DE60004134T2

DE60004134T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern des Aufwickeln von Faden und dergleichen auf rotierenden Trägern wie Garnspulen

Info

Publication number: DE60004134T2
Application number: DE60004134T
Authority: DE
Inventors: Luciano Franzolini; Stefano D'amicis
Original assignee: Spel Srl Trezzano Sul Naviglio; SP EL Srl
Current assignee: Spel Srl Trezzano Sul Naviglio; SP EL Srl
Priority date: 1999-05-31
Filing date: 2000-05-29
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2020-05-30
Also published as: DE60004134D1; ITMI991213A1; ATE246140T1; EP1057765A2; ITMI991213A0; IT1312588B1; EP1057765B1; EP1057765A3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zugeordnete Vorrichtung zum Steuern des Aufwickelns von Fäden oder dgl. auf umlaufende Träger, wie Haspeln zum Weben und dgl..
Es ist bekannt, daß in der Webindustrie jedes Verfahren, bei dem Faden genutzt wird, die Notwendigkeit erfordert, Faden zu speichern, so daß er in am besten geeigneter Form für nachfolgende Operationen zu Verfügung steht.
Eine der am meisten genutzten Speichervorrichtungen besteht in der sogenannten Haspel, nämlich in einem zylindrischen Element, auf welches der Faden aufgewickelt wird, um eine Spule (oder Haspel) zu erzeugen, die präzise vorbestimmte Eigenschaften – z. B. bezüglich des Durchmessers, des Gewichts, der Form, der Abwickelgenauigkeit und – geschwindigkeit – aufweist, die zum Definieren besserer oder weniger guter Eignung einer gewissen Haspel-Bauart für nachfolgendes Weiterverarbeiten dienen, bei welchem eine hohe Abwickelgeschwindigkeit oder eine kleinstmögliche Abwickelspannung oder gleichförmige Dichte oder großes Volumen gefordert ist.
Es ist auch bekannt, wie die genannten Eigenschaften im wesentlichen durch die Haspel-Aufwickelverfahren und – bedingungen bestimmt sind, wobei das Aufwickeln jedoch so schnell und genau wie möglich erfolgen soll.
Das Aufwickeln wird im wesentlichen durch Befestigen eines Endes eines Fadens an einem Zylinder, welcher die Haspel trägt, und durch Erzeugen einer Rotation des Zylinders mittels eines geregelten Motors durchgeführt; der Faden wird gleichzeitig in ein Führungselement (Fadenführer) eingesetzt, der so betätigt wird, daß er eine alternierende gradlinige Bewegung mit einer parallel zur Achse des Zylinders verlaufenden Trajektorie macht.
Es ist auch bekannt, daß das Aufwickeln des Fadens auf eine Haspel zwei hauptsächliche, mit der Regelung zusammenhängende Probleme aufwirft, die sich aus folgendem ergeben:

– dem Erfordernis, die zum Umkehren der Bewegung des Fadenführers erforderliche Zeit so kurz wie möglich zu halten, um die größtmögliche Aufwickelgeschwindigkeit zu erzielen, und
– dem Erfordernis, maximale Präzision des Fadenumkehrpunktes zu erzielen, nämlich desjenigen Punktes, bei dem der Faden einen Auswärts-Wickelzyklus beendet und einen Rückkehr-Wickelzyklus beginnt; die Kontrolle der Umkehrlage ist von kritischer Bedeutung bezüglich des Vermeidens einer Trennung des Fadens von der Haspel oder, umgekehrt, Überlagern des Fadens (Versteifen (ribbing)), was direkte Anlässe zum Bruch des Fadens und/oder zum unkorrekten Abwickeln des Fadens bei dem nachfolgenden Verarbeiten sind.

