DE4343881A1 - Verfahren zur Regelung eines Riemenfadenführerantriebes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Antriebs eines Riemenfadenführers, der einen Faden auf die Umfangsfläche einer Kreuzspule ablegt, wobei die Drehzahl der Spule und ihr Durchmesser kontinuierlich bestimmt werden und die Daten zur Vorgabe der Verlegegeschwindigkeit des Riemenfadenführers in Abhängigkeit vom Spulendurchmesser ein Spulverhältnis vorgegeben wird, dem die Frequenz des Riemens angepaßt wird, indem dem Antriebsmotor des Riemens eine Drehzahl als Führungsgröße vorgegeben wird.

Riemenfadenführer bieten aufgrund der Steuerbarkeit ihres Antriebs die Möglichkeit, die Fadenverlegung auf der Umfangsfläche der Kreuzspule bestimmten Erfordernissen anzupassen. Der Kreuzungswinkel des Fadens in den einzelnen Fadenlagen, der Aufbau der Kanten, das heißt, die Lage der Umkehrpunkte des Fadens sowie der Aufbau der Stirnseiten der Spule läßt sich mit Hilfe des Riemenfadenführers verändern. Insbesondere bei der Herstellung von Kreuzspulen mittels Stufenpräzisionswicklung ist es unverzichtbar, das Spulverhältnis, das ist das Verhältnis von Spulendrehzahl zu Fadenführerdoppelhüben, exakt einzuhalten. Dadurch wird nicht nur der gewünschte Aufbau der Spule gewährleistet sondern auch das Auftreten von Bildwickeln vermieden.

Wenn es sich beim Riemenfadenführersystem um einen Riementrieb mit Flachriemen handelt, ist es schwierig, auf mechanischem Wege das Verhältnis von Spulendrehzahl zu Fadenführerdoppelhüben exakt einzuhalten. Einfluß auf dieses Verhältnis haben die Bauteiltoleranzen sowie der Verschleiß. Wechselnde Riemendicke, ungenaue Durchmesser der Antriebsriemenscheiben und Abnutzungen führen zu einem nicht vermeidbaren Schlupf zwischen Riemen und der den Riemen antreibenden Riemenscheibe, und damit zu einer Abweichung der Istgeschwindigkeit des Riemens von seiner Sollgeschwindigkeit.

Aus der DE-OS 37 39 693 ist ein endloses flexibles Garntraversierband eines Riemenfadenführers bekannt, das aufgrund seiner Ausbildung die Garntraversierung gut überwachbar beziehungsweise steuerbar oder regelbar machen soll. Mit Hilfe bestimmter, auf dem Garntraversierband angebrachter Markierungen kann mittels Sensoren das Band überwacht werden und der Antriebsmotor gesteuert werden. Diese Erfindung betrifft eine Drehzahlsteuerung aber keine Schlupfeliminierung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den bei einem Riemenfadenführer auftretenden Schlupf zwischen Riemen und den ihn antreibenden Motor für die Fadenverlegung zu kompensieren.

Die Lösung der Aufgabe folgt erfindungsgemäß mit dem beanspruchten Verfahren nach Anspruch 1.

Der Motor zum Antrieb des Riemens bekommt seine Drehzahl, seine Drehfrequenz, vorgegeben. Diese Drehzahl kann über einen Drehzahlgeber am Motor bestimmt werden. Die einmal über eine bestimmte Spannung vorgegebene Drehzahl liegt fest. Sie ist der Spannung proportional. Die Drehzahl des Motors kann beispielsweise durch Zählen von Markierungen auf einer mitrotierenden Scheibe in einer Zeiteinheit bestimmt werden.

Diese Zeichenfolge pro Zeiteinheit ergibt eine der vorgegebenen Spannung entsprechende Frequenz des Motors. Diese Frequenz kann mit der tatsächlichen Drehzahl der Antriebswelle in einem bestimmten Verhältnis stehen oder ihr gleich sein.

