EP0466049A1 - Streckwerkantrieb - Google Patents

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EP0466049A1
EP0466049A1 EP91111232A EP91111232A EP0466049A1 EP 0466049 A1 EP0466049 A1 EP 0466049A1 EP 91111232 A EP91111232 A EP 91111232A EP 91111232 A EP91111232 A EP 91111232A EP 0466049 A1 EP0466049 A1 EP 0466049A1
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EP
European Patent Office
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motor
drafting system
drafting
drive according
drive
Prior art date
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Granted
Application number
EP91111232A
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English (en)
French (fr)
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EP0466049B1 (de
Inventor
Erich Jornot
Urs Keller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maschinenfabrik Rieter AG
Original Assignee
Maschinenfabrik Rieter AG
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Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=4231909&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP0466049(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Maschinenfabrik Rieter AG filed Critical Maschinenfabrik Rieter AG
Publication of EP0466049A1 publication Critical patent/EP0466049A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0466049B1 publication Critical patent/EP0466049B1/de
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Revoked legal-status Critical Current

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01H—SPINNING OR TWISTING
    • D01H1/00—Spinning or twisting machines in which the product is wound-up continuously
    • D01H1/14—Details
    • D01H1/20—Driving or stopping arrangements
    • D01H1/32—Driving or stopping arrangements for complete machines
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01H—SPINNING OR TWISTING
    • D01H1/00—Spinning or twisting machines in which the product is wound-up continuously
    • D01H1/14—Details
    • D01H1/20—Driving or stopping arrangements
    • D01H1/22—Driving or stopping arrangements for rollers of drafting machines; Roller speed control

Definitions

  • This invention relates to a drafting system drive for textile machines.
  • the invention is particularly in connection with drafting systems in the so-called front mill of a spinning mill, e.g. advantageous in draw frames or in combing machines.
  • the sliver treated in the line must be deposited in a so-called can for transport between processing stages.
  • the distance for the can change after filling from a can has to be switched off briefly, which requires a braking period and a subsequent start-up period.
  • DE-OS 2 650 287 has identified the problems of the ramp-up or braking time.
  • the solution proposed therein deals exclusively with the transition from run-up to normal operation or from normal operation to braking. It has been assumed that the delay can be kept constant during the run-up or braking phase.
  • EP 38 927 has recognized that the delay must continue to be regulated even during the run-up or braking phase. However, the "inertia" of the control loop when starting and braking would have to be increased in order to overcome control problems. This solution alleviates the effects of the overall problem without eliminating them.
  • EP 141 505 also deals with these problems.
  • the proposed solution indicates that in the "worst" area (namely just before and after standstill) the drive system should be brought to a start or standstill "suddenly".
  • the invention provides a drafting system drive with a position-controlled motor, and is characterized in that the control circuit for regulating the motor comprises a position sensor which can deliver a signal corresponding to the angular position of the armature even when the motor armature is at a standstill.
  • the control loop can also include an evaluation for the position signal, which can derive a speed-dependent signal from changes in the position signal.
  • the invention can also be used when only one drive motor is present and, under these circumstances, it enables this motor to be started or braked very precisely.
  • the invention is particularly advantageous where two or more drive motors are present, each motor having its own control loop. In such an arrangement, the mutual behavior of the speeds of the regulated motors can also be precisely determined up to or from standstill.
  • the position sensor is preferably an electromagnetic sensor.
  • This sensor can comprise a means for generating an electromagnetic field, this field having a preferred direction in space.
  • This field generator is preferably mounted on the motor shaft or connected to the motor armature, so that the angular position of the preferred field direction changes when the motor arm is rotated about the longitudinal axis of the armature.
  • the position sensor can then have a plurality of field sensors, which are distributed around the motor shaft and react to the rotating field with a predetermined phase shift.
  • the field can preferably be excited by alternating current, so that a position signal can be obtained from the field sensors even when the armature is at a standstill.
  • the position sensor preferably continuously delivers a position signal (analog signal) when the field is excited, a quasi-continuous position signal (with such a high sampling frequency that the evaluation is not influenced by the discontinuities in the position signal) would also be useful. Nevertheless, the evaluation is preferably based on digital technology, so that an analog-to-digital converter is provided between the position sensor and the evaluation that should.
  • the sampling rate of the converter should be chosen in relation to the delivery speed and the properties of the fiber sliver to be drawn in such a way that no control problems (eg vibrations) arise in the existing control loops. The optimal sampling rate can only be determined depending on the desired operating conditions, but a sampling frequency higher than 2500 Hz will normally be required.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the route.
  • our Swiss patent application No. 4754/88 we show the use of a controlled drafting system in a comber. The principles and systems described below can be used in the comber as well as in the draw frame.
  • the fleece 18 emerging from the route is thinner than the fleece of the fed strips 15.1 - 15.6 and correspondingly longer. Because the warping processes can be regulated depending on the cross-section of the fed strips, the strips or fleece are evened out as they pass through the line, i.e. the cross-section of the emerging fleece is more uniform than the cross-section of the fed fleece or strips .
  • the present route has a pre-drafting area 11 and a main drafting area 12.
  • the invention can also be used in an analogous manner in connection with routes with only one or more than two delay areas.
  • the belts 15.1 - 15.6 are fed into the line by two systems 1 and 2 of conveyor rollers.
  • a first system 1 consists, for example, of two rollers 1.1 and 1.2, between which the fed belts 15.1 - 15.6, which are combined to form a loose fleece, are transported.
  • a roller system 2 which here consists of an active conveyor roller 2.1 and two passive conveyor rollers 2.2, 2.3.
  • the fed tapes 15.1 - 15.6 are brought together to form a fleece 16.
  • the two roller systems 1 and 2 of the feed are followed in the transport direction of the nonwoven 16 by a third system 3 of pre-drawing rollers 3.1 and 3.2, between which the nonwoven is transported on.
  • the peripheral speed V3 of the pre-drafting rollers is higher than that of the infeed rollers V1 , 2 , so that the fleece 16 is stretched in the pre-drafting area 11 between the infeed rollers 2 and the pre-drafting rollers 3, its cross section being reduced.
  • a pre-warped fleece 17 is created from the loose fleece 16 of the fed-in belts 17.
  • the pre-drafting rollers 3 are followed by a further system 4 of an active conveying roller 4.1 and two passive conveying rollers 4.2, 4.3 for further transport of the fleece.
  • the peripheral speed V4 of the conveyor rollers 4 for further transport is the same as V3 of the pre-drawing rollers 3.
  • the roller system for further transport 4 is followed by a fifth system 5 of main drafting rollers 5.1 and 5.2 in the transport direction of the fleece 17.
  • the main drafting rollers in turn have a higher surface speed V5 than the preceding transport rollers, so that the pre-drawn fleece 17 is further drawn between the transport rollers 4 and the main drafting rollers 5 in the main drafting area 12 to the finished drawn fleece 18.
  • the fleece 18 is brought together into a band via a funnel T.
  • the roller systems 1, 2 and 4 are driven by a first servo motor 7.1, preferably via toothed belts.
  • the pre-drawing rollers 3 are mechanically coupled to the roller system 4, wherein the translation can be adjustable or a target value can be specified.
  • the gear (not visible in the figure) determines the ratio of the peripheral speeds of the inlet rollers (v; n ) and the peripheral speed V3 of the pre-drafting rollers 3.1, 3.2, hence the pre-drafting ratio.
  • the roller systems 5 and 6 are in turn driven by a servo motor 7.2.
  • the inlet rollers 1.1, 1.2 can also be driven by the first servo motor 7.1 or optionally by an independent motor 7.3.
  • the two servomotors 7.1 and 7.2 each have their own controller 8.1 and 8.2.
  • the regulation takes place via a closed control loop 8.a, 8.b or 8.c, 8.d.
  • the actual value of one servo motor can be transmitted to the other servo motor in one or both directions via a control connection 8.e so that everyone can react accordingly to deviations from the other.
  • the mass or a quantity proportional to the mass e.g. the cross section of the fed strips 15.1 - 15.6 measured by an inlet measuring element 9.1.
