DE4035862A1 - Vorrichtung zur spannungsregulierung eines drahtes fuer eine spule - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet des Wickelns von Spulen aus einem Metalldraht, insbesondere auf dem Gebiete der Elektrizität und betrifft speziell eine Vorrichtung zur automatischen Spannungsregulierung des Drahtes für die Beschickung einer Spulenwickeleinrichtung im Anschluß an eine Zuführvorrichtung.

Die Qualität der erhaltenen Wicklung ist selbstverständlich abhängig von der Konstanz der mechanischen Spannung, die auf den Draht bis zu seiner endgültigen Aufwicklung auf den Spulenkörper im Verlauf des Arbeitsablaufes ausgeübt wird, und das, obwohl die Geschwindigkeit des Drahteinlaufs mit der Zeit in Abhängigkeit von unterschiedlichen Umständen variieren kann, insbesondere in Abhängigkeit von der Form des Spulenkörpers, die rund, quadratisch oder rechteckig sein kann, von dem wachsenden Durchmesser der Wicklung während des Betriebes, von den verschiedenen Bewegungen der Führungsspitze des Drahtes, die der Wickelvorrichtung zugeordnet ist und die in einigen Phasen sogar zu negativen momentanen Auslaufgeschwindigkeiten führt.

Man hat deshalb schon versucht, die mechanische Spannung des Drahtes unabhängig zu machen von der Drahtgeschwindigkeit durch mechanische Mittel zur Spannungsregulierung oder durch entsprechende elektromechanischen Mittel. Diese im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen weisen jedoch größere Nachteile auf, die weiter unten noch verdeutlicht werden und insbesondere in dem Nachlaufen oder Abbremsen des Fadens im Fall einer momentanen negativen Drahtgeschwindigkeit liegen.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Nachteile und Einschränkungen zu überwinden, und dazu schlägt sie eine Vorrichtung zur automatischen Regulierung der Drahtspannung und auch zur automatischen Abbremsung vor.

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung von zwei bekannten Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik und einem Ausführungsbeispiel einer automatischen Vorrichtung gemäß der Erfindung deutlich. Zum Verständnis dieser Beschreibung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der die

Fig. 1 schematisch das Prinzip des Wickelns wiedergibt,

Fig. 2 eine mechanische Vorrichtung einer bekannten Type zur Spannungsregulierung zeigt,

Fig. 3 eine elektromechanische Vorrichtung einer ebenfalls bekannten Type für die Spannungsregulierung wiedergibt und

Fig. 4 schematisch das Prinzip einer Vorrichtung für die Spannungsregulierung gemäß der Erfindung für ein entsprechendes Ausführungsbeispiel zeigt.

Für das Verständnis dessen, was nachfolgend beschrieben ist, wird das Prinzip des Wickelns in Verbindung mit der Fig. 1 mit wenigen Worten in Erinnerung gerufen, wo ein Draht 2 ausgehend von einer Zuführvorrichtung 3 eine Vorrichtung 4 zur Spannungsregulierung passiert, die eine Wickelmaschine im eigentlichen Sinne füttert, die durch einen Tisch XYZ angedeutet und mit einer Führungsspitze 5 versehen ist. Der Draht 2 wird auf den Spulenkörper 1 aufgewickelt. Die Vorrichtung 4 kann durch jeden bekannten Typ gebildet sein, insbesondere durch diejenigen, die nachfolgend vorgestellt werden.