Der Antrieb des Riemens vom Motor aus erfolgt über ein Getriebe, das eine Antriebsrolle antreibt, um die sich der anzutreibende Riemen schlingt. Der Riemen dreht sich natürlich nicht mit der gleichen Frequenz wie der Motor. Wird für den Hin- und Rückruf des Fadens ein durchgehender, endloser Riemen benutzt, kann die Geschwindigkeit des Riemens durch die Überwachung eines bestimmten Mitnehmers oder auch aller Mitnehmer erfolgen. Ein den Riemen, das heißt, die Mitnehmer überwachender Sensor kann so eingestellt werden, daß er nach dem Vorbeilaufen der auf dem Riemen angeordneten Mitnehmer weiß, wann ein Umlauf des Riemens erfolgt ist. Dieser Sensor registriert also die Umläufe des Riemens während einer vorgegebenen Zeitspanne, so daß dieser Wert als Frequenz des Riemens bezeichnet werden kann.

Die Frequenz des Riemens und die Drehzahl des Motors stehen, wenn kein Schlupf auftritt, immer in einem festen, konstanten Verhältnis zueinander. Da der Riemen eine geringere Frequenz als die Antriebswelle des Motors beziehungsweise des Signalgebers des Motors aufweist, wird ein Umlauf des Riemens mit der in der gleichen Zeitspanne gemessenen Drehzahl des Motors ins Verhältnis gesetzt. Wenn die Frequenz des Riemens, das heißt, eines Mitnehmers auf dem Riemen, eins ist, beträgt die von dem Drehzahlgeber des Motors ermittelte Frequenz beispielsweise 2381. Die Frequenz des Riemens sei mit f_z und die des Motors mit f_ist bezeichnet. Tritt kein Schlupf auf, ist das Verhältnis von f_z zu f_ist stets 1 : 2381 und damit konstant. Dieses Verhältnis muß also stets konstantgehalten werden.

Erfindungsgemäß wird deshalb die tatsächliche Drehfrequenz des Antriebsmotors des Riemens und die tatsächliche Frequenz des Riemens jeweils mittels eines Sensors kontinuierlich ermittelt. Da die vorgegebene Drehzahl des Antriebsmotors des Riemens wesentlich höher ist als die tatsächliche Frequenz des Riemens, wird die vorgegebene Drehzahl des Antriebsmotors des Riemens in die Frequenz des schlupflosen Riemens untersetzt. Durch entsprechende Signalmarken auf dem Riemen kann aber auch die Signal folge des Riemens pro Zeiteinheit auf die Drehfrequenz des Motors übersetzt werden. Die Frequenzen werden jeweils in frequenzproportionale Spannungen moduliert. Spannungen lassen sich leichter vergleichen als Frequenzsignale. Läuft der Riemen schlupflos, müssen das Spannungssignal der vorgegebenen Drehzahl des Motors und das Spannungssignal der schlupflosen Drehzahl des Riemens gleich sein. Erfindungsgemäß wird deshalb zum Spannungssignal der untersetzten Drehfrequenz des Motors als Führungsgröße das invertierte Spannungssignal der tatsächlichen Riemenfrequenz als Rückführsignal addiert. Die tatsächliche Riemenfrequenz wird von dem den Riemen beobachtenden Sensor ermittelt. Es ist die Frequenz f_z. Das Summensignal wird als Regelabweichung einem ersten PI-Regler aufgegeben. Besteht eine Regelabweichung, wird von dem ersten PI-Regler ein Stellgrößensignal abgegeben.

Dieses Stellgrößensignal wird invertiert und von dem tatsächlichen Drehzahlsignal des Antriebsmotors des Riemens als Regelgröße subtrahiert. Die tatsächliche Drehzahl des Motors wird von dem Drehzahlgeber am Motor als Frequenz f_ist gemessen. Das Summensignal stellt eine fiktive Regelabweichung dar. Es wird zu der Führungsgröße, der vorgegebenen Drehzahl des Antriebsmotors des Riemens, zuaddiert. Dieses neue Summensignal ist als Regelabweichung das Eingangssignal eines zweiten PI-Reglers. Das Ausgangssignal des zweiten PI-Reglers ist die Stellgröße zur Regelung der Drehzahl des Antriebsmotors des Riemens zur Schlupfkompensation.