  • the cross section of the emerging strip 16 is then measured by an outlet measuring element 9.2.
  • a central computer unit 10 transmits an initial setting of the target size for the first drive via 10.a to the first controller 8.1.
  • the measured variables of the two measuring elements 9.1, 9.2 are continuously transmitted to the central computer unit via the connections 9.a and 9.b during the stretching process. From these measurement results and from the setpoint for the cross section of the emerging belt 18, the setpoint for the servo motor 8.2 is determined in the central computer unit and any other elements. This setpoint is continuously given to the second controller 8.2 via 10.b.
  • this control system the "main control"
  • fluctuations in the cross-section of the fed strips 15.1 - 15.6 can be compensated for by appropriate control of the main drafting process or the strip can be made more uniform.
  • the drive concept of an arrangement according to FIG. 1 with its regulation is explained in more detail with reference to FIG. 2.
  • the two servomotors 7.1 and 7.2 serve as the main drive.
  • the servo motor 7.1 drives the roller system 1 of the inlet and the system 4 of conveyor rollers, the latter following the advance section.
  • the pair of pre-drawing rollers 3 is mechanically coupled to the roller system 4 and is therefore also driven by the servo motor 7.1.
  • the roller pair 1 at the inlet is either driven by the servo motor 7.1 via an intermediate drive 7.3 (gear) or, in another embodiment variant of the line drive, can be driven by an independent servo motor 7.3.
  • the servo motor 7.2 drives the pair of main drafting rollers 5 directly.
  • the funnel wheel pair 6 is also driven by the servo motor 7.2 via a gear 7.4.
  • the can 13 is driven at the outlet of the drafting system either via an intermediate drive 7.5 (gearbox) driven by the servo motor 7.2 or, in another embodiment variant of the drafting system, by means of an independent drive motor 7.5.
  • the drive concept is based on the fact that at least one drive group within the route is driven independently by a regulated motor.
  • a controlled motor can be provided for each independent drive group of a warping area or, if required, also a conveyor or transport section or other process-linked work stations; in the example shown, there are two of them, namely the motors 7.1, 7.2 of the pre-drafting area 11 and the main drafting area 12.
  • faults caused by the drives can be compensated for as part of the overall system control, i.e. the main control.
  • auxiliary units controlled by means of controllers 8.1, 8.2 can be used in various main control concepts.
  • the drive of the drafting system is regulated on two levels, a superordinate main control 9.a, 9.b, 10.a, 10.b, in which the central computer unit 10 takes on an essential function, and at least one subordinate auxiliary control 8.2 for the main delay area.
  • two controllers 8.1 and 8.2 are provided for the auxiliary control of both the main delay area (including the run-out area) and the advance area (including the lead-in area).
  • all due additional controllers 8.3, 8.5 are provided, which are shown here in dashed lines.
  • Position controllers are preferably used in connection with the two servomotors, which can be designed, for example, as brushless DC motors.
  • the meshed control with a main and at least one auxiliary control relieves the load on the central computer unit 10 and reduces the risk of large strokes occurring in the main control.
  • the main control system 9.a, 9.b, 10.a, 10.b delivers setpoints, for example speed setpoints, via 10.a or 10.b to the main drive motors 7.1 or 7.2, which consist of the set cross-section of the emerging belt and the measured actual cross-sections of the fed-in belt or the fed-in belts 9.a and the emerging belt 9.b are calculated. Depending on the configuration of the control, further parameters can be taken into account.
  • the speeds of the individual drive motors 7.1 and 7.2 are set in closed position control loops 8.a, 8.b and 8.c, 8.d (in the design variants) by means of auxiliary controls 8.a - 8.k. also 8.f, 8.g and 8.i, 8.j) regulated to the target values required by the upper regulation level. Differences between the actual and target values of the motor speeds are transmitted between the position controllers 8.1, 8.2 via a control connection 8.e (possibly also 8.k and 8.h).
  • a deviation outside the control range of the relevant controller 8.1 and 8.2 (possibly also 8.3 or 8.5) between the setpoint and actual value of the speed of the motor in question and the position controllers of the other motors can be compensated for by appropriate corrections in the setpoints for the speeds of the other motors.
  • corresponding returns to the central computer unit 10 can be provided. In a preferred embodiment, this correction takes place internally in the corresponding controllers.
  • the drive motors which determine the distortion, each form a position-controlled drive system with their respective control loops.
  • each motor can be provided with an encoder or a resolver, which gives the angular position of the drive shaft to the position control for this motor at any time with predetermined accuracy as an actual value.
  • the control of the drafting system can be mutually coordinated via these position control loops, the angular positions of the motor shafts and thus the rollers of the drafting system driven by them.
  • Such a drive system enables much better warping accuracy than can be achieved with speed-controlled motors.
  • the use of position controllers according to the present invention as an auxiliary controller has the advantage that the controller is guaranteed even when the motor is at a standstill. There are advantages when starting up or running down the line, since much better control accuracy is possible at low speeds until standstill.
  • Position regulators according to the present invention are used as regulators in the context of the auxiliary regulation, since these ensure regulation even when the motor is at a standstill.
  • the corresponding controllers 8.1, 8.2 can contain separate computer units (for example with digital signal processors or microprocessors) or can also be designed as a module of the central computer unit 10.
  • a drive group is understood to mean a unit that contains at least one motor, including the rollers or guide or transport rollers driven by it.
  • Such a drive group represents, for example, in the exemplary embodiment according to FIG. 2, the group 7.2, 7.4, 7.5, 5 and 6 containing the motor 7.2.
  • a preferred embodiment of the route provides a digital synchronization control of the drive groups for the nominal settings.
  • a drive group serves as the master drive. The control of a drive group can then be achieved by changing the nominal setting.
  • the drive system shown enables meshed control and thus uses the improved time dependency.
  • the control connections 8.e, 8.h, 8.k also enable shorter system response times. Divergences in the drive systems do not have to be detected via a closed main control loop with a corresponding dead time.
  • Such a separate regulation of each drive group also has significant advantages, in particular when several warpage regions are provided, of which, however, only or a part of or should be regulated. Those areas with constant warping can be operated by simply specifying the setpoint, without the need for regulation by the main regulation.
  • the rule shown in Figures 1 and 2 principle guarantees a very good leveling even if unforeseen changes in the operating conditions. Both short-term disturbances and slow changes can be optimally compensated within the scope of this regulation.
  • the manipulated variable determined by a main control here for example for the main delay, serves as an input variable for the corresponding controller 8.2.
  • Figure 3 shows schematically a position sensor for use in the closed control loops 8a, 8b, and 8c, 8d of Figures 1 and 2.
  • the reference number 30 indicates the armature e.g. from the engine 7.1 ( Figure 1). With suitable current excitation of the stator windings (not shown) of the motor, the armature 30 rotates about its own longitudinal axis 32.
  • the armature 30 is connected to a shaft 34 which carries a field-generating element 36.
  • the element 36 comprises two "shoes" 38, 40 made of a ferromagnetic material (e.g. steel) or a material with corresponding field-influencing properties.
  • the shoe 38 is mounted directly on the shaft 34, while the shoe 40 is carried by the shoe 38 via an intermediate piece (bolt) 42.
  • a conductor 44 for electrical current lies with a few turns 46 on the intermediate piece 42.
  • a suitable source 48 When current is applied to the conductor 44 from a suitable source 48, an electromagnetic field is generated in the intermediate piece 42, which is then influenced by the shoes, in order to avoid that in the adjoining room to design the resulting field in a predetermined manner.
  • the electromagnetic field generated by the turns 46 in the bolt 42 is rotationally symmetrical. At the transition from the bolt 42 to the shoes 38, 40, the rotational symmetry is eliminated by the shape of the shoes.
  • Each shoe 38, 40 is namely a flat element with a depth t which is substantially smaller than the axial length 1 or the width b of the element.
  • the effect of this flat shape of the shoes 38, 40 is that when the bolt 42 in the shoes transitions, the electromagnetic field preferably propagates in directions that lie within these shoes. This means that the field has preferred directions, which are indicated schematically by the arrows X in FIG. 3.