Um die beiden erwähnten Parameter kontrollieren zu können, wurden Lösungen basierend auf dem Einsatz von Schrittmotoren vorgeschlagen, wobei diese Motoren mittels geregelter und programmierter Impulsfolgen bei variierender Frequenz betrieben werden, um ein Abbremsen und Umkehren der Bewegung des Fadenführers sowie eine Kompensation jeglichen Fehlers im Umkehrpunkt zu erreichen.
Diese Technik ist beispielsweise aus EP 0 453 622 bekannt.
Obwohl diese Lösungen ihre Funktion erfüllen, haben sie gewisse Nachteile, die aus dem Einsatz von impulsgesteuerten Schrittmotoren herrühren, die aufgrund ihrer zweieinstimmigen Korrespondenz zwischen dem Statorstrom und dem erzeugten Drehmoment pulsierende Drehmomente erzeugen, welche Anlaß für elektrische und mechanische Resonanz bei bestimmten Frequenzen geben, was zum Anhalten des Motors und gleichzeitig zum Verlust sämtlicher Information bezüglich der Lage des Fadenführers führt, wobei diese Information nachträglich wieder erneuert werden muß.
Um diese Schwierigkeiten zu eliminieren, ist allgemeine Praxis, nur 70% der Motorleistung während des Aufwickelns des Fadens zu nutzen und den verbleibenden Leistungsanteil von 30% zum schnellstmöglichen Überwinden der genannten Blockadepunkte bereitzuhalten.
Der Einsatz von nur 70% der verfügbaren Leistung verringert jedoch die Möglichkeit, die großen Beschleunigungen (Bremsmomente) zu erhalten, die zum Verkürzen der für das Umkehren der Bewegung des Fadenführers erforderlichen Zeit notwendig ist. Darüberhinaus erfordert der Einsatz eines impulsgesteuerten Systems, das allein auf der Frequenz der besagten Impulse beruht, daß der dem Motor zugeführte Strom auf einem größeren Wert als der aktuell benötigte Wert gehalten wird, weil eine übermäßige Verminderung dieses Stromes keinen Sicherheitsrahmen zum Vermeiden eines Verlustes der Schrittsequenz und des nachfolgenden Anhaltens der Vorrichtung übrig lassen würde, wenn zufällige Erhöhungen des Widerstandsmomentes, beispielsweise aufgrund irregulärer Konsistenz des Fadens, auftritt.
Es ist daher das technische Problem der Erfindung, ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zum Steuern von Vorrichtungen zum Führen und Ablegen von Garnen und dgl. anzugeben, die auf zylindrische Träger zum Bilden einer Haspel aufzuwickeln sind, die dazu in der Lage sind, die zum Umkehren der Bewegungsrichtung des Fadenführers erforderliche Zeit zu minimieren, um so die genannten Schwierigkeiten beim Einsatz von impulsgesteuerten Schrittmotoren zu überwinden.
Im Rahmen dieses Problems ist ein weiteres Erfordernis, daß das Verfahren und die zugeordnete Vorrichtung dazu fähig sein sollten, mit einem hohen Grad an Reproduzierbarkeit die Genauigkeit des Fadenwickel-Umkehrpunktes zu regeln, wobei diese Regelung so beschaffen sein sollte, daß sie leichtes und schnelles Verändern der zugeordneten Parameter in Bezug auf unterschiedliche Arten von gewünschten Wicklungen erlaubt.
Diese technischen Probleme sind gemäß der Erfindung durch eine Vorrichtung zum Steuern der alternierenden Bewegung eines Fadenführer gelöst, der mittels eines Elektromotors über den Fadenführer abstützende Mittel betätigt wird und einen Faden auf umlaufende Träger aufwickeln soll, wobei die Vorrichtung einen Winkelgeber zum Feststellen der Winkellage des Läufers des Motors, eine Anordnung zur Vektorsteuerung der dem Motor zugeführten Ströme und einen Schaltkreis zum Regeln der Drehzahl des Läufers aufweist, der mit dem Winkelgeber und dem Vektorsteuerkreis verbunden ist.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Verfahren zum Steuern der alternierenden Bewegung eines Fadenführers, der von einem Elektromotor über den Fadenführer abstützende Mittel betätigt wird und einen Faden auf umlaufende Träger aufwickeln soll, wobei das Ver fahren die Schritte des Detektierens der Winkellage des Läufers des Motors, Senden entsprechender Signale an einen Schaltkreis, der die dem Motor zugeführten Ströme regelt, und an einen Schaltkreis, der die Drehzahl des Fadenführers regelt, sowie der Vektorsteuerung der dem Motor zugeführten Ströme und der Regelung der Drehzahl des Fadenführers aufweist.
Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines nicht einschränkenden Beispieles einer Ausführung der Erfindung mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführung der Vorrichtung zum Aufwickeln von Garnen mit zugeordneten Mitteln zum Regeln der Drehzahl des Fadenführers;
2 eine detailliertes Schaltbild des Schaltkreise für die Vektorsteuerung des Motors;
3a, 3b linearisierte Darstellungen der Bewegung des Fadenführers und der Signale zum Regeln der Drehzahl allein;
4 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführung der Vorrichtung nach der Erfindung mit Regelung der Drehzahl und der Lage für das Umkehren der Fadenführerbewegung;
5a, 5b linearisierte Darstellungen der Bewegung des Fadenführers und der die Drehzahl und die Lage des Fadenführers regelnden Signale.
Wie in 1 dargestellt ist, umfaßt eine Haspelmaschine der bekannten Bauart im wesentlichen eine Haspel oder Spule 1, welche von einem Motor 2 angetrieben ist, und zwar optional über eine Antriebsrolle (nicht gezeigt), sowie eine Fadenführer-Vorrichtung umfassend einen zweiten Motor 4 (bei dem Beispiel von der Zweiphasen-Bauart), der unabhängig vom ersten Motor ist und mit einer ersten Rolle 5a der Fadenführer-Vorrichtung 5 verbunden ist, die ferner eine zweite Rolle 5b und einen endlosen Riemen 6 aufweist, der um die Rollen gewunden ist und den Kursor 6a trägt, über welchen der Faden 7 läuft. Der Motor 4 ist ein Mehrpolmotor und kann auch von der Schrittbauart oder der sogenannten bürstenlosen Bauart sein.
Drehantrieb der Rolle 5a in jeder der beiden Richtungen – und daher auch des Riemens 6 – veranlaßt eine alternierende gradlinige Bewegung des Kursors 6a und folglich den Auswärts/Rückkehrzyklus des Fadens, der auf die Haspel aufgewickelt wird.
Diese alternierende Bewegung (3a) wird zwischen zwei Enden (Umkehrpunkte) X0 und X3 ausgeführt, welche entsprechend den programmierten Wickelparametern und bezogen auf eine definierte "absolute Null"-Stellung der Maschine durchgeführt. Wie in den 1 und 3a in einer bevorzugten Ausführung gezeigt, liegen beide Umkehrpunkte auf der gleichen Seite bezüglich der besagten absoluten Null Z0, welche den Referenzpunkt für die ganze Maschine bildet.
Bei der gezeigten Ausführung besteht die absolute Null aus einem mechanischen Anschlag (oder Lagesensor) 8, der jenseits der rechten Umkehrlage für das Aufwickeln des Fadens 7 angeordnet ist.
Die Vorrichtung 100 zum Regeln des Aufwickelns umfaßt eine erste Detektorvorrichtung bestehend aus einem Winkelgeber 110, der bei dem Ausführungsbeispiel als inkrementaler Kodierer ausgebildet und dazu in der Lage ist, die Winkellage des Läufers 4a des Motors 4 zu bestimmen und entsprechende elektrische Signale an eine Schaltung 120 für die Vektorsteuerung der an den Stator 4b des Motors 4 gelieferten Ströme zu senden. Die gleichen Signale des Kodierers 110 werden auch an eine Schaltung 130 zum Regeln der Drehzahl des Motors 4 gesendet.
Im einzelnen umfaßt die Schaltung 120 für die Vektorsteuerung der Ströme