Der beschriebene Schaltkreis erlaubt eine schnelle und wirkungsvolle Schlupfkompensation ohne mechanische Hilfsmittel, insbesondere in der Hochlaufphase, wenn vom Riemen noch keine genügend große Anzahl von Impulsen pro Zeiteinheit geliefert wird.

Dem Regelkreis liegt folgende Konzeption zugrunde: Um das Verhältnis von f_z zu f_ist, also das Verhältnis der Frequenzen des Riemenfadenführers und des Antriebsmotors des Riemens konstantzuhalten, wird die Führungsgröße, das ist die Frequenz, die beispielsweise während einer Stufenpräzisionswicklung innerhalb einer bestimmten Durchmesserstufe dem Motor des Riemenfadenführers vorgegeben wird, für die vorgegebene Frequenzdauer zu "1" gesetzt. Tritt kein Schlupf auf, hat der Riemen während dieser Frequenzdauer ebenfalls die Frequenz "1". Wenn keine Abweichung der Frequenzen auftritt, kann auch keine Regelabweichung auftreten. Die Regelabweichung am ersten PI-Regler ist also ein Null-Signal. Ist am Riemen kein Schlupf festzustellen, so wird auch der Antriebsmotor des Riemens sich in der vorgegebenen Frequenz drehen. Die von dem Sensor, dem Drehzahlgeber, am Motor festgestellte Frequenz f_ist ist wird dann mit der vorgegebenen Antriebsfrequenz übereinstimmen. Da die Stellgröße des ersten PI-Reglers gleich Null ist, die der Regelgröße des Motors aufaddiert wird, ist die fiktive Regelabweichung gleich der Regelgröße des Motors. Wird die invertierte fiktive Regelabweichung der Führungsgröße aufaddiert, ist die dem zweiten PI-Regler aufgegebene Regelabweichung gleich Null. Die Stellgröße des zweiten PI-Reglers ist somit gleich der Führungsgröße. Der Antriebsmotor des Riemens läuft also mit der vorgegebenen Drehfrequenz konstant.

Stellt der Drehzahlgeber an Riemen eine Frequenzabweichung fest, ändert sich auch die Regelgröße, die invertiert auf die untersetzte Führungsgröße aufaddiert wird. Die auftretende Regelabweichung, die dem ersten PI-Regler aufgegeben wird, führt zu einer Stellgröße, die auch die fiktive Regelabweichung verändert. Das führt zu einem Signal, das als Regelabweichung dem zweiten PI-Regler aufgegeben wird. Dieser gibt darauf ein Stellgrößensignal ab, das den Motor, je nach Frequenzabweichung des Riemens, schneller oder langsamer antreibt, so daß der Schlupf eliminiert wird. Der Schlupf ist aber nur dann Null, wenn die Regelabweichung, die das Eingangssignal des ersten PI-Reglers ist, Null ist.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 das Regelsystem von Spulapparat und Riemenfadenführer und

Fig. 2 das Regelsystem zur elektronischen Schlupfeliminierung des Riemens.

In Fig. 1 ist mit 1 die Spuleinrichtung und mit 2 der Riemenfadenführer bezeichnet. Es sind nur die zum Verständnis der Erfindung beitragenden Merkmale dargestellt und erläutert.

An der Spuleinrichtung 1 ruht eine Kreuzspule 3 auf einer Wickelwalze 4. Die Kreuzspule 3 wird über die Wickelwalze 4 angetrieben. Die Antriebswelle 5 der Wickelwalze 4 ist mit dem Antriebsmotor 6 der Wickelwalze verbunden. Wenn der Motor über die Antriebswelle 5 die Wickelwalze 4 in der mit Pfeilrichtung 7 bezeichneten Richtung antreibt, dreht sich die Kreuzspule 3 in der mit dem Pfeil 8 bezeichneten Richtung.