  • Each shoe 38, 40 has two surfaces 50 (only one surface 50 per shoe visible in FIG. 3), which are directed radially outwards.
  • each pair of surfaces 50 describes a circular cylinder, which is referred to below as the "jacket”.
  • Two field-sensitive elements 52, 54 connect to the jacket of the shoes 38, 40 as close as possible.
  • Each element 52, 54 has two shoes 39, 41 and a connecting rod 56.
  • Each shoe 39 has a surface 58 which corresponds in shape and dimensions to the surfaces 50 of the shoe 38 and which is as close as possible to the jacket of the shoe 38.
  • each shoe 41 has a surface 60 which corresponds in shape and dimensions to the surfaces of the shoe 40 and which is as close as possible to the jacket of the shoe 40.
  • the surfaces 58, 60 of the element 52 are perpendicular to the surfaces 58, 60 of the element 54. This means that the electromagnetic coupling between the shoes 38, 40 and the element 52 reaches a maximum strength at the point in time when the electromagnetic coupling between the shoes 38, 40 and the element 54 have a minimum thickness.
  • both components A, B of the output signal are directly dependent on the input signal, it is possible in a suitable evaluation of the Filter out the influence of the input signal and obtain a signal which is a function of only the angular position of the shoes 38, 40.
  • the carrier wave the input signal generated by the source 48
  • the two components A, B of the output signal arise in the conductors 64 even when the armature 30 (and therefore the shoes 38, 40) stand still. This means that the angular position (the position) of the shoes 38, 40 can also be derived from the evaluation if the motor is not excited with the armature 30.
  • the position of an object can be determined at any time and can be represented by a suitable signal, it is possible to derive the speed (in the case of a rotary movement, the speed) of the movement by changing this position by forming a differential function. This derivation can also take place in the evaluation, which is now to be described in rough outline with reference to FIG. 4.
  • FIG. 4 again shows the motor 7.1 and schematically the sensor 36 with the connecting shaft 34 and the two output lines 64. These two lines each give their signal components to an input from a microprocessor 70.
  • This processor receives a further input signal from the central controller 10 (see also Fig. 1) and passes a control signal to a motor controller 72.
  • the engine controller 72 uses the latter signal to determine the power made available to the engine 7.1.
  • the operations performed in the microprocessor 70 are determined by the programming of the processor. To explain these operations, however, the main steps are shown graphically in FIG. 4A as "hardware elements". Accordingly, the two signal components emitted by the sensor 36 are first converted into respective digital signals by an analog / digital converter A / D and passed on to a divider 74.
  • the divider 74 forms, for example, the quantity tan 4) and forwards the corresponding signal to a comparator 76.
  • This instantaneous (actual) value for the angular position of the shoes 38, 40 is compared in the comparator 76 with a target value, which is available in a suitable memory 78. Any difference (deviation) between the setpoint and actual value is represented by the comparator 76 in the form of a deviation signal and is output to the engine controller 72 for controlling the engine output.
  • the setpoint value in the memory 78 can be changed depending on the programming, specifically depending on a sequence program defined in the central control 10 and on the machine settings entered in the central control 10. An example of a sequence program has been shown schematically in FIGS. 5 and 6.
  • FIG. 5 shows the run-up 80 from standstill at a constant operating speed N and the subsequent braking 82 to standstill. Normal operation is largely cut out of the diagram, since this state has no meaning in connection with FIG. 5. The relevant considerations are described below in connection with the run-up 80, and they also apply in connection with the braking 82.
  • a start-up curve with a controlled transition 84 from standstill, a central part of constant steepness (constant acceleration) and a controlled transition 86 into the operating speed N is desired.
  • the constant steepness of the central part of this characteristic and the controlled transition 86 into the operating speed N are also present today no particular problems for systems according to the prior art. Problems arise at transition 84 from standstill. In this context, it is not sufficient to provide a position control for the drive motor if the generation of an output signal from the position sensor of this control is dependent on a rotary movement of the motor armature. It is then practically impossible to track the "position" of the anchor exactly at a standstill.
  • This sensor delivers a position signal even when the motor armature 30 is stationary.
  • a speed-dependent signal can be derived from the corresponding changes in the output signal from the sensor 36 even at the lowest speeds of the armature 30.
  • the invention therefore enables the precise regulation of the motor speed during starting and braking and offers corresponding advantages, even if only one motor is present.
  • the invention is particularly advantageous where there are two or more motors (see FIG. 1) and an exact speed ratio between these motors is to be maintained in all operating states, i.e. also during common start-up and braking phases. This is known to be the case in connection with drafting systems.
  • Fig. 5 it was assumed that it was only necessary to understand a preprogrammed running characteristic. In practice, this is the case for a drive group (roller group) that runs at a constant speed in normal operation. In a regulating system, however, the speed of at least one drive group must also be reached after the programmed speed N has been reached be changeable in order to compensate for fluctuations in mass in the processed sliver due to warpage changes. This is indicated schematically in FIG. 6, for the sake of simplicity a sinusoidal change (dashed line) in the speed of the relevant drive group by the operating speed N is assumed.
  • a regulating section that can be used at delivery speeds of at least 800 m / min.
  • sinusoidal speed changes (as shown in dashed lines in FIG. 6) with a period of a maximum of three msec. can execute.
  • the sampling rate of the A / D converter should be at least 3 kHz, so that each cycle Z (FIG. 6) is sampled at least ten times by an (imaginary) sinusoidal speed change and with one corresponding target value can be compared.
  • FIG. 3 An arrangement according to Fig. 3 gives a position signal which corresponds to the angular position of any radius on the motor armature (e.g. of the radius R, Fig. 3) with an uncertainty ⁇ 180, i.e. on the basis of a position signal from the sensor 36, it is not possible to determine whether the radius R is in the position shown or in a diametrically opposite position.
  • the distinction between these two options is not necessary for use in a draft control. If, however, it appears to be necessary in a particular case, a suitable signal can be obtained by appropriately designing the field generator (shoes 38, 40) and adapting the field-sensitive elements 52, 54, which signals both the direction and the angular position of a reference vector indicates on the motor anchor.

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Abstract

Ein Streckwerk ist durch eine Mehrzahl von positionsgeregelten Antriebsmotoren (7) angetrieben. Dazu verfügen die Motoren (7) je über einen individuellen Regelkreis (8a-8d). Nach dieser Erfindung soll jeder solche Regelkreis einen Positionssensor (8.1,8.2,36) umfassen, der auch dazu ein Positionssignal liefern kann, wenn die Motorwelle nicht dreht. <IMAGE>

Description

  • Diese Erfindung bezieht sich auf einen Streckwerkantrieb für Textilmaschinen. Die Erfindung ist insbesondere im Zusammenhang mit Streckwerken im sogenannten Vorwerk einer Spinnerei, z.B. in Strecken oder in Kämmaschinen vorteilhaft.
    • Stand der Technik
  • Es ist seit langem bekannt, insbesondere in sogenannten Regulierstrecken Masseschwankungen in einem (später zu verspinnenden) Faserband durch die gesteuerte Veränderung des Verzuges in einem Streckwerk auszugleichen.
  • In diesem Zusammenhang ist es auch bekannt, dass die schwierigsten Probleme des Verfahrens beim Anlaufen und Abbremsen des Streckwerkes hervorkommen. Bei ständig steigenden Liefergeschwindigkeiten (bei steigender Produktivität) der zutreffenden Maschinen nimmt die Bedeutung von diesen Anlauf- und Anfahrproblemen zu. Bei einer normalen Liefergeschwindigkeit von 800 m/min. dauert die Hochlauf- bzw. Abbremsperiode für eine Strecke ca. 1 bis 3 Sekunden. Wenn in einer solchen Periode wegen Problemen im Regelkreis ein fehlerhaftes Band entsteht, können sich diese Fehler beim nachfolgenden Spinnen von einem feinen Garn in einer Garnlänge von ca. 700 bis 2000 m auswirken.