In der Fig. 2 wird schematisch eine Vorrichtung des bekannten Typs gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Der Draht 2 passiert ausgehend von einer Zuführvorrichtung einen Zentrierbogen A, wird zwischen zwei Filzrollen B erfaßt und läuft nach dem Passieren einer Umlenkung C in die Rille einer Rolle D ein, die mit einer mechanischen Bremse irgendeiner Art versehen ist, wobei in diesem Fall ein Hebel H dargestellt ist. Der von den Rollen B auf den Draht 2 ausgeübte Druck verleiht ihm eine Spannung, die ihm das Aufliegen auf dem Grund der Rille der Rolle D ermöglicht. Beim Verlassen dieser Rolle D läuft der Draht um eine Rolle F, die an einem Schwenkarm E angeordnet ist, bevor er in Richtung K auf die eigentliche Wickelvorrichtung zuläuft. Der Arm E wird durch eine Feder G in eine Ruheposition gezogen, die andererseits die Bremse H betätigt. Während des Auslaufens des Drahtes 2 führt seine Spannung den Hebel E in die Arbeitsposition (gestrichelt dargestellt), was die Feder G beansprucht, was wiederum die Bremse H lockert. Eine Justierung der Bremse H wird mechanisch und manuell durch eine Feder I vorgenommen, die einem Verstellorgan J zugeordnet ist. Unter anderem wird die Arbeitsposition des Armes E im Verhältnis zu der Bremse H durch eine Verschiebung des Angriffspunktes der Feder G auf einen Kraghebel L geregelt, der an dem Arm E befestigt ist. Wenn der Draht 2 in Richtung K zu der Wickelmaschine gezogen wird, neigt sich der Arm E in seine Arbeitsposition, was die Bremse H entlastet. Wenn die Spannung auf den Draht ausreicht, beginnt die Rolle D sich zu drehen in gegengesetzter Richtung zu der Bremse H und gestattet das Auslaufen des Drahtes in Richtung K. Die Spannung des Drahtes ist also, zumindest partiell, automatisch durch das Gleichgewicht des Armes E geregelt, der die Bremse H betätigt.

Wie man sieht, erfordert diese mechanische Vorrichtung eine manuelle Regelung, so daß die dauernde Anwesenheit einer Bedienungsperson erforderlich ist. Wenn u. a. die Geschwindigkeit des Drahtauslaufs ansteigt, steigt ebenso die Wirksamkeit der Bremse H an, und die von der Feder G hervorgerufene Kraft muß ebenfalls ansteigen, was zeigt, daß die Spannung des Drahtes mit der Geschwindigkeit ansteigt. Bei hoher Geschwindigkeit wird andererseits die Aufheizung und die Abnutzung der Bremse wichtig, was sich in einer Abweichung der Regelwerte und einer vorzeitigen Abnutzung der Bauteile äußert, und dies wiederum führt zu einem unregelmäßigen Arbeiten der Vorrichtung oder zu einem Oszillieren, während sie im kalten Zustand zu einer schlechten Wirkung neigt. Es ist deshalb darauf hinzuweisen, daß die Rücknahme des Drahtes 2 begrenzt ist auf die Differenz der Länge, die durch das Rückschwenken des Armes E in seine Ruheposition gebildet wird, womit also der Ausgleichsspielraum des Drahtes festgelegt ist, und daß während dieser Phase die Spannung des Drahtes sich jeder Kontrolle entzieht.

Eine Verbesserung dieser rein mechanischen Vorrichtungen wird durch die Anwendung einer elektromechanischen Vorrichtung zur Spannungsregelung bewirkt, bei der auf eine elektrische Bremse zurückgegriffen wird. Eine derartige bekannte Vorrichtung ist in der Fig. 3 dargestellt. Die Funktion ist analog der vorangehend beschriebenen, bis auf das Folgende: dem Schwenkarm E ist ein Potentiometer M zugeordnet, das die mechanische Information, also die Position des Armes E, in eine elektrische Information umformt. Diese wird nach einer Verstärkung im Verstärker N auf eine elektrische Bremse (nicht dargestellt) gegeben, die mit der Rolle D verbunden ist. Im übrigen ist eine Rückholfeder G des Armes E in die Ruheposition vorgesehen, dieses Mal jedoch unabhängig von der Bremse und auch nicht einstellbar durch den Angriffspunkt an dem Hebel L. Wenn sich der Arm E in der Ruhelage befindet, wird die Information des Potentiometers M nach der Verstärkung in dem Verstärker auf die elektrische Bremse gegeben, um eine maximale Abbremsung zu erhalten. Der Draht 2 wird in Richtung von K gezogen, der Arm E wird verschwenkt und die Wirksamkeit der Bremse verringert sich, bis die Rolle D in Drehung versetzt werden kann, um den Draht in Richtung K abzulassen. Die Regelung ist mechanischer Art durch die Feder G und elektrischer Art durch Einstellung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers N. Wenn eine derartige Vorrichtung auch einen gewissen Fortschritt gegenüber den mechanischen Typen darstellt, die weiter oben beschrieben worden sind, bleibt dennoch der große Nachteil einer begrenzten Zurücknahme wie im vorangehenden Fall mit einer unkontrollierbaren Spannung.