– einen Kreiszähler 121, der z. B. derart bemessen ist, daß er 64 Impulse per Umdrehung zählt und der:
– an seinem Eingang ein Signal 110b empfängt, welches von dem Kodierer 110 bezüglich der Winkellage des Läufers 4a imitiert wird;
– und an seinem Ausgang ein Signal 121b abgibt, welches den Winkelwerten α entspricht, welche die Winkellage des Rotors und die Zunahme/Abnahme bezüglich der Drehrichtung des Rotors repräsentieren und gesendet werden:
– an einen Block 122 zum Wandeln der Werte von α in entsprechende zyklisch wiederholte Sinus- und Kosinuswerte von α und zum Senden entsprechender Signale 122b;
– zu einem ersten Eingang eines Paares Multiplizierer 123, die an einem zweiten Eingang ein Signal 135b empfangen, welches von der Drehzahlregeleinrichtung 135 abgegeben wird; wobei die Multiplizierer daher den Wert des Moduls der beiden Vektoren des zu entsprechenden Statorwicklungen gespeisten Stromes bestimmen;
– einen Schalter 124, der zwei Positionen A und B für normale kontinuierliche Regelung und anfängliche Phasensynchronisierung (im einzelnen weiter unten beschrieben) annehmen kann, wobei die Ausgänge 124b des Schalters abgegeben werden an:
– eine Leistungsschaltung 125 zum Speisen der Ströme zu dem Motor 4.

Wie erwähnt, ist es mittels der Vektorsteuerschaltung 120 möglich, auch die anfängliche Phasensynchronisierung der Vorrichtung, die geeignet zum Bestimmen des Ausgangs durch den Motor des maximal verfügbaren Drehmomentes für jede Winkellage des Rotors ist, durchzuführen. Diese Phasensynchronisierung des maximalen Drehmomentes wird dadurch erhalten, daß der die Vektorsumme der magnetischen Felder des Stators repräsentierende Vektor stets senkrecht zum Vektor des magnetischen Feldes des Läufers steht.
Im wesentlichen (2) ist gefordert, einen Winkel zwischen den beiden Feldern so zu definieren, daß die Betriebsbedingung maximalen Momentes bestimmt ist, wann immer die Maschine eingeschaltet wird; zu diesem Zweck

– werden die Schalter 124 in Position B gebracht, worin:
– der maximale Stromwert in der Statorwicklung 4c bestimmt wird und
– der Stromwert in der Statorwicklung 4d zu Null gesetzt wird;
– bei diesen Bedingungen nach wenigen Bruchteilen einer Sekunde der Läufer auf das Wickeln mit maximalem Strom ausgerichtet wird und,
– es möglich ist, den Zähler 121 auf den numerischen Wert (16, wenn der Zähler ein 64-Impulszähler ist) entsprechend einem Winkel a zu setzen, der um 90° phasenverschoben bezüglich der bestehenden Ausrichtungslage ist; auf diese Weise gibt der Zähler 121 Signale entsprechend dem um 90° verlagerten detektierten Winkelwert ab, wobei diese Winkel-Phasenverschiebung für jeden Umlaufpunkt des Motors auferlegt wird, um die gewünschte Bedingung maximalen Drehmomentes aufrechtzuerhalten;
– sobald Phasen-Synchronisierung erreicht ist, die Ströme auf Null gesetzt und der Schalter wieder in die Position A gebracht werden, um normales Steuern des Wicklungszyklus zu starten.