  • Das in der Strecke behandelte Faserband muss in einer sogenannten Kanne für den Transport zwischen Verarbeitungsstufen abgelegt werden. Normalerweise muss die Strecke für das Kannenwechseln nach dem Anfüllen von einer Kanne kurzfristig abgestellt werden, was eine Abbremsperiode und eine nachfolgende Hochlaufperiode erfordert.
  • Die DE-OS 2 650 287 hat die Probleme der Hochlauf- bzw. Anbremszeit identifiziert. Die darin vorgeschlagene Lösung befasst sich aber ausschliesslich mit dem Uebergang vom Hochlauf in den Normalbetrieb bzw. vom Normalbetrieb ins Abbremsen. Dabei ist angenommen worden, dass der Verzug während der Hochlauf- bzw. Abbremsphase konstant gehalten werden kann.
  • In EP 38 927 ist erkannt worden, dass der Verzug auch während der Hochlauf- bzw. Abbremsphase weiterhin geregelt werden muss. Allerdings müsste die "Trägheit" vom Regelkreis beim Anfahren und Abbremsen erhöht werden, um regeltechnische Probleme zu überwinden. Diese Lösung ergibt eine Linderung der Auswirkungen des Gesamtproblems ohne sie zu beseitigen.
  • EP 141 505 befasst sich auch mit diesen Problemen. Die vorgeschlagene Lösung deutet darauf hin, dass im "schlimmsten" Bereich (nämlich gerade vor und nach dem Stillstand) das Antriebssystem "schlagartig" zum Anlauf bzw. zum Stillstand gebracht werden sollte.
  • Es ist auch bekannt, die Zylinder eines Streckwerkes einzeln durch positionsgeregelte Motoren anzutreiben (EP 355 557). Die Erweiterung dieses Konzeptes zum Antrieb einer Strecke ist auch in unserer früheren schweizerischen Patentanmeldung Nr. 2834/89 vom 31. Juli 1989 gezeigt.
  • Es ist nun die Aufgabe dieser Erfindung das letztere Konzept derart weiterzuentwickeln, dass sich das Verhalten des Antriebssystems bis zum und aus dem Stillstand vorgeben lässt.
  • Die Erfindung sieht einen Streckwerkantrieb mit einem positionsgeregelten Motor vor, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis zur Regelung des Motors ein Positionssensor umfasst, der auch beim Stillstand des Motorankers ein Signal entsprechend der Winkelposition des Ankers liefern kann.
  • Der Regelkreis kann auch eine Auswertung für das Positionssignal umfassen, welche ein drehzahlabhängiges Signal aus Veränderungen des Positionssignals ableiten kann. Die Erfindung ist auch dann anwendbar, wenn nur ein Antriebsmotor vorhanden ist und sie ermöglicht unter diesen Umständen ein sehr genaues Anlaufen bzw. Abbremsen dieses Motors. Die Erfindung ist aber besonders vorteilhaft, wo zwei oder mehr Antriebsmotoren vorhanden sind, wobei jedem Motor ein eigener Regelkreis zugeordnet ist. In einer solchen Anordnung kann das gegenseitige Verhalten der Drehzahlen der geregelten Motoren auch bis zum bzw. aus dem Stillstand genau festgelegt werden.
  • Der Positionssensor ist vorzugsweise ein elektromagnetischer Sensor. Dieser Sensor kann ein Mittel zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes umfassen, wobei dieses Feld eine im Raum bevorzugte Richtung aufweist. Dieser Felderzeuger ist vorzugsweise auf der Motorenwelle montiert bzw. mit dem Motoranker verbunden, so dass die Winkelstellung der bevorzugten Feldrichtung sich beim Drehen des Motornkers um die Längsachse des Ankers ändert. Der Positionssensor kann dann eine Mehrzahl von Feldsensoren aufweisen, die um die Motorwelle verteilt sind und mit einer vorgegebenen Phasenverschiebung auf das drehende Feld reagieren. Dabei ist das Feld vorzugsweise durch Wechselstrom erregbar, so dass dadurch auch beim Stillstand des Ankers ein Positionssignal von den Feldsensoren gewonnen werden kann.
  • Der Positionssensor liefert vorzugsweise bei Erregung des Feldes kontinuierlich ein Positionssignal (Analogsignal), wobei ein quasi kontinuierliches Positionssignal (mit einer derart hoher Abtastfrequenz, dass die Auswertung durch die Diskontinuitäten im Positionssignal nicht beeinflusst wird) auch brauchbar wäre. Die Auswertung beruht trotzdem vorzugsweise auf der Digitaltechnik, so dass ein Analog-Digital-Umwandler zwischen dem Positionssensor und der Auswertung vorgesehen werden sollte. Die Abtastrate des Umwandlers sollte derart im Verhältnis zur Liefergeschwindigkeit und zu den Eigenschaften des zu verstreckenden Faserbandes gewählt werden, das keine regeltechnische Probleme (z.B. Schwingungen) in den vorhandenen Regelkreisen entstehen. Die optimale Abtastrate kann nur in Abhängigkeit von den erwünschten Betriebsbedingungen ermittelt werden, aber eine Abtastfrequenz höher als 2500 Hz wird normalerweise erforderlich sein.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Figuren der Zeichnungen näher erläutert werden, wobei vorerst das Antriebskonzept gemäss einer früheren schweizerischen Patentanmeldung vollständigkeitshalber anhand der Figuren 1 und 2 erläutert wird.
    • Fig. 1 zeigt schematisch ein Antriebssystem für eine Strecke nach unserer schweizerischen Patentanmeldung Nr. 2834/89 vom 31.07.1989,
    • Fig. 2 zeigt eine Uebersicht über die Antriebsanordnung und den entsprechenden Reglern einer Strecke nach Fig. 1,
    • Fig. 3 zeigt schematisch ein Positionssensor für einen Regelkreis nach dieser Erfindung,
    • Fig. 4 zeigt schematisch den Regelkreis mit einem Sensor nach Fig. 3,
    • Fig. 5 zeigt Hochlauf- bzw. Bremskurven für eine Strecke nach dieser Erfindung, und
    • Fig. 6 ist ein Diagramm zur Erklärung der Anforderungen an der Auswertung eines Regelkreises nach dieser Erfindung.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles der Strecke. In unserer schweizerischen Patentanmeldung Nr. 4754/88 zeigen wir die Anwendung eines geregelten Streckwerkes in einer Kämmaschine. Die nachfolgend beschriebenen Prinzipien und Systemen sind genauso in der Kämmaschine als in der Strecke anwendbar.
  • Im System nach Fig. 1 werden mehrere Faserbänder 15.1 - 15.6, im Beispiel deren sechs, nebeneinander zu einem lockeren Vlies zusammengefasst und durch mehrere Walzensysteme 1 - 6 geführt. Dadurch, dass die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen in Transportrichtung des Fasermaterials in zwei Stufen zunimmt, wird dieses über die erste Stufe vorverzogen (Vorverzug), über die zweite zum gewünschten Querschnitt weiter verzogen (Hauptverzug).
  • Das aus der Strecke austretende Vlies 18 ist dünner als das Vlies der eingespeisten Bänder 15.1 - 15.6 und entsprechend länger. Dadurch, dass die Verzugsvorgänge in Abhängigkeit des Querschnittes der eingespeisten Bänder geregelt werden können, werden die Bänder bzw. das Vlies während seinem Durchgang durch die Strecke vergleichmässigt, d.h., der Querschnitt des austretenden Vlieses ist gleichmässiger als der Querschnitt des eingespeisten Vlieses bzw. der Bänder. Die vorliegende Strecke weist einen Vorverzugsbereich 11 und einen Hauptverzugsbereich 12 auf. Selbstverständlich kann die Erfindung auch im Zusammenhang mit Strecken mit nur einem oder mehr als zwei Verzugsbereich in analoger Weise eingesetzt werden.
