EP0564018A2 - Vorrichtung und Verfahren zur Spannungsregulierung eines fadenförmigen Gutes, vorzugsweise eines Wickeldrahtes für elektrische Spulen - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Spannungsregulierung eines fadenförmigen Gutes, vorzugsweise eines Wickeldrahtes für elektrische Spulen Download PDF

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EP0564018A2
EP0564018A2 EP93200601A EP93200601A EP0564018A2 EP 0564018 A2 EP0564018 A2 EP 0564018A2 EP 93200601 A EP93200601 A EP 93200601A EP 93200601 A EP93200601 A EP 93200601A EP 0564018 A2 EP0564018 A2 EP 0564018A2
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EP
European Patent Office
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wire
signal
motor
tension
control unit
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EP93200601A
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EP0564018A3 (en
EP0564018B1 (de
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Ernst Arnold
Hansrudi Sigrist
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Meteor AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H59/00—Adjusting or controlling tension in filamentary material, e.g. for preventing snarling; Applications of tension indicators
    • B65H59/10—Adjusting or controlling tension in filamentary material, e.g. for preventing snarling; Applications of tension indicators by devices acting on running material and not associated with supply or take-up devices
    • B65H59/16—Braked elements rotated by material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/06—Coil winding
    • H01F41/094—Tensioning or braking devices

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for regulating the wire tension on a coil winding device according to the preamble of claims 1 and 13.
  • the tensioning forces for the winding wire in a winding system for electrical coils are to be kept constant in a predetermined value by an automatic wire tension regulator being arranged between a wire supply roll and the coil winding device.
  • the requirements for such a wire tension controller are diverse, since the wire tension can fluctuate greatly during the winding process due to the coil shape, the coil shape being round, square, rectangular, oval and the like. can be formed and is influenced by the growing diameter of the winding during winding. It must be taken into account that the wire speed, for example in the case of technologically related process sequences, can also assume negative values.
  • the fast effectiveness of the wire tension controller is particularly important because delays due to inertia bring uncontrollable wire-tension ratios, which can severely affect the quality of the finished winding.
  • the voltage is regulated, for example, by mechanical and / or electromechanical means, preferably by a wire compensation arm, optionally with a potentiometer assigned to it.
  • Devices of this type have major disadvantages caused by inertia, in particular due to a running or braking of the wire during a currently occurring negative wire speed and due to undesired vibrations of the wire compensation arm.
  • a device for regulating the tension of a wire for winding an electrical coil which provides for an improvement by automatically regulating the wire tension and braking it.
  • the device consists of a pre-brake, which is formed on two rollers covered with felt, one of which is permanently driven in the opposite direction to the direction of travel of the wire by a synchronous motor and the other is carried along as a pressure roller by the driven roller.
  • the pre-tensioned wire is guided through a grooved roller through at least 360 °, which is driven by a further motor in the wire run and wire return directions.
  • the grooved roller is connected to a tachometer, which emits a signal, whereby the motor is controlled by a controller.
  • a strain gauge provides a signal representative of the wire tension, which is compared to a set point. The resulting signal is superimposed on the signal from the tachometer in order to influence the controller via a control signal.
  • the change in wire tension affects the signal and the speed of the motor changes. to suppress this voltage change.
  • the quality of the wound coil at high wire speeds is impaired by voltage differences that occur.
  • the winding wire is guided over a spring-loaded swivel arm.
  • the winding wire then runs over a roller which is provided with a code disk in order to bring about appropriate corrections of the strain gauge signal via an additional control device.
  • a disadvantage which has an effect particularly in the case of multiple winding machines, is that the spring force of the swivel arm must be individually adapted for each winding point for each winding process influenced by the wire type and wire thickness.
  • Such a voltage regulation is less suitable for particularly thin winding wires which are wound at high take-off speeds and for which only the frictional force is decisive.
  • One advantage is the torque control of the brushless DC motor by means of a digital current control circuit, through which the speeds of the brake wheel are derived in an advantageous manner.
  • the setpoint wire tension control can also be changed without interruption during the winding process.
  • the digital parameter specification and digital control loops ensure precise reproducibility of the winding process.
  • Another advantage is that all the necessary control and regulating elements, including the power supply units, are integrated in the wire-pull regulator, so that additional control units are also unnecessary.
  • wire tension controllers By using a two-wire line (bus system), several, for example up to 32, wire tension controllers can be connected to a common machine control of the winding device, which can be individually programmed, and additional statistical and operating data can be recorded and registered.