Im Falle von Motoren mit mehr als zwei Phasen wird eine ähnliche Prozedur durchgeführt, wobei die Winkellage der Resultierenden der Statorfelder in Betracht gezogen wird. Es ist ferner vorgesehen, daß alternativ eine anfängliche Phasensynchronisierung mittels Kontrollie ren des Zählers 121 – oder seines Ausgangs 121b – durch eine Recheneinheit 133 durchgeführt wird.
Die Schaltung 130, welche die Drehzahl des Läufers 4a – und daher die Geschwindigkeit des Fadenführers 6a regelt – basiert wie erwähnt auf dem Kodierer 110 und umfaßt:

– eine Vorrichtung 134 zum Detektieren der Drehrichtung des Läufers 4a, die abhängig von der zu ihrem Eingang mittels des Kodierers 110 gesendeten Signalfolge 110b fähig ist, ein Signal 134b abzugeben, welches die Drehrichtung des Läufers – und damit die Bewegungsrichtung des Fadenführers 6a – repräsentiert, das zu einem ersten Eingang
– eines Zählers 313 gesendet wird,
– der an einem zweiten Eingang die Impulse 110b empfängt, welche von dem Kodierer 110 gesendet und gezählt und gespeichert werden, um ein Zählsignal 131b zu erzeugen, das die aktuelle Lage des Läufers 4e und daher diejenige des Fadenführers 6a repräsentiert;
– einen existierenden Lagekomparator 132, der an seinem Eingang empfängt:
– das von dem Zähler 131 abgegebene Signal 131b,
– das von dem Detektor 134 für die Bewegungsrichtung emittierte Signal 134b,
– zwei von einem Paar Recheneinheiten 141, 142, welche zu der zentralen Verarbeitungseinheit 133 gehören, emittierte Signale 141b, 142b, welche die berechneten Lagen der Punkte X2, X5 repräsentieren, an denen es erforderlich ist, das Drehmoment umzukehren,
– ein entsprechendes Signal 132b ausgibt, welches die Richtungen des Drehmomentes repräsentiert, das für den Abwickelabschnitt erforderlich ist und an das Register 122 der Vektorumwandlungsschaltung 120 gesendet wird.

Zur gleichen Zeit wird auch das Signal 110b des Kodierers 110 zu der Drehzahlkontroll- und regeleinrichtung 135 gesendet, die an ihrem Eingang empfängt:
– ferner ein von der Einheit 133 ausgesendetes Signal 133c, welches die für den speziellen Wickelabschnitt programmierte Geschwindigkeit repräsentiert,
und ein Stromsignal 135b ausgibt, welches dem geforderten Drehmomentwert entspricht, um die gewünschte Geschwindigkeit längs des existierenden Trajektorienabschnittes aufrechtzu erhalten. Auf diese Weise ist der Vektorumwandlungsschaltkreis in der Lage, sowohl den Modul als auch die Richtung des Drehmomentes zu kontrollieren, welches vom Motor 4 abgegeben werden muß, um den Wert der Fadengeschwindigkeit zu erhalten, die in der spezifischen Situation längs der Bewegungsbahn des Fadenführers erforderlich ist.
Da der Kodierer 110 von der inkrementalen Bauart ist, geschieht die gesamte Regelung ebenfalls inkremental (d. h. nicht absolut), und bei jeglicher Abschaltung der Maschine wird die Erinnerung an die Lage des Fadenführers 6a bezüglich des absoluten Null 8 der Maschine verloren, wobei folglich diese Erinnerung wiederhergestellt werden muß, wenn die Vorrichtung erneut eingeschaltet wird.
Zu diesem Zweck wird der Zähler 131 bei jedem Einschalten in der folgenden Prozedur gesetzt:

– ein kleiner Drehmoment- und Geschwindigkeitswert werden mittels einer Begrenzungsvorrichtung 136 gesetzt, um mechanische Beschädigung des Fadenführers zu vermeiden, wenn dieser in Kontakt mit dem mechanischen Anschlag 8 gelangt;
– der Fadenführer wird verlagert, bis er beim Anlaufen an dem mechanischen "absolut-Null"-Anschlag 8 anhält;
– nach Verstreichen eines vorbestimmten maximalen Zeitintervalls – oder alternativ dann, wenn verlängerte Abwesenheit von Impulsen vom Kodierer 110 besteht – wird zum Anzeigen, daß ein Stoppen stattgefunden hat, ein Signal an die zentrale Steuereinheit 133 ausgegeben, welche ihrerseits den Zähler 131 zurückstellt, wobei der Referenzwert der Vorrichtung wiederhergestellt wird;
– von diesem Zeitpunkt ab bestimmt die Frequenz der Impulse 110b, welche vom Kodierer 110 ausgegeben werden, den Ort der aktuellen Lage und die Richtung der Verlagerung des Fadenführers 6a.

In dem beispielhaften Fall, bei dem die Umkehrpunkte bezüglich des absoluten Null auf der gleichen Seite angeordnet sind, wird die Bewegungsrichtung des Fadenführers umgekehrt, um den aktuellen Haspelzyklus zu starten, wobei überprüft wird, daß der Wert des Zählers 131 gleich dem programmierten Wert 133b für das Starten des Aufwickelns ist, und an den Zähler gesendet wird:

– solange die beiden Werte verschieden sind, fährt der Fadenführer mit dem Vorwärtsbewegen fort und der Motor behält einen gewissen Drehmomentwert bei;
– wenn die beiden Werte gleich sind (Startpunkt erreicht), wird das Drehmoment auf Null reduziert und das Signal zum Starten des Spulens wird abgewartet.