  • Die Bänder 15.1 - 15.6 werden durch zwei Systeme 1 und 2 von Förderwalzen in die Strecke eingespeist. Ein erstes System 1 besteht z.B. aus zwei Walzen 1.1 und 1.2, zwischen denen die eingespeisten und zu einem lockeren Vlies zusammengefassten Bänder 15.1 - 15.6 transportiert werden. In Transportrichtung der Bänder folgt ein Walzensystem 2, das hier aus einer aktiven Förderwalze 2.1 und zwei passiven Förderwalzen 2.2, 2.3 besteht. Während der Einspeisung durch die Walzensysteme 1 und 2 werden die eingespeisten Bänder 15.1 - 15.6 nebeneinander zu einem Vlies 16 zusammengeführt. Die Umfangsgeschwindigkeiten V1 und v2 (= v;n) aller Walzen der beiden Walzensysteme 1 und 2 der Einspeisung sind gleich gross, so dass die Dicke des Vlieses 16 im wesentlichen der Dicke der eingespeisten Bänder 15.1 - 15.6 entspricht.
  • Auf die beiden Walzensysteme 1 und 2 der Einspeisung folgt in Transportrichtung des Vlieses 16 ein drittes System 3 von Vorverzugswalzen 3.1 und 3.2, zwischen denen das Vlies weitertransportiert wird. Die Umfangsgeschwindigkeit V3 der Vorverzugswalzen ist höher als diejenige der Einlaufwalzen V1,2, so dass das Vlies 16 im Vorverzugsbereich 11 zwischen den Einlaufwalzen 2 und den Vorverzugswalzen 3 verstreckt wird, wobei sich sein Querschnitt verringert. Gleichzeitig entsteht aus dem lockeren Vlies 16 der eingespeisten Bänder ein vorverzogenes Vlies 17. Auf die Vorverzugswalzen 3 folgt ein weiteres System 4 von einer aktiven Förderwalze 4.1 und zwei passiven Förderwalzen 4.2, 4.3 zum Weitertransport des Vlieses. Die Umfangsgeschwindigkeit V4 der Förderwalzen 4 zum Weitertransport ist dieselbe wie V3 der Vorverzugswalzen 3.
  • Auf das Walzensystem zum Weitertransport 4 folgt in Transportrichtung des Vlieses 17 ein fünftes System 5 von Hauptverzugswalzen 5.1 und 5.2. Die Hauptverzugswalzen haben wiederum eine höhere Oberflächengeschwindigkeit V5 als die vorangehenden Transportwalzen, so dass das vorverzogene Vlies 17 zwischen den Transportwalzen 4 und den Hauptverzugswalzen 5 im Hauptverzugsbereich 12 weiter zum fertig verzogenen Vlies 18 verzogen wird. wobei das Vlies 18 über einen Trichter T zu einem Band zusammengeführt wird.
  • Zwischen einem Paar 6 von Auslaufwalzen 6.1, 6.2, deren Umfangsgeschwindigkeit v6 (= Vout) gleich ist wie diejenige der vorangehenden Hauptverzugswalzen (vs) wird das fertig verstreckte Band 18 aus der Strecke weggeführt und bzw. in rotierende Kannen 13 abgelegt.
  • Die Walzensysteme 1,2 und 4 werden von einem ersten Servomotor 7.1, vorzugsweise über Zahnriemen, angetrieben. Die Vorverzugswalzen 3 sind mechanisch mit dem Walzensystem 4 gekoppelt, wobei die Uebersetzung einstellbar sein kann bzw. ein Sollwert vorgebbar ist. Das Getriebe (auf der Figur nicht sichtbar) bestimmt das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeiten der Einlaufwalzen (v;n) und der Umfangsgeschwindigkeit V3 der Vorverzugswalzen 3.1, 3.2, mithin das Vorverzugsverhältnis.
  • Die Walzensysteme 5 und 6 werden ihrerseits von einem Servomotor 7.2 angetrieben. Die Einlaufwalzen 1.1, 1.2 können ebenfalls über den ersten Servomotor 7.1 oder optional über einen unabhängigen Motor 7.3 angetrieben sein. Die beiden Servomotoren 7.1 und 7.2 verfügen je über einen eigenen Regler 8.1 bzw. 8.2. Die Regelung erfolgt je über einen geschlossenen Regelkreis 8.a,8.b bzw. 8.c,8.d. Zudem kann der Ist-Wert des einen Servomotors dem anderen Servomotor in einer oder in beiden Richtungen über eine Kontrollverbindung 8.e übermittelt werden, damit jeder auf Abweichungen des anderen entsprechend reagieren kann.
  • Am Einlauf der Strecke wird die Masse oder eine die Masse proportionale Grösse, z.B. der Querschnitt der eingespeisten Bänder 15.1 - 15.6 von einem Einlaufmessorgan 9.1 gemessen. Am Austritt der Strecke wird der Querschnitt des austretenden Bandes 16 dann von einem Auslaufmessorgan 9.2 gemessen.
  • Eine zentrale Rechnereinheit 10 übermittelt eine initiale Einstellung der Sollgrösse für den ersten Antrieb via 10.a an den ersten Regler 8.1. Die Messgrössen der beiden Messorgane 9.1, 9.2 werden während des Streckprozesses via die Verbindungen 9.a und 9.b dauernd an die zentrale Rechnereinheit übermittelt. Aus diesen Messresultaten und aus dem Sollwert für den Querschnitt des austretenden Bandes 18 wird in der zentralen Rechnereinheit und allfälligen weiteren Elementen der Sollwert für den Servomotor 8.2 bestimmt. Dieser Sollwert wird via 10.b dauernd an den zweiten Regler 8.2 vorgegeben. Mit Hilfe dieses Regelsystems (der "Hauptregelung") können Schwankungen im Querschnitt der eingespeisten Bänder 15.1 - 15.6 durch entsprechende Regelung des Hauptverzugsvorganges kompensiert bzw. eine Vergleichmässigung des Bandes erreicht werden.
  • Anhand von Fig. 2 wird das Antriebskonzept einer Anordnung nach Fig. 1 mit seiner Regelung noch näher erläutert. Als Hauptantrieb dienen vorliegend die beiden Servomotoren 7.1 und 7.2. Der Servomotor 7.1 treibt das Walzensystem 1 des Einlauf und das System 4 von Förderwalzen an, welches letztere auf den Vorverzugsabschnitt folgt. Das Vorverzugswalzenpaar 3 ist mechanisch mit dem Walzensystem 4 gekoppelt, wird also ebenfalls vom Servomotor 7.1 angetrieben. Das Walzenpaar 1 am Einlauf wird entweder über einen Zwischenantrieb 7.3 (Getriebe) vom Servomotor 7.1 angetrieben oder kann in einer anderen Ausführungsvariante des Streckenantriebes von einem unabhängigen Servomotor 7.3 angetrieben sein. Der Servomotor 7.2 treibt das Hauptverzugswalzenpaar 5 direkt an. Über ein Getriebe 7.4 wird vom Servomotor 7.2 auch das Trichterradpaar 6 angetrieben. Der Antrieb der Kanne 13 am Ausgang des Streckwerkes erfolgt entweder über einen vom Servomotor 7.2 angetriebenen Zwischenantrieb 7.5 (Getriebe) oder in einer anderen Ausführungsvariante des Streckwerkes mittels eines unabhängigen Antriebsmotors 7.5.
  • Das Antriebskonzept basiert darauf, dass mindestens eine Antriebsgruppe innerhalb der Strecke unabhängig durch einen geregelten Motor angetrieben ist. Für jede unabhängige Antriebsgruppe eines Verzugsbereiches oder nach Bedarf auch eines Förder- oder Transportabschnittes oder anderer prozessmässig gekoppelter Arbeitsstationen kann je ein geregelter Motor vorgesehen werden; im dargestellten Beispiel sind dies deren zwei, nämlich die Motoren 7.1, 7.2 des Vorverzugsbereichs 11 und des Hauptverzugsbereichs 12. Grundsätzlich können Störungen, die durch die Antriebe verursacht werden, im Rahmen der Gesamtsystemregelung, d.h der Hauptregelung, kompensiert werden. Es erweist sich jedoch als vorteilhaft, jede Antriebsgruppe für sich zu regeln, d.h. eine vermaschte Regelung mit entsprechenden Reglern 8.1, 8.2 vorzusehen. Massgeblich ist insbesondere die Tatsache, dass die auftretenden Regelabweichungen des Gesamtsystems vorteilhaft beeinflusst und bessere Zeitabhängigkeiten geschaffen werden, bzw. allfällige Störungen vorkompensiert werden. Solche mittels Reglern 8.1, 8.2 hilfsgeregelte Antriebseinheiten können in verschiedenen Hauptregelkonzepten eingesetzt werden.