  • a filamentary material such as aluminum, copper, tungsten, gold and platinum winding wires, but also plastic and glass fibers, preferably in the form of continuous fibers, is referred to below as a winding wire 25 , from a supply spool (not shown) in the direction of the arrow of a device designed as a wire voltage regulator 10-1 between a retraction roller 16 driven by a direct current motor 14 by means of a transmission 15 in the wire return direction and a pressure roller 17 which can be pressed on by means of a spring 19.
  • the pressure roller 17 carried by the retraction roller 16 can be pivoted out or delivered relative to it.
  • the retraction roller 16 and / or the pressure roller 17 is provided with correspondingly suitable coverings, for example made of felt, ceramic, metal, rubber, Vulkolan and / or of an antistatic material, with thin winding wires being made of antistatic material existing toppings are preferred.
  • the pressure of the pressure roller 17 can be adjusted by adjusting the spring length 19 depending on the type of wire and -thickness can be changed.
  • the revolutions of the retraction roller 17 vary according to the wire speed.
  • the winding wire is subsequently wrapped 360 ° in its groove by means of a brake wheel 22, the brake wheel being controlled by a brushless DC motor 20 with incremental encoder 21 in four-quadrants, in wire run or wire return. Direction is driven.
  • the brake wheel 22 is also provided with a flexible covering, preferably made of rubber, Vulkolan or the like, so that these measures ensure a non-slip wire guide in the wire run and wire return directions.
  • the applied voltage of the winding wire 25 is subsequently continuously determined by a pathless force measuring device, preferably a stretching strip 30, in that the winding wire 25 does not lead to a measuring roller 32 and the stretching strip 30 and at a constant angle around a wire deflection 34, for example an eyelet or swaging tail shown coil of a winding device is pulled.
  • a pathless force measuring device preferably a stretching strip 30
  • the winding wire 25 does not lead to a measuring roller 32 and the stretching strip 30 and at a constant angle around a wire deflection 34, for example an eyelet or swaging tail shown coil of a winding device is pulled.
  • a wire deflection 26 and a further wire deflection 27 are provided in the area below the brake wheel 22.
  • An on / off switch 12 and a light indicator 13 "green / red (fault)" are also arranged on the front side of the wire-pull regulator housing 11.
  • the DC motor 20 is brushless and regulated in four quadrants, so that a long service life is guaranteed even at very high wire speeds of approximately 30 m / s.
  • an amplified rotor position signal S2 is supplied to a control unit 40 in the motor controller 28 and, on the other hand, an actual value torque signal S3 derived from an energy supply E supplied to the direct current motor 20 likewise influences the control unit 40 by means of a digital current control loop 20, S1.28, S3.40.
  • the setpoint wire voltage signal S6 or S6 ' is compared with a signal S5 amplified in an amplifier 38 with the instantaneous wire voltage 30, S4, 38, S5, 40 in the control unit 40, corrected if necessary (FIG. 3) as a manipulated variable.
  • Signal S7 to the motor controller 28 and in this amplified output as energy supply E to the DC motor 20 in order to convert the voltage of the wire 25 from its current actual value to the setpoint.
  • the digital wire tension control is superimposed on the torque control, with the DC motor 20 forming a closed control loop 30, S4, 38, S5, 40, S7, 28, E, 20 with the pathless force measuring device 30, preferably the strain gauge.
  • the strain gauge 30 prevents the tendency of the winding wire to oscillate, for example in the case of mechanical wire tension compensation elements.
  • the braking function of the DC motor 20 changes into a drive function, which can occur in particular in the case of a thin winding wire 25 running at a high wire speed.
  • the actual values of the wire speed K1 and the wire acceleration K2 are derived in the control unit 40, as will be described in more detail in FIG. 3, from the amplified rotor position signal S2 from the commutation system, which is the direct current motor 20, whereby the rotational speeds of the direct current motor 20 and an incremental encoder 21 is arranged on the DC motor axis for measuring the wire length.
  • such a technologically induced wire retraction can be programmed by an existing or existing wire retraction force in the machine controller 50 or in the wire voltage preselection 52.
  • a wire tightening is brought about by the wire retraction, the wire length of the wire retraction also being programmable in the machine control 50.
  • a broken wire detection which is derived from the retraction function and the wire acceleration, is displayed as a fault by means of the illuminated display 13.
  • the winding machine for electrical coils has several, for example up to 32 winding positions, which are equipped with corresponding individually programmable wire tension regulators 10-1 ... 10-32 (Fig. 2A).