Da die Geschwindigkeit des Fadenführers und das Vorhandensein nicht voraussagbarer Variablen, wie Reibung, Spannung, Schwingung und dgl., den Betrieb der Maschine so beeinflussen, daß der Fadenführer seine Verlagerungsbewegung nicht genau an den vorbestimmten Punkten X0, X3 umkehrt, sondern an Punkten, die vor (negativer Fehler oder Unterschätzung) oder nach (positiver Fehler oder Überschätzung) diesen programmierten Punkten X0, X3 liegen können, weist die Steuervorrichtung 100 ferner eine Schaltung 140 zum Korrigieren des – Umkehrfehlers auf. Diese Schaltung 140 umfaßt:

– eine Vorrichtung 145 zum Messen des Fehlers bei der Bewegung durch den Umkehrpunkt
– ein Paar entsprechende Speichereinheiten 143, 144, die dazu gestaltet sind, den rechten oder linken Fehler zu speichern, der während des Aufwickelns aufgetreten ist. Im einzelnen empfängt die Fehlermeßvorrichtung 145 an ihrem Eingang:
– das Signal 134b, welches von der Schaltung 134 zum Detektieren der Bewegungsrichtung ausgegeben wurde,
– das Zählsignal 131b, das vom Zähler 131 ausgegeben wurde, und
– das zugehörige Signal, das von der Verarbeitungseinheit 133 ausgegeben wurde und dem Sollwert der Rückkehrpunkte X0, X3 entspricht; und gibt aus
ein zugeordnetes Signal 145b, das der Größe des während der Bewegung durch die Umkehrpunkte gemessenen Fehlers entspricht; wobei das Signal 145b zur entsprechenden rechten oder linken Speichereinheit 143 oder 144 gesendet wird, die ihrerseits ein entsprechendes Signal ausgibt, welches zum Eingang der zugeordneten Recheneinheiten 141, 142 gesendet wird, welche an ihrem Eingang ebenfalls ein vorgesetztes Anfangs-Fehlersignal 141a (zur Vereinfachung des gleichen Signals rechts oder links) erhält und den neuen Wert der Schaltpunkte X2, X5 berechnet, bei denen der Umkehrfehler während des nächsten Bewegungshubes minimiert wird.

Mit anderen Worten kann die Vorrichtung bei jedem Bewegungshub die Drehmoment-Umkehrpunkte X2, X5 in Abhängigkeit von dem bei vorhergehenden Hub gemessenen Fehler der Umkehrpunkte verlagern.
Dieser berechnete Wert 141b, 142b wird in den Lage-Komparator 132b eingegeben, der seinerseits das neue Drehmoment-Richtsignal 132b ausgibt. Das Betriebsprinzip der Vorrichtung ist wie folgt (1, 3a, 3b):

– die Betriebsparameter für die spezifische Gestalt der zu erzeugenden Haspel sind definiert (Drehzahl der Haspel, Anzahl der Umdrehungen, Winkel der Fadenablage, Winkel zwischen den Umdrehungen etc.);
– folgendes liegt ebenfalls fest:
– die Lage der Umkehrpunkte X0, X3 bezüglich dem absoluten Null,
– die maximal programmierte Geschwindigkeit für den Fadenführer 6a bezüglich des fortschreitenden Prozessierens (des Fadens);
– der Anfangsfehler.

Dieser Anfangsfehler wird speziell dazu eingeführt, um die beiden anfänglichen Schaltpunkte und damit die Umkehrpunkte zu bestimmen, die definitiv innerhalb bezüglich der aktuellen Umkehrpunkte X0, X3 gelegen sind, um so sicherzustellen, daß der Umkehrfehler während der ersten Umdrehung unbedingt ein Unterschätzungsfehler ist, derart, daß der Faden nicht über die maximale Abmessung der Haspel hinaus bewegt wird, was Fadenbruch und Blockierung der Vorrichtung zur Folge hätte;

– die folgenden vorausgehenden Operationen werden, wie schon beschrieben, durchgeführt;
– vektorielle Phasensynchronisierung zum Bestimmen der maximalen Drehmomentbedingung;
– Detektieren des absoluten Nulls mit Initialisierung des Zählers 131,
– Positionieren des Fadenführers in eine Position zwischen den Umkehrpunkten.