Die vorliegende Erfindung überwindet diese Nachteile des Standes der Technik, die nachfolgend genauer erläutert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist schematisch zur Erläuterung des Prinzips in der Fig. 4 wiedergegeben.

Der Draht 2, der aus einer Zuführvorrichtung, die nicht wiedergegeben ist, zuläuft, passiert zunächst zwei Rollen 11 und 12, die mit Filz belegt sind, von denen die eine in Gegenrichtung der Laufrichtung des Drahtes durch einen Synchronmotor 13 angetrieben wird, während die zweite Rolle 12 eine einfache Andruckrolle ist, die durch die Reibung mit der ersten Rolle 11 angetrieben wird. Diese Anordnung von Rollen 11 und 12 bewirkt eine schwache Restspannung auf den Draht, die ihn auf den Grund der Rille einer Rolle 14 plaziert, wobei er einmal komplett herumläuft. Diese Rolle 14 wird durch einen Elektromotor 15 angetrieben, der in zwei Richtungen drehbar ist. Die Anordnung auf dem Grund der Rille der Rolle 14 ist insbesondere wichtig während einer Phase des Rücknehmens, die durch eine Drehrichtungsumkehr des Motors 15 herbeigeführt wird. Dieser Motor 15 wird durch eine Rückkopplungsschleife gesteuert, die weiter unten noch genauer erläutert wird.

Nachdem der Draht 2 die Rolle 14 verlassen hat, läuft er durch eine Vorrichtung zur Messung der Spannung, die aus zwei Rollen 17 und 18 mit geringer Trägheit, beidseitig einer Mittelrolle 19, besteht, die einem Dehnungsmesser 16 zugeordnet ist, beispielsweise einem Deformationsgerät. Aufgrund der Rollenanordnung mißt der Dehnungsmesser 16 das Doppelte der momentanen Spannung, der der Draht unterliegt. Das elektrische Spannungssignal wird, wie weiter unten noch beschrieben wird, weiter verarbeitet. Der Draht 2 kann also in Richtung auf die eigentliche Wickelvorrichtung weiterlaufen. Es kann jedoch zweckmäßig sein, den Draht vorher um eine Rolle 116 mit geringer Trägheit herumlaufen zu lassen, die an einem Schwenkarm 114 angebracht ist und durch eine Feder 115 in eine Ruheposition gedrückt wird. Die Verschwenkung des Armes 114 gestattet im Übergangsbereich die mechanische Absorbierung von Stößen, die bei der Aufwicklung auf den Spulenkörper hervorgerufen werden können, durch einen Fehler beim Abziehen des Drahtes von der Vorratsrolle, durch die Reaktionszeit der elektromechanischen Bauteile, die bereits beschrieben worden sind, durch ein unvorhergesehenes Schneiden des Drahtes, beispielsweise durch Grat. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung läuft der Draht 2 vor dem Einlaufen in die eigentliche Wickelvorrichtung einmal um eine Rolle 117 herum, die mit einer Codescheibe versehen ist. Diese Scheibe sendet Signale in einer Frequenz aus, die proportional der Ablaufgeschwindigkeit ist, wobei sie in Form gebracht und ausgewertet werden, wie weiter unten noch beschrieben wird.

Die Rotationsgeschwindigkeit der Rolle 14 wird durch einen Geschwindigkeitsmesser 112 erfaßt, der ein Signal e1 liefert. Das Signal e5 geht von dem Dehnungsmesser 16 aus, wird durch einen Verstärker AV0 verstärkt und als Signal e4 in eine Differentialstufe 111 eingegeben, die u. a. ein Signal t0 empfängt, durch das der Sollwert der Spannung des Drahtes repräsentiert wird. Das Signal, das aus dieser Differenz hervorgeht, sei das Signal e3. Es wird in dem Verstärker AV1 verstärkt und wird jetzt als Signal e2 dem Signal e1, das die Rotationsgeschwindigkeit repräsentiert, hinzugefügt, und das Resultat wird nach der Verstärkung durch den Verstärker AV2 in der Form des Signals ev an einen Regler 113 gegeben, der die Rotationsgeschwindigkeit des Motors 15 bestimmt, um das Gleichgewicht zwischen dem Signal e5 des Dehnungsmessers und dem Sollsignal t0 einzuhalten, das bedeutet, alle Änderungen zu kompensieren, die bei der Spannung des Drahtes im Vergleich zur Sollspannung vorkommen, die durch das Signal t0 repräsentiert wird.