  • the wire tension controllers 10-1 ... 10-32 are connected to the machine control 50 connected, whereby in addition to the setpoint programming, actual value transmission, tolerance range programming, for example in the case of wire stretching with alarm triggering, wire tension controller programming can be carried out.
  • 50 statistical and operating data are recorded and possibly registered in the machine control, such as min / max wire pull per coil and motor and strain gauge operating data.
  • a digital parameter specification and digital control loops result in perfect reproducibility for a wide variety of winding processes.
  • the amplified rotor position signal S2 emitted by the motor controller 28 is fed to a counter C1, the counter reading of which derives correction signals K1, K2 for wire speed and wire acceleration.
  • the nominal value wire voltage signal S6 or S6 ' is compared with the digitized in an analog / digital converter AD2, with the amplified actual value wire voltage signal S5 supplied by strain gauges 30 in a comparator V1, and the difference signal S8 is compared to a wire pull -Regulator R1 supplied, the output signal S9 is corrected by the correction signals K1, K2.
  • This corrected signal S10 is compared with the actual-value torque signal S3 digitized in a further analog / digital converter AD1 in a corresponding comparator V2 and the resulting signal S11 is transmitted to a torque controller R2, whose output signal S12 transmits it processes a pulse width modular PWM (pulse wide modular) into a manipulated variable signal S7.
  • the manipulated variable signal S7 is amplified in the motor controller 28 and supplied to the direct current motor 20 as an energy supply E.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Tension Adjustment In Filamentary Materials (AREA)

Abstract

Zur Regulierung der Drahtspannung an einer Wickelvorrichtung für elektrische Spulen ist ein Drahtspannungsregler (10-1) angeordnet, bei welchem zur Vorbremsung des Wickeldrahtes (25) eine Rückzugsrolle (16) und einer an diese andrückbare Anpressrolle (17) vorgesehen ist. Der Wickeldraht (25) wird nachfolgend über ein Bremsrad (22) um 360° umschlungen, wobei das Bremsrad (22)in Drahtlauf-und Drahtrücklauf-Richtung mittels eines Gleichstrommotors (20) antreibbar und zwischen dem Bremsrad (22) und der Wickelvorrichtung ein Dehnungsstreifen (30) angeordnet ist. Der Gleichstrommotor (20) gibt ein Signal (S1) der Rotorposition an eine Motorsteuerung (28) ab, die es einerseits als ein verstärktes Signal (S2) an ein Steuergerät (40) überführt und andererseits ein abgeleitetes Istwert-Drehmoment-Signal (S3) ebenfalls an das Steuergerät (40) gelangt. Dem Steuergerät (40) wird ausserdem ein Sollwert-Drahtspannungs-Signal (S6) der Maschinensteuerung (50) bzw. ein Sollwert-Drahtspannungs-Signal (S6') der Drahtspannungs-Vorwahl (52) zugeführt und der Sollwert (S6 bzw.S6') der Drahtspannung mit einem Signal (S5) der momentanen Drahtspannung (30,S4, 38,S5,40) verglichen, wobei das Steuergerät (40) ein Stellgrössen-Signal (S7) an die Motorsteuerung (28) und über diese verstärkt als Energiezufuhr (E) an den Gleichstrommotor (20) abgibt, um die Spannung des Drahtes (25) von seinem gegenwärtigen Wert auf den Sollwert zu überführen. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regulierung der Drahtspannung an einer Spulen-Wickelvorrichtung gemäss dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 13.
  • Die Spannkräfte für den Wickeldraht in einem Wickelsystem für elektrische Spulen sind in einem vorbestimmten Wert konstant zu halten,indem zwischen einer Drahtvorratsrolle und der Spulen-Wickelvorrichtung ein automatischer Drahtzugregler angeordnet ist. Die Anforderungen an einen derartigen Drahtzugregler sind vielfältig, nachdem die Drahtspannung während des Wickelvorganges schon auf Grund der Spulenform stark schwanken kann, wobei die Spulenform rund, qudratisch, rechteckig, oval u.dgl. ausgebildet sein kann und beim Aufwickeln vom wachsenden Durchmesser der Wicklung beeinflusst wird. Dabei muss berücksichtigt werden, dass die Drahtgeschwindigkeit, beispielsweise bei technologisch bedingten Verfahrensabläufen auch negative Werte annehmen kann. Besonders wichtig ist die schnelle Wirksamkeit des Drahtzugreglers, denn trägheitsbedingte Verzögerungen bringen unkontrollierbare Draht-Spannungsverhältnisse, die die Qualität der fertigen Wicklung stark beeinträchtigen können.