  • Der Antrieb des Streckwerkes wird auf zwei Ebenen geregelt, einer übergeordneten Hauptregelung 9.a, 9.b, 10.a, 10.b, in der die zentrale Rechnereinheit 10 eine wesentliche Funktion übernimmt, und mindestens einer untergeordneten Hilfsregelung 8.2 für den Hauptverzugsbereich. Vorliegend sind für die Hilfsregelung sowohl des Hauptverzugsbereichs (inklusive Auslaufbereich) als auch des Vorverzugsbereich (inklusive Einlaufbereich) zwei Regler 8.1 und 8.2 vorgesehen. In den bereits erwähnten Ausführungsvarianten können auch allfällige zusätzliche Regler 8.3, 8.5 vorgesehen werden, die hier gestrichelt dargestellt sind. Vorzugsweise werden im Zusammenhang mit den beiden Servomotoren, die beispielsweise als bürstenlose Gleichstrommotoren ausgestaltet sein können, Positionsregler verwendet. Durch die vermaschte Regelung mit einer Haupt- und mindestens einer Hilfsregelung wird die zentrale Rechnereinheit 10 entlastet und die Gefahr des Auftretens grosser Hübe bei der Hauptregelung reduziert.
  • Die Hauptregelung 9.a, 9.b, 10.a, 10.b liefert Sollwerte, beispielsweise Geschwindigkeitssollwerte, via 10.a bzw. 10.b an die Hauptantriebsmotoren 7.1 bzw. 7.2, die aus dem Sollquerschnitt des austretenden Bandes und aus den gemessenen Ist-Querschnitten des eingespeisten Bandes bzw. der eingespeisten Bänder 9.a und des austretenden Bandes 9.b berechnet werden. Je nach Ausgestaltung der Regelung können weitere Parameter berücksichtigt werden.
  • Mittels der Hilfsregelungen 8.a - 8.k werden die Geschwindigkeiten der einzelnen Antriebsmotoren 7.1 und 7.2 (für die Ausführungsvarianten auch 7.3 und 7.5) in geschlossenen Positionsregelkreisen 8.a, 8.b und 8.c, 8.d (in den Ausführungsvarianten auch 8.f, 8.g und 8.i, 8.j) auf die von der oberen Regulierungsebene geforderten Sollwerte geregelt. Differenzen zwischen Ist- und Sollwerten der Motorengeschwindigkeiten werden zwischen den Positionsreglern 8.1, 8.2 via einer Kontrollverbindung 8.e übermittelt (evtl. auch 8.k und 8.h). Es kann vorgesehen werden, dass eine ausserhalb des Regelbereiches des betreffenden Reglers 8.1 und 8.2 (evtl. auch 8.3 oder 8.5) liegende Abweichung zwischen Soll- und Ist-Wert der Geschwindigkeit des betreffenden Motores von den Positionsreglern der anderen Motoren kompensiert werden kann durch entsprechende Korrekturen in den Sollwerten für die Geschwindigkeiten der anderen Motoren. Diesfalls können entsprechende Rückführungen zur zentralen Rechnereinheit 10 vorgesehen werden. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt diese Korrektur intern in den entsprechenden Reglern.
  • Die Antriebsmotoren, welche die Verzüge bestimmen, bilden mit ihren jeweiligen Regelkreisen je ein positionsgeregeltes Antriebssystem. Dazu kann jeder Motor mit einem Encoder bzw. mit einem Resolver versehen sein, der die Winkelposition der Antriebswelle jederzeit mit vorbestimmter Genauigkeit als Ist-Wert an die Positionsregelung für diesen Motor gibt. Die Steuerung des Streckwerkes kann über diese Positonsregelkreise die Winkelstellungen der Motorwellen und damit der von ihnen angetriebenen Walzen des Streckwerkes gegenseitig abgestimmt werden.
  • Ein solches Antriebssystem ermöglicht eine wesentlich bessere Verzugsgenauigkeit, als es durch drehzahlgeregelte Motoren erreichbar ist. Gleichzeitig bietet die Verwendung von Positionsreglern nach der nun vorliegenden Erfindung als Hilfsregelung (nicht Drehzahlregler) den Vorteil, dass auch im Falle eines Stillstandes des Motors die Regelung gewährleistet ist. Beim Hochlauf bzw. Auslauf der Strecke zeigen sich Vorteile, da eine wesentlich bessere Regelgenauigkeit bei niedrigen Drehzahlen bis zum Stillstand möglich sind.
  • Als Regler werden im Rahmen der Hilfsregelung Positionsregler nach der nun vorliegenden Erfindung eingesetzt, da diese auch im Falle eines Stillstandes des Motors die Regelung gewährleisten. Die entsprechenden Regler 8.1, 8.2 (oder allfällige weitere Regler im Rahmen der Ausführungsvarianten) können separate Rechnereinheiten (beispielsweise mit digitalen Signalprozessoren oder Mikroprozessoren) enthalten oder aber auch als Modul der zentralen Rechnereinheit 10 ausgeführt sein.
  • Das Antriebskonzept geht somit davon aus, unabhängige Antriebseinheiten bzw. -gruppen der Strecke separat zu regeln. Als Antriebsgruppe wird dabei eine Einheit verstanden, die mindestens einen Motor enthält, inklusive der durch diesen angetriebenen Walzen bzw. Führungs- oder Transportrollen. Eine solche Antriebsgruppe stellt beispielsweise im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 die den Motor 7.2 enthaltende Gruppe 7.2, 7.4, 7.5, 5 und 6 dar. Eine bevorzugte Ausführungsform der Strecke sieht eine digitale Gleichlaufsteuerung der Antriebsgruppen für die Nominaleinstellungen vor. Dabei dient eine Antriebsgruppe als Leitantrieb. Die Regelung einer Antriebsgruppe kann dann durch Aenderung der Nominaleinstellung erreicht werden.
  • Dadurch wird es möglich, dass aus dem Gesamtregelsystem nur der Sollwert für die Stellgrösse, d.h. den Wert oder eine Korrekturgrösse für den Verzug vorzugeben. Daneben ist zu berücksichtigen, dass durch die Hauptregelung sowohl kurzzeitige als auch langsame Störungen kompensiert werden sollen. Das gezeigte Antriebssystem ermöglicht eine vermaschte Regelung und nutzt damit die verbesserte Zeitabhängigkeit aus. Die Kontrollverbindungen 8.e, 8.h, 8.k ermöglichen ebenfalls kürzere Reaktionszeiten des Systems. Divergenzen der Antriebssysteme müssen nicht erst über einen geschlossenen Hauptregelkreis mit entsprechender Totzeit erfasst werden.
  • Wesentliche Vorteile besitzt eine solche separate Regelung jeder Antriebsgruppe insbesondere auch dann, wenn mehrere Verzugsbereiche vorgesehen sind, von denen jedoch nur einer oder nur ein Teil geregelt werden sollen bzw. müssen. Diejenigen Bereiche mit konstantem Verzug können durch blosse Sollwertvorgabe betrieben werden, ohne dass eine Regelung durch die Hauptregelung erfolgen müsste.
  • Das in den Figuren 1 und 2 gezeigte Regelprinzip gewährleistet eine sehr gute Vergleichmässigung auch bei unvorhergesehenen Aenderungen der Betriebsbedingungen. Sowohl kurzfristige Störungen als auch langsame Aenderungen können im Rahmen dieser Regelung optimal kompensiert werden. Die durch eine Hauptregelung ermittelte Stellgrösse, hier beispielsweise für den Hauptverzug, dient als Eingangsgrösse für den entsprechenden Regler 8.2.