An der Antriebswelle 5 der Wickelwalze 4 sowie an der Halterung 9 der Kreuzspule 3 sind jeweils Sensoren 10 beziehungsweise 11 angeordnet, welche jeweils die Drehzahl des Antriebsmotors der Friktionswalze beziehungsweise der Spule ermitteln. Die Drehzahl des Antriebsmotors 6 wird von dem Drehzahlgeber 10 über die Signalleitung 10a eine Regeleinrichtung 12 zugeleitet. Über die Signalleitung 11a wird die Spulendrehzahl der Regeleinrichtung 12 zugeleitet. In der Regeleinrichtung 12 erfolgt eine Durchmesserberechnung der Kreuzspule, nach der die Drehzahl des Motors 22 zum Antrieb des Riemenfadenführers 2 vorgegeben wird. Insbesondere beim Wickeln von Kreuzspulen mit Stufenpräzisionswicklungen wird nach Durchlaufen einer gewissen Durchmesserzone der Kreuzspule das Spulverhältnis geändert. Diesem stufenweisen Ändern des Spulverhältnisses muß die Frequenz der Doppelhübe des Riemenfadenführers angepaßt werden. Die Regelung der Motordrehzahl des Antriebsmotors 6 der Friktionswalze 4 erfolgt von der Regeleinrichtung 12 über die Signalleitung 6a.

Der Riemenfadenführer 2 besteht aus dem Riemen 13, der um mehrere Umlenkrollen 14 geführt ist und um die Antriebsrolle 15. Auf dem Riemen 13 sind in festgelegten Abständen drei Mitnehmer 16a, 16b und 16c für den zu verlegenden Faden, der hier nicht dargestellt ist, angeordnet. Der vor der Kreuzspule 3 verlaufende Riementrum 13v bewegt sich in die Verlegerichtung 17, von links nach rechts, der der Kreuzspule 3 abgewandte Riementrum 13h in Pfeilrichtung 18, von rechts nach links. Damit bewegen sich auch die auf dem Riemen 13 angeordneten Mitnehmer 16a bis 16c dann, wenn sie im Riementrum 13v liegen, von links nach rechts, in Pfeilrichtung 17, und verlegen so den Faden nach rechts auf der Umfangsfläche der Kreuzspule 3. Sind die Mitnehmer im Bereich des hinteren Fadentrums 13h, bewegen sie sich von rechts nach links, in Pfeilrichtung 18, und verlegen somit den Faden von rechts nach links auf der Umfangsfläche der Kreuzspule 3.

Die Antriebsrolle 15 ist über eine Antriebswelle 19 mit einem Getriebe 20 verbunden. Dieses wird über eine Antriebswelle 21 von dem Motor 22 zum Antrieb des Riemens angetrieben. Die Riementrum 13v und 13h bewegen sich in den angegebenen Richtungen 17 beziehungsweise 18, wenn die Antriebswellen 19 und 21 in der eingezeichneten Drehrichtung 23 angetrieben werden.

An der Motorwelle 21 wird die tatsächliche Drehzahl des Motors 22 zum Antrieb des Riemens 13 mittels eines Sensors 24 ermittelt. Diese Drehfrequenz des Motors, f_ist, wird über die Signalleitung 24a einer Regeleinrichtung 25 zugeleitet. Dieses regelt über die Signalleitung 22a die Drehzahl des Motors 22. Die Frequenz des Riemens 13, die Anzahl seiner Umläufe innerhalb einer festgelegten Zeit, wird mittels eines Sensors 26 ermittelt. Dieser Sensor kann beispielsweise das Vorbeiwandern der Mitnehmer 16a bis 16c innerhalb einer bestimmten Zeiteinheit überwachen. Das Frequenzsignal f_z, wird über die Signalleitung 26a ebenfalls der Regeleinrichtung 25 zugeführt.

