
Luftstau auftrat, der den der Rotation der Tastwalze 4 entgegenwirkenden Luftwiderstand
eher noch erhöhte.
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Es wurde nun gefunden, daß ein entsprechend der Darstellung in Fig
4 gestaltetes Gehäuse die angestrebte Wirkung der Verringerung der Luftleistung
erbringt.
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Wie deutlich zu erkennen, weist das die Tastwalze 4 umgebende Gehäuse
31 zur Spulspindel 2 mit der Spule 3 hin einen ungehinderte Berührung wischen Tastwalze
4 und Spule 3 zulassenden, durch die Kanten 35 und 36 begrenzten Schlitz auf. Der
Spalt oder Zwischenraum zwischen Tastwalze 4 und Gehäuse 31 wird vom bei der Schlitzkante
35 liegenden Lufteintritt 32 in Drehrichtung 37 zum Luftaustritt 33 hin stetig weiter.
Dadurch ist gewährleistet, daß ein Luftstau am Luftaustritt 33 nicht eintritt. Die
Seiten der Tastwalze 4 sind zur weiteren Wirkungsverbesserung durch Seitenwände
oder Flansche 34 abgedeckt, die eng anliegen, die Tastwalzenseiten jedoch nicht
berühren.
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BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG 1 Antrieb; Motor 2 Spulspindel 3 Spule 4
Tastwalze 5 Tastwalzentacho 6 Impuls geber 7 f/U-Wandler 8 Reglereingang 9 Regler
10 Sollwertgeber; Geschwindigkeitssollwertgeber 11 f/U-Wandler 12 Reglereingang
13 Spulspindeltacho 14 Impulsgeber 15 f/U-Wandler 16 Reglereingang 17 Umrichter
18 Abgriff fT 19 Vergleicher f -20 Digital!Analogwandler; D/A-Wandler 21 Reglereingang
22 Abgriff f 23 Fadenzugkraftsensor 24 Fadenzugkraftsollwert-Geber 25 Vergleicher
Sist - soll 26 Korrektor 27 Abgriff fsp 28 Vergleicher f - fsp 29 Anlaufsteuerung
30 Anpassung
31 Tastwalzengehäuse; Gehäuse 32 Lufteintritt 33 Luftaustritt
34 Seitenwand; Flansch 35 Schlitzkante 36 Schlitzkante 37 Drehrichtung 38 Faden