  • Bei üblichen Drahtzugreglern erfolgt die Spannungsregulierung beispielsweise durch mechanische und/oder elektro-mechanische Mittel, vorzugsweise durch einen Drahtkompensationsarm gegebenenfalls mit einem diesem zugeordneten Potentiometer.
  • Deratige Vorrichtungen weisen grössere, durch Trägheit verursachte Nachteile auf, insbesondere durch ein Nachlaufen oder ein Abbremsen des Drahtes während einer momentan auftretenden negativen Drahtgeschwindigkeit und durch unerwünschte Schwingungen des Draht-Kompensationsarmes.
  • Gemäss der DE-OS 40 35 862 ist eine Vorrichtung zur Spannungsregulierung eines Drahtes für das Bewickeln einer elektrischen Spule bekannt, die eine Verbesserung durch eine automatische Regulierung der Drahtspannung und deren Abbremsung vorsieht. Die Vorrichtung besteht aus einer Vorbremse, die auf zwei mit Filz überzogenen Rollen gebilder wird, von denen die eine in Gegenrichtung der Laufrichtung des Drahtes durch einen Synchronmotor permanent angetrieben und die andere als Andruckrolle von der angetriebenen Rolle mitgenommen wird. Der vorgespannte Draht wird über eine Rillenrolle um mindestens 360° herumgeführt, die mittels eines weiteren Motors in Drahtlauf- und Drahtrücklauf-Richtung angetrieben wird. Die Rillenrolle ist mit einem Drehzahlmesser verbunden, der ein Signal abgibt, wodurch der Motor über einen Regler angesteuert wird. Ein Dehnungsmesser liefert ein Signal, das repräsentativ für die Drahtspannung ist, die mit einem Sollwert verglichen wird. Das resultierende Signal wird dem Signal des Drehzahlmessers überlagert, um über ein Steuersignal den Regler zu beeinflussen. Die Aenderung der Drahtspannung beeinflusst das Signal, und die Geschwindigkeit des Motors wird geändert. um diese Spannungsänderung zu unterdrücken. Bei höheren Anzugsgeschwindigkeiten wird die Qualität der gewickelten Spule bei hoher Drahtgeschwindigkeit durch auftretende Spannungsdifferenzen beeinträchtigt. Um den trägheitsbedingten Verzögerungen entgegenzuwirken, wird der Wickeldraht über einen gefederten Schwenkarm geführt. Nachfolgend läuft der Wickeldraht über eine Rolle herum, die mit einer Codescheibe versehen ist, um über ein zusätzliches Steuergerät entsprechende Korrekturen des Dehnungsmesser-Signals herbeizuführen. Ein Nachteil, der sich insbesondere bei Mehrfachwickelmaschinen auswirkt, besteht darin, dass die Federkraft des Schwenkarmes für jeden durch die Drahtart und Drahtstärke beeinflussten Wickelvorgang individuell für jede Wickelstelle angepasst werden muss.
  • Eine derartige Spannungsregulierung ist für besonders dünne Wickeldrähte, die mit hohen Abzugsgeschwindigkeiten gewickelt werden und bei welchen lediglich die Reibungskraft allein ausschlaggebend ist, weniger geeignet.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik, ist es Aufgabe der Erfindung einen Drahtzugregler und ein Verfahren, insbesondere für dünne Wickeldrähte, die mit hohen Anzugsgeschwindigkeiten gewickelt werden, zu entwickeln, bei welchen sich Kompensationselemente, wie Drahtausgleichshebel, Codescheibe und eine Vorbremse mit Filzklemmen mit jeweils zusätzlichen nicht programmierbaren Einstellelementen, die von Hand abgeglichen werden müssen, erübrigen.
  • Die vorgenannte Aufgabe wird urch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 und 13 gelöst. Weitere Ausbildungen der Vorrichtung und Verfahrensschritte sind in abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Ein Vorteil besteht in der Drehmomentregelung des bürstenlosen Gleichstrommotors mittels eines digitalen Stromregelkreises, durch welche in vorteilhafter Weise die Drehzahlen des Bremsrades abgeleitet werden.