Bei Start des Aufwickelzyklus und unter der Annahme einer Wicklung in Uhrzeigerrichtung verlangt die Drehzahl-Regelvorrichtung 135 anfänglich das maximal verfügbare Moment, um den im Ruhezustand befindlichen Fadenführer 6a auf die programmierte Arbeitsgeschwindig keit zu bringen, welche beibehalten wird, bis der Fadenführer den vorbestimmten rechten ersten Schaltpunkt X2 erreicht, welcher mittels des vom Operator eingeführten Anfangsfehlers kalibriert und durch den Lagekomparator 132 detektiert wird, wobei dann, wenn der Lagekomparator 132 Richtungsumkehr erzeugt, 180° zum dem aktuellen Meßwert des Winkels α addiert werden und ein entsprechendes Signal 132b zum Umwandlungsblock 122 gesendet wird.
Dieses Umkehren erzeugt ein Bremsen des Motors und damit eine Geschwindigkeitsverringerung des Fadenführers, welche von der Geschwindigkeitsregelschaltung detektiert wird, die durch Anfordern eines größeren Drehmomentes reagiert, um den Verzögerungseffekt zu kompensieren. Da das Drehmoment in entgegengesetzte Richtung zur Drehrichtung des Motors gerichtet ist, wird auf diesem Wege der Fadenführer auf die Geschwindigkeit Null am Umkehrpunkt X3 gebracht, wo seine Bewegungsrichtung umgekehrt wird, wobei diese Bewegung von diesem Punkt aus angepaßt an das Drehmoment den Fadenführer beschleunigt, um die programmierte Geschwindigkeit 133c in dem gradlinigen Rückkehrabschnitt zu erreichen.
Die programmierte Geschwindigkeit wird am Punkt X4 erreicht, wo die Geschwindigkeitsregelschaltung das erforderliche Drehmomentsignal reduziert, indem sie dieses auf einem minimalen Wert hält, der notwendig zum Aufrechterhalten der Geschwindigkeit bis zum ersten linken Umkehrpunkt X5 ist, der durch den vom Operator eingeführten Anfangsfehler kalibriert ist, und woraufhin der Drehmoment-Umkehrzyklus und darauf der Fadenführerbewegungs-Umkehrzyklus wiederholt werden, wenn der Umkehrpunkt X0 erreicht ist.
Wenn die beiden Umkehrpunkte, d. h. der rechte Umkehrpunkt X0 und der linke Rückkehrpunkt X3 durchfahren sind, detektieren die entsprechenden Fehlerberechnungsschaltungen 141, 142 die Unterschätzung der Umkehrpunkte X0, X3 und setzen den neuen Wert zu X2, X5, was den Anfangsfehler kompensiert, derart, daß ab der zweiten Umdrehung die Umkehrung der Bewegung an den vorbestimmten Umkehrpunkten abzüglich des vorrichtungsimmanenten Fehlers stattfindet.
Wenn größere Genauigkeiten hinsichtlich des Erreichens der Umkehrpunkte der Bewegung des Fadenführers 6a aufgrund äußerer Gründe zwischen einer und der nächstfolgenden Detektionsoperation erforderlich ist, kann die Steuervorrichtung auch eine Lagesteuervorrich tung 150 umfassen, welche anstelle der Drehzahlregelschaltung 135 längs des Abschnittes interveniert, der zwischen dem rechten Schaltpunkt X2 und dem linken Schaltpunkt X5 und den zugeordneten Umkehrpunkten X0, X3 liegt.
Im einzelnen und mit Bezug auf die 4, 5a, 5b umfaßt die Lagesteuervorrichtung:

– Mittel 151 zum Abschalten des Drehzahlregelsystems und Einschalten des Lageregelsystems, welches beispielhaft in den Figuren durch einen Schalter repräsentiert ist, der aus einer Position zum Einschalten der Drehzahlregelschaltung 135 in eine Position zum Aktivieren
– einer Lageregelschaltung 152 umschaltbar ist, welche an ihrem Eingang empfängt:
– ein Referenzsignal 133f welches die programmierte Lage für den Umkehrpunkt X0, X3 repräsentiert;
– ein Signal 131b, welches die existierende Lage des Fadenführer 6a anzeigt und vom Zähler 131 abgegeben wird;
– ein existierendes Drehzahlsignal 135f.

Auf diese Weise ist die Schaltung 152 fähig, folgendes auszuführen:

– kontinuierliches Detektieren längs des Abschnittes X2–X3 oder des Abschnittes X0-X5 der Differenz D zwischen dem programmierten Wert von X0, X5 und dem aktuellen Wert der Fadenführerlage;
– Vergleichen des entsprechenden aktuellen Geschwindigkeitswertes mit dem programmierten Geschwindigkeitswert an diesem Punkt;
– Berechnen der relevanten Differenz δV zwischen den Geschwindigkeiten;
– Intervenieren durch Erzeugen eines Signals 152b zum Variieren des Moduls des Drehmomentes, welcher abhängig vom Vorzeichen der detektierten Referenz δV erhöht/verkleinert werden kann.

Bei einer vereinfachten alternativen Ausführung der Lageregelvorrichtung ist es auch möglich, eine Veränderung des Drehmoments 152b gemäß einer Kurve vorzunehmen, die eine Funktion der einzigen variablen D statt der Variablen δV ist.
Grundsätzlich erzeugt die Lageregelvorrichtung eine kurze, vorübergehende Verzögerung des Fadenführers, welche Korrektur jeglicher Ungenauigkeit während dessen Verlagerung er laubt, die nur in Bezug auf die Geschwindigkeit kontrolliert wird, und zwar unter Beibehalten des programmierten Umkehrpunktes mit einem hohen Maß an Präzision.
Sobald der Umkehrpunkt X0, X3 erreicht ist (D = 0), schaltet die Steuervorrichtung 133 den Schalter 151 auf die Drehzahlregelvorrichtung 135, die beim Feststellen einer Geschwindigkeit Null sofort den maximalen Drehmomentwert wieder aufruft, um die Geschwindigkeit des Fadenführers so schnell wie möglich auf die programmierte Fahrgeschwindigkeit einzustellen und die normale Regelung des Fadenführers zu übernehmen.
Wie in der 1 dargestellt ist, kann auch vorgesehen sein, daß die Vorrichtung einen zweiten Kodierer 210 umfaßt, der zwischen der Haspel 1 und der Recheneinheit 133 gelegen ist und mit dessen Hilfe es möglich ist, die Geschwindigkeit des Fadenführers entsprechend der Geschwindigkeit der Haspel und/oder eines anderen äußeren Parameters zum Steuern der Vorrichtung zu regeln, so daß Wicklungen einer speziellen Art produziert werden.
Es ist demnach offensichtlich, daß es mit der Vorrichtung nach der Erfindung möglich ist, die Drehmomentrichtung umzukehren, wenn die Geschwindigkeit des Fadenführers noch auf maximalem Niveau ist, und dadurch eine Verringerung der zum Umkehren der Fadenführerbewegung erforderlichen Zeit zu erreichen. Darüberhinaus ist es mit dem Drehzahlregelsystem nach der Erfindung möglich, die Stromspeisung zum Motor auf dem kleinsten erforderlichen Wert zu halten, indem Dissipations-Phänomene und folglich der Verschleiß des Motors klein gehalten werden.