Damit die Regeleinrichtung 25 weiß, mit welcher Drehzahl der Motor 22 zum Antrieb des Riemens 13 während der einzelnen Stufen des Spulverhältnisses angetrieben werden soll, wird über die Signalleitung F von der Regeleinrichtung 12 der Regeleinrichtung 25 eine Führungsgröße vorgegeben. Diese Führungsgröße F ist ein Spannungssignal, welches die Drehzahl des Antriebsmotors 22 des Riemens 13 bestimmt. Würde kein Schlupf auftreten, stünden diese vorgegebene Frequenz des Motors, die Führungsgröße F, sowie die Frequenz f_z des Riemens stets in einem konstanten Verhältnis zueinander. Ebenso in einem konstanten Verhältnis zueinander würden die Drehzahl des Motors f_ist und die Frequenz des Riemens f_z stehen. Beide Verhältnisse wären identisch.

Anhand des Schaltbilds der Fig. 2 wird der Aufbau der Regeleinrichtung 25 näher erläutert.

Fig. 2 zeigt einen Regelkreis mit ineinander verschachtelten PI-Reglern innerhalb der Regeleinrichtung 25.

Von der Regeleinrichtung 12 wird dem Regelkreis die Führungsgröße F zugeleitet. Es ist die Drehzahl, die der Motor 22 zum Antrieb des Riemens 13 abgeben soll. Die Führungsgröße F ist in der Regeleinrichtung 25 für zwei Regler die Führungsgröße. Es sind dies jeweils PI-Regler 27 und 28. Bevor die Führungsgröße F dem PI-Regler 27 eingegeben wird, durchläuft sie einen sogenannten Teiler 29. Hier wird die Führungsgröße durch das feststehende Frequenzverhältnis von f_z zu f_ist geteilt. f_z ist die Frequenz des Riemens 13, während f_ist im schlupflosen Idealfall die Frequenz F ist. Für die Durchführung der Untersetzung wird der Idealfall angenommen, das heißt, es wird zur Bildung des Quotienten die Führungsgröße F eingesetzt. Die den Teiler 29 verlassende untersetzte Führungsgröße ist mit dem Bezugszeichen fr bezeichnet.

An dem Summenpunkt 30 des ersten PI-Reglers 27 wird der untersetzten Führungsgröße f_F das aus dem Drehzahlgeber 26 des Riemens 13 stammende Rückführsignal f_z als Regelgröße invertiert zuaddiert. Die Frequenzsignale sind jeweils in frequenzproportionale Spannungen moduliert, so daß hier Spannungen in den Summenpunkten addiert werden und die jeweiligen Spannungsdifferenzen als sogenannte Regelabweichungen den Reglern aufgegeben werden. Die den Summenpunkt 30 verlassende Regelabweichung X_d ist die Eingangsgröße des ersten PI-Reglers 27. Die den Regler 27 verlassende Stellgröße Y₁ wird invertiert und im Summenpunkt 31 von der Regelgröße f_ist substrahiert. f_ist ist das von dem Drehzahlgeber 24 ermittelte Signal der Drehzahlfrequenz des Antriebsmotors 22 des Riemens. Die Differenz der beiden Signale ergibt eine fiktive Regelgröße Z_f.

Dieses negative Signal wird im Summenpunkt 32 zu der Führungsgröße F zuaddiert. Das den Summenpunkt 32 verlassende Signal ist die Regelabweichung X_f. Es ist eine gegenüber der tatsächlichen Drehzahlfrequenz ermittelte fiktive Regelabweichung, da selbst dann, wenn der Motor ordnungsgemäß aufgrund der Führungsgröße F die vorgegebene Drehzahl einhält, der Schlupf in dem System des Riemenfadenführers 2, bestehend aus dem Riemen 13, den Umlenkrollen 14, der Antriebsrolle 15 sowie dem Getriebe 20, berücksichtigt wird. Die fiktive Regelabweichung X_f ist die Eingangsgröße des zweiten PI-Reglers 28.

Die Stellgröße Y₂ des Reglers 28 ist die den Motor 22 zum Antrieb des Riemens 13 tatsächlich regelnde Führungsgröße. Die Stellgröße Y₂ ist das Signal, das die Regeleinrichtung 25 verläßt und der Regelstrecke, bestehend aus dem Motor 22 sowie dem Riemenfadenführer 2, zugeführt wird. Störgrößen können bereits die Drehzahl des Motors 22 beeinflussen. Wie bereits dargelegt, treten Störgrößen insbesondere in dem System des Riemenfadenführers 2 auf. Die den Motor 2 als Regelstrecke beeinflussenden Störgrößen führen zu einem Rückführsignal, der Regelgröße f_ist. Im Idealfall ist die Regelgröße f_ist gleich der Führungsgröße F.