  • Dadurch, dass über die Istwerte der verstärkten Rotorposition-Signale eine Störgrössenaufschaltung von Drahtgeschwindigkeit und Drahtbeschleunigung vorgesehen ist, bei der die Istwerte für diese Funktionen aus dem, dem Gleichstrommotor eigenen Kommutierungssystem abgeleitet werden, sind keine zusätzlichen Einrichtungen zur Korrektur der bei hohen Drahtgeschwindigkeiten dünner Wickeldrähte auftretenden Spannungsdifferenzen erforderlich.
  • Da für die auftretenden Drahtspannungsschwankungen keine mechanischen Kompensationseinrichtungen notwendig sind, kann die Sollwert-Drahtzugregelung auch während des Wickelvorganges unterbrechungslos verändert werden.
  • Durch die digitale Parametervorgabe und durch digitale Regelkreise wird eine präzise Reproduzierbarkeit des Wickelprozesses erreicht.
  • Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sämtliche erforderlichen Steuer- und Regelelemente, einschliesslich der Netzgeräte im Drahtzugregler integriert sind, so dass sich zusätzliche Steuergeräte ebenfalls erübrigen.
  • Dadurch, dass der Drahtbruch durch den beschleunigten Drahtrückzug sofort feststellbar und angezeigt wird, entfallen alle sonstigen notwendigen Einrichtungen. Auch zur Ermittlung der Drahtlänge für jede gewickelte Spule sind keine zusätzlichen Einrichtungen erforderlich.
  • Durch Verwendung einer Zwei-Drahtleitung (Bussystem) können an eine gemeinsame Maschinensteuerung der Wickelvorrichtung mehrere, beispielsweise bis zu 32 Drahtzugregler angeschlossen werden, die individuell programmierbar sind, wobei zusätzlich Statistik- und Betriebsdaten erfasst und registriert werden können.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt.
  • Es zeigt
    • Fig.1 eine perspektivisch dargestellte erfindungsgemässe Vorrichtung,
    • Fig.2 eine Prinzipskizze der Vorrichtung gemäss Fig.1,
    • Fig.2A ein schematisch dargestellter Anschluss für mehrere Drahtzugregler an eine Maschinensteuerung gemäss Fig.2, und
    • Fig.3 ein Funktionsschema eines Steuergerätes gemäss Fig.2.
  • Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Gemäss der Fig.1 und 2 wird ein fadenförmiges Gut, wie beispielsweise Aluminium-, Kupfer-, Wolfram-, Gold- und Platin-Wickeldrähte, aber auch Kunststoff- und Glasfasern, vorzugsweise in Form von Endlosfasern, im weiteren als ein Wickeldraht 25 genannt, von einer nicht dargestellten Vorratsspule in Pfeilrichtung einer als Draht-Spannungsregler 10-1 ausgebildeten Vorrichtung zwischen einer von einem Gleichstrommotor 14 mittels einer Uebertragung 15 in Drahtrücklauf-Richtung angetriebenen Rückzugsrolle 16 und einer mittels einer Feder 19 andrückbaren Anpressrolle 17 geführt. Die von der Rückzugsrolle 16 mitgenommene Anpressrolle 17 ist gegenüber dieser ausschwenkbar bzw.zustellbar ausgebildet. Je nach Drahtart und Drahtstärke wird die Rückzugsrolle 16 und/oder die Anpressrolle 17 mit entsprechend geeigneten Belägen, beispielsweise aus Filz, Keramik, Metall, Gummi, Vulkolan und/oder aus einem antistatischen Material bestehen, versehen, wobei für dünne Wickeldrähte glatte aus antistatischen Material bestehende Beläger bevorzugt werden. Die Anpresskraft der Anpressrolle 17 kann durch Verstellung der Federlänge 19 je nach Drahtart und -stärke verändert werden. Entsprechend der Drahtgeschwindigkeit varieren die Umdrehungen der Rückzugsrolle 17. Der Wickeldraht wird nachfolgend über ein Bremsrad 22 in dessen Rille um 360° umschlungen, wobei das Bremsrad von einem in vier Quadranten geregelten, bürstenlosen Gleichstrommotor 20 mit Inkrementgeber 21 in Drahtlauf- bzw. in Drahtrücklauf-Richtung angetrieben wird. Das Bremsrad 22 ist ebenfalls mit einem flexiblen, vorzugsweise aus Gummi, Vulkolan oder dgl. bestehenden Belag versehen, so dass durch diese Massnahmen eine rutschfreie Drahtführung in Drahtlauf- und Drahtrücklauf-Richtung gewährleistet ist.