Claims

Vorrichtung zum Steuern der alternierenden Bewegung eines Fadenführers (6a), der mit einem Elektromotor (4) über den Fadenführer abstützende Mittel (5a, 5b, 6) betätigt wird und einen Faden (7) auf umlaufende Träger (1) aufwickeln soll, dadurch gekennzeichnet, dass sie – einen Winkelgeber (110) zum Feststellen der Winkellage des Läufers (4a) des Motors (4); – eine Anordnung (120) zur Vektorsteuerung der dem Motor (4) zugeführten Ströme und – einen Schaltkreis (130) zum Regeln der Drehzahl des Läufers (4a), der mit dem Winkelgeber (110) und dem Vektorsteuerkreis (120) verbunden ist, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelgeber (110) ein Codierer ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelgeber ein inkrementeller Geber ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zur Vektorsteuerung der Ströme mindestens einen bidirektionalen Zähler (21) zum Zählen und Speichern der Impulse (110b) des Winkelgebers (110) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zur Vektorsteuerung der Ströme mindestens einen Vektorumwandlungsschaltkreis aufweist, der aus einem Umwandlungsblock (122) und mindestens einem Paar Multiplizierer (123), die ein Eingangssignal von einem Drehzahlregelungsschaltkreis (135) empfangen, besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zur Vektorsteuerung der Ströme Mittel (124) zum Umschalten von einem normalen Betriebszustand (A) zu einem Anfangsphasensynchronisationszustand (B) aufweist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei vorliegender Phasensynchronisation der Zähler (121) auf einen Wert gesetzt wird, der einer Phasenverschiebung von 90° zwischen dem Vektor, der die Vektorsumme der Magnetfelder des Ständers verkörpert, und dem Vektor des Magnetfelds des Läufers (4a) entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlregelungsschaltkreis (130) mindestens einen bidirektionalen Zähler (131) zum Zählen und Speichern der Impulse (110b) des Winkelgebers (110) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlregelungsschaltkreis einen Bewegungsrichtungsdetektor (134) und einen Lagekomparator (132) aufweist, der ein Richtungssignal (132b) für das auszugebende Drehmoment erzeugen kann, das an den Eingang des Vektorsteuerungs-Umwandlungsblocks (122) gesendet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Drehzahlregler (135) aufweist, der so ausgelegt ist, dass er das Signal (132b) ausgibt, das den Modul des dem Motor (4) zugeführten Stroms regelt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Schaltkreis (140) zum Feststellen und Kompensieren des Fehlers am rechten Umkehrpunkt (X0) und am linken Umkehrpunkt (X3) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Fehlerkompensationsschaltkreis mindestens ein Paar Rechenwerke (141, 142) aufweist, die so ausgelegt sind, dass sie die nachfolgenden Drehmoment-Umkehrpunkte (X2, X5) berechnen und entsprechende Signale (141b, 142b) ausgeben, die an den Komparator (132) gesendet werden sollen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Anordnung zum Messen des rechten und linken Fehlers (145) und mindestens eine Einheit zum Speichern dieses Fehlers (143) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Speicheranordnungen zwei ist (143, 144).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Lageregelkreis (150) aufweist, der die Bedingungen für die Annäherung an den Umkehrpunkt modifizieren kann.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageregelkreis Mittel (151) zum Aktivieren der Lageregelung und zum Deaktivieren der Drehzahlregelung und umgekehrt und einen Drehmomentregler (152) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentregler (152) an seinem Eingang das Signal (131b) des Lagezählers (131), ein Bezugssignal (1330, das dem programmierten Umkehrpunkt (X0, X3) entspricht, und ein Signal (135f), das die aktuelle Drehzahl des Fadenführers angibt, empfängt und ein den Modul des Drehmoments angebendes Signal (152b) ausgibt, das an den Vektorsteuerkreis gesendet werden soll.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal (152b), das von dem Regler (152) ausgegeben wird, eine Funktion der Differenz (D) zwischen dem programmierten Umkehrpunkt und der aktuellen Position ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal (152b), das von dem Regler (152) ausgegeben wird, eine Funktion der Drehzahldifferenz (δV) zwischen der programmierten Drehzahl und der an der aktuellen Position festgestellten Drehzahl ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen zweiten Winkelgeber (120) aufweist, der zwischen der Haspel (1) und dem Rechenwerk (133) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (4) ein mehrpoliger Motor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ein Schrittmotor ist.