Diese Anordnung gestattet eine bessere Regelung der Spannung eines Drahtes für eine Spule als die bekannten Anordnungen des Standes der Technik und so eine nennenswerte Verbesserung des Endproduktes, also der fertigen Spulen.

Bei der Suche nach höheren Herstellungsgeschwindigkeiten bemerkt man jedoch, daß bei der Anhebung der Geschwindigkeit des Drahtauslaufs zur Steigerung der Produktion die Auslaufgeschwindigkeit einen Einfluß hat, der infolge seiner Effekte auf die Drahtspannung nicht mehr vernachlässigbar ist, also die Qualität des Endproduktes beeinträchtigt.

Um diese Einschränkungen zu überwinden, schlägt die Erfindung außerdem vor, auf die Sollspannung t0 einzuwirken, die an die vorangehend erwähnte Differentialstufe 111 abgegeben wird. Gerade in diesem Abschnitt kommt die Rolle oder die Codescheibe 117 zur Wirkung, die vorher als fakultatives Bauteil erwähnt worden ist.

Für diese Form eines Ausführungsbeispiels der Erfindung ist es zweckmäßig auf das zurückzukommen, was vorangehend gesagt worden ist.

Die Codescheibe 117, die nun notwendig ist und nicht nur fakultativ im Vergleich zu dem Voranstehenden eingesetzt wird und über die jetzt der Draht 2 herumgeführt wird, bevor er in Richtung auf die eigentliche Wickelvorrichtug voranschreitet, liefert, wie bereits gesagt, zwei Frequenzsignale, die die Auslaufgeschwindigkeit des Drahtes 2 repräsentieren.

Vor der Erläuterung dessen, was passiert, sei darauf hingewiesen, daß das Signal e5, das von dem Dehnungsmesser 16 ausgeht, die doppelte Spannung t des Drahtes 2 repräsentiert mit einem Proportionalitätsfaktor c, also nach der Gleichung e5=2 ct.

Die Auslaufgeschwindigkeit V des Drahtes ist im übrigen proportional der Drehzahl des Motors 15 mit einem Faktor π×d, wobei d der Durchmesser der Rolle 14 ist, so daß für das Geschwindigkeitssignal gilt e1=bV/πd, wobei b ein Proportionalitätskoeffizient des Drehzahlmessers 112 ist. Das Signal eV der Motorsteuerung stellt sich dar als eV=V/πda, wobei der Proportionalitätskoeffizient des Reglers 113 für die Drehgeschwindigkeit des Motors 15 ist.

Unter der Berücksichtigung der Faktoren AV0, AV1 und AV2 und der Zwischenausdrücke der Signale e4 und e3 bleibt festzustellen, daß das Signal e2, das in den summierenden Verstärker AV2 gegeben wird, sich darstellt als

e2 = V (1 - ab.AV2)/πd.a.AV2.

Dieser Ausdruck zeigt, daß es nötig ist, daß a.b.AV2<1, anderenfalls wird der Steuerkreis oszillierend und kann nicht mehr die Funktion ausüben, für die er vorgesehen ist.

Unter dieser Annahme stellt man fest, daß die momentane Spannung t des Drahtes als Funktion der Sollspannung t0 sich darbietet als:

Bei einer Auslaufgeschwindigkeit V von Null, z. B. beim Anhalten oder vor der Phase eines Rücklaufes ist t=t0/2c AV0, also ergibt sich bei einer Auslaufgeschwindigkeit V, die nicht Null ist, eine Spannungsdifferenz im Vergleich zu der von t0, die folgender Gleichung entspricht:

Δt = (1 - ab AV2) V/2 aπc d AV0.AV1.AV2,

wobei diese Differenz bzw. dieser Fehler unabhängig von dem Sollwert t0 der Programmierung ist, wie man leicht sieht.