  • Die anliegende Spannung des Wickeldrahtes 25 wird nachfolgend durch eine weglose Kraftmesseinrichtung, vorzugsweise einen Dehnungsstreifen 30 laufend ermittelt, indem der Wickeldraht 25 über eine Messrolle 32 und dem Dehnungsstreifen 30 und unter einem konstanten Winkel um eine Drahtumlenkung 34, beispielsweise Oese oder Sauschwanz, zu einer nicht dargestellten Spule einer Wickelvorrichtung gezogen wird.
  • Zur besseren Einfädelung des Wickeldrahtes 25 zwischen die Rückzugsrolle 16 und die Anpressrolle 17 ist eine Drahtumlenkung 26 sowie im Bereich unterhalb des Bremsrades 22 eine weitere Drahtumlenkung 27 vorgesehen. Ein Ein-/Aus-Schalter 12 und eine Leuchtanzeige 13 "grün/rot(Störung)" sind ebenfalls auf der Stirnseite des Drahtzugregler-Gehäusesll angeordnet.
  • Der Gleichstrommotor 20 ist bürstenlos und in vier Quadranten geregelt, so dass auch bei sehr hohen Drahtgeschwindigkeiten von etwa 30m/s eine lange Lebensdauer gewährleistet ist. Von einem Gleichstrommotor 20 an eine Motorsteuerung 28 abgegebenen Rotorposition-Signal S1 wird in der Motorsteuerung 28 einmal ein verstärktes Rotorposition-Signal S2 an ein Steuergerät 40 geliefert und zum anderen ein von einer zum Gleichstrommotor 20 zugeführten Energiezufuhr E abgeleitetes Istwert-Drehmoment-Signal S3 beeinflusst ebenfalls das Steuergerät 40 mittels eines digitalen Stromregelkreises 20,S1,28,S3,40.
  • Ausserdem wird dem Steuergerät 40 entweder ein in einer Maschinensteuerung 50 programmiertes Sollwert-Drahtspannungs-Signal S6 oder, falls keine Sollwert-Programmierung S6 vorgesehen ist, ein in eine Drahtspannungs-Vorwahl 52 eingegebener Sollwert als Drahtspannungs-Signal S6' übermittelt.
  • Das Sollwert-Drahtspannungs-Signal S6 bzw.S6' wird mit einem in einem Verstärker 38 verstärkten Signal S5 mit der momentanen Drahtspannung 30,S4,38,S5,40 im Steuergerät 40 verglichen, gegebenenfalls korrigiert (Fig.3) als ein Stellgrössen-Signal S7 an die Motorsteuerung 28 und in dieser verstärkt als Energiezufuhr E an den Gleichstrommotor 20 abgegeben, um die Spannung des Drahtes 25 von seinem derzeitigen Istwert auf den Sollwert zu überführen. Die digitale Drahtzugregelung ist der Drehmomentregelung überlagert, wobei der Gleichstrommotor 20 mit der weglosen Kraftmesseinrichtung 30, vorzugsweise dem Dehnungsmessstreifen, einen geschlossenen Regelkreis 30,S4,38,S5,40,S7,28, E,20 bildet. Der Dehnungsmessstreifen 30 verhindert die beispielsweise bei mechanischen Drahtzugs-Kompensationselementen auftretende Schwingungsneigung des Wickeldrahtes.
  • Sobald die Drahtreibungskraft die Sollwert-Drahtspannung S6 bzw. S6' der Maschinensteuerung 50 bzw. der Drahtspannungs-Vorwahl 52 übersteigt, geht die Bremsfunktion des Gleichstrommotors 20 in eine Antriebsfunktion über, was insbesondere bei einem dünnen, mit hoher Drahtgeschwindigkeit ablaufenden Wickeldraht 25 eintreten kann.
  • Die Istwerte der Drahtgeschwindigkeit K1 und der Drahtbeschleunigung K2 werden im Steuergerät 40, wie in Fig.3 noch näher beschrieben wird, von dem verstärkten Rotorposition-Signal S2 aus dem, dem Gleichstrommotor 20 eigenen Kommutierungssystem abgeleitet, wobei zur Messung der Drehzahlen des Gleichstrommotors 20 und zur Messung der Drahtlänge an der Gleichstrommotor-Achse ein Inkrementgeber 21 angeordnet ist.