  • Figur 3 zeigt schematisch ein Positionssensor zur Anwendung in den geschlossenen Regelkreisen 8a, 8b, und 8c, 8d der Figuren 1 und 2. Das Bezugszeichen 30 weist auf den Anker z.B. vom Motor 7.1 (Figur 1) hin. Bei geeigneter Stromerregung der Statorwindungen (nicht gezeigt) des Motors, dreht sich der Anker 30 um die eigene Längsachse 32. Der Anker 30 ist mit einer Welle 34 verbunden, welche ein felderzeugendes Element 36 trägt. Das Element 36 umfasst zwei "Schuhe" 38, 40 aus einem ferromagnetischen Material (z.B. Stahl) oder einem Material mit entsprechenden feldbeeinflussenden Eigenschaften. Der Schuh 38 ist direkt auf der Welle 34 montiert, während der Schuh 40 vom Schuh 38 über ein Zwischenstück (Bolzen) 42 getragen wird.
  • Ein Leiter 44 für elektrischen Strom liegt mit einigen Windungen 46 auf dem Zwischenstück 42. Bei Beaufschlagung des Leiters 44 mit Strom von einer geeigneten Quelle 48 wird im Zwischenstück 42 ein elektromagnetisches Feld erzeugt, welches durch die Schuhe dann beeinflusst wird, um das im anschliessenden Raum entstehende Feld auf eine vorbestimmte Weise zu gestalten.
  • Das durch die Windungen 46 im Bolzen 42 erzeugte elektromagnetische Feld ist rotationssymmetrisch. Beim Uebergang vom Bolzen 42 in die Schuhe 38,40 ist die Rotationssymmetrie durch die Form der Schuhe aufgehoben. Jeder Schuh 38,40 ist nämlich ein flaches Element mit einer Tiefe t, die wesentlich kleiner ist als die axiale Länge 1 bzw. der Breite b des Elementes. Die Auswirkung dieser flachen Form der Schuhen 38,40 ist, dass beim Uebergang vom Bolzen 42 in den Schuhen das elektromagnetische Feld sich bevorzugt in Richtungen ausbreitet, die innerhalb dieser Schuhe liegen. Dies bedeutet, dass das Feld bevorzugte Richtungen aufweist, die schematisch durch die Pfeile X in Fig. 3 angedeutet sind. Diese Richtungen sind in dem Sinn bevorzugt, dass beim Drehen der Schuhen 38,40 um die Längsachse 32 des Ankers 30 die elektromagnetische Koppelung mit einem feldempfindlichen Element viel stärker in den Richtungen X als in den Richtungen Y senkrecht zu den Richtungen X ist.
  • Jeder Schuh 38,40 hat zwei Flächen 50 (nur eine Fläche 50 pro Schuh in Fig. 3 sichtbar), welche radial nach aussen gerichtet sind. Beim Drehen des Ankers 30 (und daher der Schuhen 38,40) um die Achse 32 beschreibt jedes Flächenpaar 50 einen kreisrunden Zylinder, die nachfolgend als "Mantel" bezeichnet wird. An dem Mantel der Schuhe 38,40 schliessen sich möglichst nah zwei feldempfindliche Elemente 52,54 an. Jedes Element 52,54 weist zwei Schuhe 39,41 und einen Verbindungsstab 56 auf. Jeder Schuh 39 hat eine Fläche 58, die in der Form und Dimensionen den Flächen 50 vom Schuh 38 entspricht und sich möglichst nah am Mantel vom Schuh 38 anschliesst. Auf eine ähnliche Weise hat jeder Schuh 41 eine Fläche 60, welche in der Form und den Dimensionen den Flächen vom Schuh 40 entspricht und sich möglichst nah am Mantel vom Schuh 40 anschliesst. Die Flächen 58,60 vom Element 52 stehen aber senkrecht zu den Flächen 58,60 vom Element 54. Dies bedeutet, dass die elektromagnetische Koppelung zwischen den Schuhen 38,40 und dem Element 52 in dem Zeitpunkt eine Maximalstärke erreicht, als die elektromagnetische Koppelung zwischen den Schuhen 38,40 und dem Element 54 eine Minimalstärke aufweist.
  • Um die Verbindungsstäbe 56 der Elemente 52,54 befinden sich Windungen 62 von jeweiligen Signalleiter 64, welche die Ausgangssignale von den feldempfindlichen Elementen an die Auswertung weiterleiten. Die Signalstärke im Leiter 64 vom Element 52 ist daher auf einem Höhepunkt zur gleichen Zeit wie die Signalstärke im Leiter 64 vom Element 54 einen Tiefpunkt erreicht und umgekehrt.
  • Es sei nun angenommen, die Quelle 48 erzeuge eine Wechselspannung mit einer sinusförmigen Wellenform. Der Wechselstrom in den Windungen 46 erzeugt ein elektromagnetisches Feld im Bolzen 42 und in den Schuhen 38,40. Ueber die beiden Schuhenpaare 39,41 wird das elektromagnetische Feld mit beiden Ausgangsleitungen 64 gekoppelt, so dass das von der Quelle 48 ausgehende Eingangssignal ein Ausgangssignal erregt, welches aus zwei Komponenten besteht, nämlich ein Komponent im Leiter 64 des Elementes 52 und ein zweites Komponent im Leiter 64 des Elementes 54. Die Signalstärke dieser beiden Komponenten ist aber nicht nur eine Funktion der Zeit (in Abhängigkeit von des in der Quelle 48 erzeugten Eingangssignals) sondern ist auch eine Funktion der Winkelstellung der Schuhe 38,40 um die Achse 32 und zwar nach den Beziehungen
    • A = sin sin wt
    • B = cos sin wt

    wo A und B die beiden Ausgangssingalkomponenten, ein Mass für die Winkelstellung der Schuhen darstellt und wt die konventionellen Kenngrössen für eine sinusförmige Welle sind.
  • Weil beide Komponenten A, B des Ausgangssignals direkt vom Eingangssignal abhängig sind, ist es möglich, in einer geeigneten Auswertung der Einfluss des Eingangssignals auszufiltern und ein Signal zu gewinnen, welches eine Funktion von nur der Winkelstellung der Schuhen 38,40 ist. Weil aber die Trägerwelle (das von der Quelle 48 erzeugte Eingangssignal) zeitvariabel ist, entstehen in den Leitern 64 die zwei Komponenten A, B des Ausgangssignals auch dann, wenn der Anker 30 (und daher die Schuhen 38,40) stillstehen. Dies bedeutet, dass die Winkelstellung (die Position) der Schuhe 38,40 auch dann durch die Auswertung ableitbar ist, wenn der Motor mit dem Anker 30 nicht erregt ist.
  • Wenn die Position von einem Gegenstand jederzeit feststellbar ist, und durch ein geeignetes Signal dargestellt werden kann, besteht die Möglichkeit, bei Veränderung dieser Position durch die Bildung einer Differentialfunktion die Geschwindigkeit (bei einer Drehbewegung, die Drehzahl) der Bewegung abzuleiten. Diese Ableitung kann auch in der Auswertung erfolgen, welche nun im groben Umriss anhand der Fig. 4 beschrieben werden soll.
  • Fig. 4 zeigt nochmals den Motor 7.1 und schematisch den Sensor 36 mit der Verbindungswelle 34 und die beiden Ausgangsleitungen 64. Diese beiden Leitungen geben ihre Signalkomponenten an je einen Eingang von einem Mikroprozessor 70. Dieser Prozessor erhält ein weiteres Eingangssignal von der Zentralsteuerung 10 (siehe auch Fig. 1) und gibt ein Steuerungssignal an einen Motorenregler 72 weiter. Anhand vom letzteren Signal bestimmt der Motorenregler 72 die dem Motor 7.1 zur Verfügung gestellte Leistung.