Wenn man auf den auslaufenden Draht eine konstante mechanische Spannung aufrechterhalten will, bedarf es einer Korrektur des Signales eV und als Folge davon, stromaufwärts des Signales e3, das von dem Dehnungsmesser 16 ausgeht, bevor der Sollwert t0 eingegeben wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Korrektur von der Codescheibe 117 eingebracht. Diese liefert Frequenzsignale, die proportional der Geschwindigkeit V des Drahtauslaufs sind, und die nach der Umformung in einem Steuergerät 118, dessen Parameter an die Bauteile angepaßt sind, die außerdem benutzt werden, ein Signal e6 liefern, das sich schreiben läßt als:

e6 = 2 c AV0.Δt.

Dieses Signal e6 wird in einen Subtraktor 119 zur Korrektur eines neuen Sollsignales t0′ eingegeben, das von außen in den Subtraktor 119 eingegeben wird, der die Differentialstufe 111 mit dem Signal t0 versorgt, das bereits weiter oben erwähnt worden ist.

Es ist also festzustellen, daß die Drahtspannung sich darstellt als:

t = Δt + (t0′ - e6)/2 c AV0

also

t = t0′/2 c AV0

wobei die tatsächliche Drahtspannung nicht mehr von der Auslaufgeschwindigkeit V des Drahtes, sondern ausschließlich von dem eingegebenen Sollwert t0′ und den ein für allemal festgelegten Parametern, den elektronischen Meßgeräten und der entsprechenden Signalverarbeitung abhängt.

Bei hohen Auslaufgeschwindigkeiten V gelingt es also aufgrund der Codescheibe 117 und durch die Steuerung, die daraus folgt, die Spannung t des Drahtes unabhängig von seiner Auslaufgeschwindigkeit V zu gestalten, also die Qualität der Endprodukte zu garantieren, d. h. der fertig hergestellten Spulen.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Spannungsregulierung eines Drahtes zur Versorgung einer Wickelvorrichtung aus einer Zuführvorrichtung, bestehend aus einer Antriebsrolle, die mit Hilfe eines Motors angetrieben wird und über die der Draht vor seinem Weg zu der eigentlichen Wickelvorrichtung herumläuft, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Rolle (14) und der Wickelvorrichtung ein Dehnungsmesser (16) angeordnet ist, der ein Signal (e5) ausgibt, das repräsentativ für die momentane Spannung (t) des Drahtes (2) ist, daß die Rolle (14) einen Drehzahlmesser (114) aufweist, der ein Signal (e1) ausgibt, das repräsentativ für die Auslaufgeschwindigkeit (V) des Drahtes ist, und daß Mittel (AV0, 111, AV1, AV2) die momentane Spannung (t) des Drahtes mit einem Sollwert (t0) vergleichen, um ein Signal (e2) auszugeben, das, ergänzt (AV2) zu dem Drehzahlmessersignal (e1), auf einen Geschwindigkeitsregler (113) wirkt (eV), der die Drehung des Motors (15) bestimmt, um die Spannung (t) des Drahtes (2) von seinem derzeitigen Wert auf den Sollwert (t0) zu überführen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dehnungsmesser (16) einer Anordnung von Rollen (17, 18, 19) zugeordnet ist, um die der Draht (2) herumläuft und die die Abgabe eines Signales (e5) gestattet, das der doppelten momentanen Spannung (t) entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (2) nach Verlassen des Dehnungsmessers (16) um eine Rolle (116) herumläuft, die am äußeren Ende eines Schwenkarmes (114) angeordnet ist, der mit Hilfe einer Feder (115) vorgespannt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (2) vor seinem Weg in Richtung auf die Wickelvorrichtung u. a. um eine Codescheibe (117) herumläuft, die Signale ausgibt, die proportional der Auslaufgeschwindigkeit (V) des Drahtes (2) sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale in einem Steuergerät (118) umformbar sind, das ein Signal (e6) ausgibt, das repräsentativ für eine eventuelle Spannungsveränderung (Δt) ist, die beim Auslauf des Drahtes (2) auftritt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Signal (e6) in einem Subtraktor (119) auf der Grundlage eines neuen Sollwertes (t0) modifiziert wird, um ein neues Signal (t0′) abzugeben, das den bisherigen Sollwert (t0) ersetzt.