  • Bei Wickel-Nebenoperationen, wie beispielsweise bei Verschieben des Drahtführers oder bei Rückwärtsdrehung der Wickelspindeln u.ä., ist ein derartiger technologisch bedingter Drahtrückzug durch eine auftretende bzw. bestehende Drahtrückzugskraft in der Maschinensteurung 50 bzw. in der Drahtspannungs-Vorwahl 52 programmierbar. Durch den Drahtrückzug wird eine Drahtstraffung herbeigeführt, wobei die Drahtlänge des Drahtrückzuges in der Maschinensteuerung 50 ebenfalls programmierbar ist.
  • Eine Drahtbrucherkennung, welche aus der Rückzugsfunktion und der Drahtbeschleunigung abgeleitet wird, wird mittels der Leuchtanzeige 13 als Störung rot angezeigt.
  • In der Regel weist die Wickelmaschine für elektrische Spulen mehrere, beispielsweise bis zu 32 Wickelstellen auf, die mit entsprechenden individuell programmierbaren Drahtzugreglern 10-1...10-32 (Fig.2A) ausgerüstet sind. Durch eine Zwei-Drahtleitung ein sogenanntes Bussystem werden die Drahtzugregler 10-1...10-32 an die Maschinensteuerung 50 angeschlossen, wobei ausser der Sollwert-Programmierung, eine Istwert-Uebertragung, eine Toleranzbereich-Programmierung, beispielsweise bei einer Drahtdehnung mit Alarmauslösung, eine Drahtzugregler-Programmierung erfolgen kann. Zusätzlich werden in der Maschinensteuerung 50 Statistik- und Betriebsdaten erfasst und ggf. registriert, wie beispielsweise min/max Drahtzug pro Spule und Motor-, Dehnungsmesser-Betriebsdaten.
  • Eine digitale Parameter-Vorgabe und digitale Regelkreise ergeben eine einwandfreie Reproduzierbarkeit für die unterschiedlichsten Wickelverfahren.
  • Im Steuergerät 40 gemäss der Fig.3, wird das von der Motorsteuerung 28 abgegebene verstärkte Rotorposition-Signal S2 einem Zähler C1 zugeführt, dessen Zählerstand Korrektur-Signale K1, K2 für Drahtgeschwindigkeit und Drahtbeschleunigung ableiten. Das Sollwert-Drahtspannungs-Signal S6 bzw.S6' wird mit dem in einem Analog/Digital-Wandler AD2 digitalisierten, mit dem von Dehnungsmessstreifen 30 gelieferten verstärkten Istwert-Drahtspannungs-Signal S5 in einem Vergleicher V1 verglichen und das Unterschied-Signal S8 einem Drahtzug-Regler R1 zugeführt, dessen Ausgangs-Signal S9 durch die Korrektur-Signale K1,K2 korrigiert wird. Dieses korrigierte Signal S10 wird mit dem in einem weiteren Analog/Digital-Wandler AD1 digitalisierten Istwert-Drehmoment-Signal S3 in einem entsprechenden Vergleicher V2 verglichen und das daraus resultierende Signal S11 an einen Drehmoment-Regler R2 überführt, dessen Ausgangs-Signal S12 dieses über einen Pulsbreiten-Modular PWM (Pulse-Wide-Modular) in ein Stellgrössen-Signal S7 verarbeitet. Wie bereits beschrieben, wird das Stellgrössen-Signal S7 in der Motorsteuerung 28 verstärkt und als Energiezufuhr E dem Gleichstrommotor 20 zugeführt.