  • Die im Mikroprozessor 70 ausgeführten Operationen sind durch die Programmierung des Prozessors bestimmt. Zur Erklärung dieser Operationen sind aber die Hauptschritte bildlich in Fig. 4A als "Hardwareelemente" dargestellt. Dementsprechend werden zuerst die beiden vom Sensor 36 abgegebenen Signalkomponenten durch einen Analog/Digitalumwandler A/D in jeweiligen Digitalsignalen umgewandelt und an einen Teiler 74 weitergegeben. Der Teiler 74 bildet beispielsweise die Grösse tan 4) und gibt das entsprechende Signal an einen Vergleicher 76 weiter. Dieser augenblickliche (Ist) Wert für die Winkelstellung der Schuhen 38,40 wird im Vergleicher 76 mit einem Soll-Wert verglichen, welche in einem geeigneten Speicher 78 vorhanden ist. Eine allfällige Differenz (Abweichung) zwischen Soll- und Ist-Wert wird vom Vergleicher 76 in der Form von einem Abweichungssignal dargestellt und an den Motorenregler 72 zur Steuerung der Motorenleistung abgegeben.
  • Der Soll-Wert im Speicher 78 ist in Abhängigkeit von der Programmierung veränderbar und zwar in Abhängigkeit von einem in der Zentralsteuerung 10 festgelegten Ablaufprogramm und von den in die Zentralsteuerung 10 eingegebenen Maschineneinstellungen. Ein Beispiel eines Ablaufprogramms ist schematisch in den Fig. 5 und 6 gezeigt worden.
  • Fig. 5 zeigt den Hochlauf 80 aus dem Stillstand auf einer konstanten Betriebsgeschwindigkeit N und das nachfolgende Abbremsen 82 bis zum Stillstand. Der Normalbetrieb ist zum grössten Teil aus dem Diagramm ausgeschnitten, da dieser Zustand im Zusammenhang mit Fig. 5 keine Bedeutung hat. Die zutreffenden Ueberlegungen werden nachfolgend im Zusammenhang mit dem Hochlauf 80 beschrieben, wobei sie auch im Zusammenhang mit dem Abbremsen 82 gelten.
  • Erwünscht ist eine Anlaufkurve mit einem gesteuerten Uebergang 84 aus dem Stillstand, einem Mittelteil konstanter Steilheit (konstanter Beschleunigung) und einem gesteuerten Uebergang 86 in die Betriebsdrehzahl N. Die konstante Steilheit des Mittelteils dieser Charakteristik und der gesteuerte Uebergang 86 in die Betriebsdrehzahl N stellen heutzutage auch für Systeme gemäss dem Stand der Technik keine besondere Probleme. Probleme entstehen beim Uebergang 84 aus dem Stillstand. In diesem Zusammenhang reicht es nicht, eine Positionsregelung für den Antriebsmotor vorzusehen, wenn das Entstehen eines Ausgangssignals vom Positionssensor dieser Regelung von einer Drehbewegung des Motorankers abhängig ist. Es ist dann praktisch unmöglich, die "Position" des Ankers genau in den Stillstand zu verfolgen. Der in Fig. 3 schematisch dargestellte Sensor 36 ist aber zur Erzeugung eines Ausgangssignals nicht von einer Relativbewegung der Schuhe 38,40 gegenüber den feldempfindlichen Elementen 52,54 abhängig. Dieser Sensor liefert ein Positionssignal auch dann, wenn der Motorenanker 30 stillsteht. Ein drehzahlabhängiges Signal ist auch bei den niedrigsten Drehzahlen des Ankers 30 aus den entsprechenden Veränderungen im Ausgangssignal vom Sensor 36 ableitbar.
  • Die Erfindung ermöglicht daher, die genaue Regelung des Motorendrehzahls beim Anlauf und beim Abbremsen und bietet entsprechende Vorteile an, sogar wenn nur ein Motor vorhanden ist. Die Erfindung ist aber besonders vorteilhaft, wo zwei oder mehr Motoren vorhanden sind (siehe Fig. 1) und ein genaues Drehzahlverhältnis zwischen diesen Motoren in allen Betriebszuständen einzuhalten ist, d.h. auch während gemeinsamen Hochlauf- und Abbremsphasen. Dies ist im Zusammenhang mit Streckwerken bekannterweise der Fall.
  • In Fig. 5 wurde angenommen, es sei bloss notwendig, eine vorprogrammierte Laufcharakteristik nachzuvollziehen. Dies ist in der Praxis für eine Antriebsgruppe (Walzengruppe) der Fall, die im Normalbetrieb mit einer konstanten Drehzahl läuft. In einer Regulierstrecke muss aber die Drehzahl von mindestens einer Antriebsgruppe auch nach dem Erreichen der programmierten Drehzahl N veränderbar sein, um Masseschwankungen im verarbeiteten Faserband durch Verzugsänderungen auszugleichen. Dies ist in Fig. 6 schematisch angedeutet, wobei einfachheitshalber eine sinusförmige Veränderung (gestrichelte Linie) der Drehzahl der zutreffenden Antriebsgruppe um der Betriebsdrehzahl N angenommen wird. Eine Regulierstrecke, die bei Liefergeschwindigkeiten von mindestens 800 m/Min. auch kurzwellige Massenschwankungen ausgleichen soll, muss sinusförmige Drehzahländerungen (wie in Fig. 6 gestrichelt dargestellt) mit einer Periode von maximal drei msec. ausführen können. Um dies durch einen geschlossenen Regelkreis nach Fig. 4 zu gewährleisten, soll die Abtastrate des A/D-Umwandlers mindestens 3kHz betragen, so dass jeder Zyklus Z (Fig. 6) von einer (gedachten) sinusförmigen Drehzahlveränderung mindestens zehn Mal abgetastet und mit einem entsprechenden Soll-Wert verglichen werden kann.
  • Eine Anordnung nach Fig. 3 gibt ein Positionssignal, welches der Winkelstellung von einem beliebigen Radius auf den Motorenanker (z.B. vom Radius R, Fig. 3) mit einer Unbestimmtheit ± 180 entspricht, d.h. anhand eines Positionssignals vom Sensor 36 ist es nicht möglich, festzustellen, ob sich der Radius R in der gezeigten Stellung oder in einer diametral gegenüberstehenden Stellung befindet. Die Unterscheidung zwischen diesen beiden Möglichkeiten ist für die Anwendung in einer Streckwerkregelung nicht notwendig. Falls sie aber in einem bestimmten Fall notwendig erscheint, kann durch eine geeignete Gestaltung des Felderzeugers (der Schuhe 38,40) und eine entsprechende Anpassung der feldempfindlichen Elementen 52,54 ein Positionssignal gewonnen werden, welches sowohl die Richtung wie auch die Winkelstellung von einem Referenzvektor auf dem Motorenanker angibt.

Claims (9)

1. Ein Streckwerkantrieb mit einem geregelten Motor (7.1), dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis (36,70,72) für den Motor (7.1) einen Positionssensor (36) umfasst, welcher auch beim Stillstand des Motorankers (30) ein Positionssignal liefern kann, welches der Winkelstellung des Ankers (30) entspricht.
2. Streckwerksantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionssensor (36) Mittel (38,40 zur Uebertragung von elektromagnetischer Energie aus einem felderzeugenden System (42,46) an ein feldempfindliches System (52,54,56,62) umfasst.
3. Streckwerksantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das feldempfindliche System (52,54,56,62) mindestens zwei um die Drehachse des Ankers verteilte feldempfindliche Elemente (52,54) umfasst.
4. Streckwerksantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswertung (70) vorhanden ist, um ein drehzahlabhängiges Signal aus Veränderungen des Positionssignals abzuleiten.
5. Streckwerksantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung (70) zur Verarbeitung von digitalen Signalen ausgelegt ist und Mittel zur Umwandlung eines analogen Positionssignals in ein digitales Positionssignal vorhanden sind.
6. Streckwerksantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastfrequenz des Umwandlers höher als 2500 Hz ist.
7. Streckwerksantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Antriebsmotoren (7.1,7.2) vorhanden ist, wobei jeder Motor mit einem eigenen Regelkreis und mit einem eigenen Positionssensor nach Anspruch 1 versehen ist.
8. Streckwerksantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die individuellen Regelkreise mit einer gemeinsamen Steuerung (10) zur Festlegung von einem vorbestimmten gegenseitigen Ablauf verbunden sind.
9. Streckwerksantrieb nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Streckwerk zur Ausregulierung von Masseschwankungen des zu verarbeitenden Materials ausgelegt ist.
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