Verfahren zum Steuern der alternierenden Bewegung eines Fadenführers (6a), der mit einem Elektromotor (4) über den Fadenführer abstützende Mittel (5a, 5b, 6) betätigt wird und einen Faden (7) auf umlaufende Träger (1) aufwickeln soll, dadurch gekennzeichnet, dass es die Schritte – Feststellen der Winkellage des Läufers (4a) des Motors (4) über zugehörige Mittel (110); – Senden entsprechender Signale an einen Schaltkreis (120), der die dem Motor (4) zugeführten Ströme regelt, und an einen Schaltkreis (130), der die Drehzahl des Fadenführers regelt; – Vektorsteuerung der dem Motor zugeführten Ströme und – Regelung der Drehzahl des Fadenführers (6a) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststellen der Winkellage des Läufers (4a) des Motors (4) mit einem Winkelgeber (110) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Geber (110) ein inkrementeller Geber ist.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass es die Schritte – Zählen und Speichern der die Winkellage des Läufers betreffenden Signale; – Erzeugen entsprechender Zählsignale; – Vektorumwandlung der Zählsignale; – Multiplizieren der umgewandelten Signale mit einem von dem Drehmomentregler bestimmten Wert; – Leistungsverstärkung der durch die Multiplikation erhaltenen Stromwerte und – Senden der verstärkten Signale an den Motor vorsieht.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Anfangsphasensynchronisationsschritt zur relativen Orientierung des Vektors, der die Vektorsumme der Magnetfelder des Ständers verkörpert, und des Vektors des Magnetfelds des Motorläufers aufweist.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Orientierung eine 90°-Phasenverschiebung der Vektoren vorsieht.
Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverschiebung für jeden Punkt entlang der Winkeltrajektorie des Läufers aufrechterhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfangsphasensynchronisation die Schritte – Zuführen von Strömen zu den Ständerphasen, sodass ein Ständerfeld entsteht, das in einem vorgegebenen Winkel orientiert ist; – eine bestimmte Zeit lang Warten; – Setzen des Zählers auf eine Zahl, die einem vorgegebenen Winkel des Ständerfelds entspricht; und – Erhöhen dieser Zahl um einen Wert, der einer Phasenverschiebung von 90° entspricht, vorsieht.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Regeln der Drehzahl des Fadenführers die Schritte – Zählen und Speichern der Impulse, die die Lage des Fadenführers verkörpern; – Bestimmen der Bewegungsrichtung des Fadenführers; – Vergleichen des Zählwerts der aktuellen Position des Fadenführers mit dem programmierten Wert; – Senden von Drehmomentrichtungssignalen an die Anordnung zur Vektorsteuerung der Ströme; – Erzeugen eines Signals, das den Modul des Drehmoments angibt, das für den aktuellen Trajektorie-Abschnitt erforderlich ist; und – Senden des den Modul des Drehmoments angebenden Signals an den Schaltkreis zur Vektorsteuerung der Ströme aufweist.
Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlregelung einen Anfangsnullsuchschritt vorsieht.
Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Nullsuche die Schritte – Reduzieren des Drehmoments und der Drehzahl des Motors auf einen vorgegebenen Wert; – Verschieben des Fadenführers zu einer Position, die dem absoluten Nullpunkt der Maschine entspricht; – Rücksetzen des Fadenführerpositionszählers; – Verschieben des Fadenführers zu einer Taktausgangsposition und – Rücksetzen des Motorstroms und -dehmoments vorsieht.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Fehlerkorrektur des Umkehrpunkts der Fadenführerbewegung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlerkorrektur die Schritte – Feststellen und Messen des Fehlers am aktuellen rechten und linken Drehzahl-Umkehrpunkt; – getrenntes Speichern des rechten und linken Fehlers; – Berechnen des jeweiligen nachfolgenden Drehmoment-Umkehrpunkts und Senden des berechneten Umkehrpunkts an das System zum Vergleichen des aktuellen Werts mit dem programmierten Wert vorsieht.
Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnen des neuen Drehmoment-Umkehrpunkts aufgrund des programmierten Werts und des Fehlers erfolgt, der bei der vorangehenden Bewegung festgestellt und gespeichert worden ist.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Lageregelung entlang dem Abschnitt aufweist, der zwischen dem Drehmoment-Umkehrpunkt und dem Bewegungs-Umkehrpunkt liegt.
Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageregelung die Schritte – Feststellen des Drehmoment-Umkehrpunkts; – Deaktivieren der Drehzahlregelung; – Aktivieren der Lageregelung; – Feststellen der programmierten Position für den Drehzahl-Umkehrpunkt; – Feststellen der aktuellen Position; – Berechnen der Differenz zwischen den beiden Positionen, d. h. der programmierten Position und der aktuellen Position; und – Bestimmen des auszugebenden Drehmomentwerts vorsieht.
Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen des auszugebenden Drehmomentwerts eine Funktion der Differenz zwischen den beiden Positionen ist.
Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen des auszugebenden Drehmomentwerts eine Funktion der berechneten Differenz zwischen der programmierten Drehzahl und der aktuellen Drehzahl an der Position der Differenz zwischen den beiden Positionen ist.