Claims (15)

  1. Vorrichtung zur Spannungsregulierung eines von einer Vorratsrolle zu einer Spule einer Wickelvorrichtung, insbesondere für elektrische Spulen, geführten fadenförmigen Gutes, vorzugsweise eines Wickeldrahtes (25), bestehend aus einer Rückzugsrolle (16) mit einer Anpressrolle (17) sowie einem Bremsrad (22), welches in Drahtlaufund Drahtrücklauf-Richtung mittels eines geregelten Gleichstrommotors (20) angetrieben ist und zwischen dem Bremsrad (22) und der Wickelvorrichtung eine weglose Kraftmesseinrichtung, vorzugsweise ein Dehnungsmessstreifen (30) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der geregelte Gleichstrommotor (20) ein Signal (S1) der Rotorposition an eine Motorsteuerung (28) abgibt, die es einerseits als ein verstärktes Signal (S2) an ein Steuergerät (40) überführt und andererseits ein abgeleitetes Istwert-Drehmoment-Signal (S3) ebenfalls an das Steuergerät (40) gelangt, welchem ausserdem ein Sollwert-Drahtspannungs-Signal (S6) der Maschinensteuerung (50) bzw. ein Sollwert-Drahtspannungs-Signal (S6') der Drahtspannungs-Vorwahl (52) zugeführt wird und der Sollwert (S6 bzw. S6') der Drahtspannung mit einem verstärkten Signal (S5) der momentanen Drahtspannung (30,S4,38,S5,40) verglichen wird und das Steuergerät (40) ein Stellgrössen-Signal (S7) an die Motorsteuerung (28) und über diese verstärkt als Energiezufuhr (E) an den Gleichstrommotor (20) abgibt, um die Spannung des Drahtes (25) von seinem gegenwärtigen Wert auf den Sollwert zu überführen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der geregelte Gleichstrommotor (20) bürstenlos ist und eine Vier-Quadranten-Regelung aufweist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Drehmomentregelung des Gleichstrommotors (20) ein digitaler Stromregelkreis (20,S1,28,S3, 40) vorgesehen ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Drahtzugregelung der Drehmomentregelung überlagert ist, wobei der Gleichstrommotor (20) mit der weglosen Kraftmesseinrichtung (30) ein geschlossener Regelkreis (30,S4,38,S5,40,S7,28, E,20) ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Istwerte der Drahtgeschwindigkeit (K1) und der Drahtbeschleunigung (K2) das Kommutierungssystem des bürstenlosen Gleichstrommotors (20) vorgesehen ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der Drehzahlen des Gleichstrommotors (20) und zur Messung der Drahtlänge an der Gleichstrommotor-Achse ein Inkrementgeber (21) angeordnet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer gegenüber der Sollwert-Drahtspannung (S6) der Maschinensteuerung (50) bzw. der Sollwert-Drahtspannung (S6') der Drahtspannungs-Vorwahl (52) höheren Drahtreibungskraft die Bremsfunktion des Gleichstrommotors (20) eine Antriebsfunktion ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein technologisch bedingter Drahtrückzug durch eine geregelte Draht-Rückzugskraft in der Maschinensteuerung (50) bzw. Drahtspannungs-Vorwahl (52) programmierbar ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Festlegung der Drahtlänge des Drahtrückzuges in der Maschinensteuerung (50) eine Programmierung vorgesehen ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Drahtrückzug mit vorbestimmter Mindest-Drahtbeschleunigung für einen Drahtbruch feststellbar und dazu eine Leuchtanzeige (13) vorgesehen ist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Umdrehungen der Rückzugsrolle (16) entsprechend der Drahtart und der Drahtstärke variabel ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Beläge für die Rückzugsrolle (16), die Anpressrolle (17) und/oder das Bremsrad (22) entsprechend der Drahtart und der Drahtstärke aus Filz, Kunststoff,Keramik, Metall, Gummi, Vulkolan und/oder elektrisch antistatischen Material bestehen.
  13. Verfahren zur Steuerung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Steuergerät (40) das verstärkte Rotorposition-Signal (S2) einem Zähler (C1) zugeführt wird, aus dessem Zählstand Korrektur-Signale (K1,K2) für Drahtgeschwindigkeit (K1) und Drahtbeschleunigung (K2) abgeleitet werden, dass das Sollwert-Drahtspannungs-Signal (S6 bzw.S6') mit dem digitalisierten (AD2),mit von dem von der Kraftmesseinrichtung (30) gelieferten verstärkten Istwert-Drahtspannungs-Signal (S5) verglichen wird (V1) und das Unterschied-Signal (S8) einem Drahtzugregler(R1) zugeführt wird, dessen Ausgangs-Signal (S9) durch die Korrektur-Signale (K1,K2) korrigiert wird, dass dieses korrigierte Signal (S10) mit dem digitalisierten (AD1) Istwert-Drehmoment-Signal (S3) vergleichen (V2) wird, und das resultierende Signal (S11) einem Drehmoment-Regler (R2) zugeführt wird, dessen Ausgangs-Signal (S12) über einen Pulsbreiten-Modulator (PWM) zu dem Stellgrössen-Signal (S7) verarbeitet wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Motorsteuerung (28) das Istwert-Drehmoment-Signal (S3) von der zum Gleichstrommotor (20) zugeführten Energie (E) abgeleitet wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtlänge für die gewickelte Spule von einem Inkrementgeber (21) des Gleichstrommotors (20) und über das verstärkte dem Steuergerät (40) zugeführte Rotorposition-Signal (S2) und dem Zähler (C1) gemessen wird.
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