Die Störgrößen, welche das System des Riemenfadenführers 2 beeinflussen, führen zu einem schlupfbedingten Rückführsignal, der Regelgröße f_z, das von der untersetzten Führungsgröße f_F abweicht.

Der nach Fig. 2 dargestellte Regelkreis ermöglicht, sogar bei niedrigen Drehzahlen, beispielsweise in der Hochlaufphase der Spuleinrichtung 1, eine exakte Regelung des Riemenfadenführers und damit eine Kompensation des auftretenden Schlupfes. Selbst dann, wenn der Idealfall eintritt, daß der Antriebsmotor 22 des Riemens 13 mit der von der Führungsgröße F vorgegebenen Frequenz läuft, kann bei einer schlupfbedingten Abweichung der Frequenz des Riemens die Drehzahl des Motors so verändert werden, daß sie den durch den Schlupf bedingten Frequenzabfall wieder ausgleicht. Dafür sorgt die Stellgröße Y₁, welche selbst bei einer Übereinstimmung der Führungsgröße F mit der Drehfrequenz f_ist des Motors zu einer fiktiven Regelabweichung X_f führt.

Claims (2)

1. Verfahren zur Regelung des Antriebs eines Riemenfadenführers, der einen Faden auf die Umfangsfläche einer Kreuzspule ablegt, wobei die Drehzahl der Spule und ihr Durchmesser kontinuierlich bestimmt werden und die Daten zur Vorgabe der Verlegegeschwindigkeit des Riemenfadenführers verwendet werden, wobei in Abhängigkeit vom Spulendurchmesser ein Spulverhältnis vorgegeben wird, dem die Geschwindigkeit des Riemens angepaßt wird, indem dem Antriebsmotor des Riemens eine Drehzahl als Führungsgröße vorgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Riemens durch Abtasten mindestens einer Marke auf dem bewegten Riemen als ein Frequenzsignal abgenommen wird, daß die Geschwindigkeit des Motors mit einem Drehzahlmesser gemessen wird, der ein Frequenzsignal hoher Frequenz abgibt, daß die beiden Frequenzsignale durch Über- oder Untersetzen auf ein gleiches Frequenzniveau gebracht und verglichen werden und daß sich im Betrieb ergebende Frequenzdifferenzen die Regelabweichungen eines Regelkreises sind, dessen Stellgröße zur Beeinflussung der Drehzahl des Antriebsmotors herangezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die tatsächliche Drehzahl des Antriebsmotors des Riemens und die tatsächliche Frequenz des Riemens jeweils mittels eines Sensors kontinuierlich ermittelt werden, daß die vorgegebene Drehzahl des Antriebsmotors des Riemens in die Frequenz des schlupflosen Riemens untersetzt wird, daß die Frequenzen jeweils in frequenzproportionale Spannungen moduliert werden, daß zum Spannungssignal der untersetzten Drehzahl des Motors als Führungsgröße das invertierte Spannungssignal der tatsächlichen Riemenfrequenz als Rückführsignal addiert wird, daß dieses Summensignal als Regelgröße einem ersten PI-Regler aufgegeben wird, daß der erste PI-Regler ein invertiertes Stellgrößensignal abgibt, zu dem das tatsächliche Drehzahlsignal des Antriebsmotors des Riemens, die Regelgröße, addiert wird, daß dieses Summensignal eine fiktive Regelabweichung darstellt, daß dieses Summensignal der Führungsgröße zuaddiert wird, daß dieses neue Summensignal als Regelabweichung das Eingangssignal eines zweiten PI-Reglers ist und daß das Ausgangssignal des zweiten PI-Reglers die Stellgröße zur Regelung der Drehzahl des Antriebsmotors des Riemens ist.