DE1241895B - Einrichtung zum Gewinnen von Fuehrungsgroessen fuer die Zugregelung eines Wickelantriebes - Google Patents

Description

• Einrichtung zum Gewinnen von Führungsgrößen für die Zugregelung eines Wickelantriebes In der Papier-, Textil- und Kunststoffindustrie wie auch in der Metallindustrie müssen vor, während und nach den verschiedenen Arbeitsprozessen die endlos erzeugten Bänder, Fäden, Kabel oder Bahnen auf-, ab- oder umgewickelt werden. Hierbei muß darauf geachtet werden, daß während des Auf- oder Abwickelvorganges der Zug in der Warenbahn konstant bleibt oder in bezug auf den Wickelradius nach einer vorgegebenen Funktion verläuft, Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Gewinnen von Führungsgrößen für die Zugregelung eines Wickelantriebes durch Bestimmen des Verhältnisses zwischen Bahngeschwindigkeit und Wickeldrehzahl.
• Zur Zugregelung elektrischer Wickel antriebe sind verschiedene Vorschläge bekanntgeworden. Beispielsweise kann man den Zug unmittelbar mit Hilfe von Zugmeßeinrichtungen erfassen und als Regelgröße in den Regelkreis einführen. Diese bekannten Meßeinrichtungen beruhen meist darauf, daß die Warenbahn direkt abgetastet wird. In vielen Fällen ist aber eine Berührung der Warenbahn unerwünscht, so daß der Zug indirekt über Ersatzregelgrößen geregelt werden muß. Zur Gewinnung von Führungsgrößen für die Zugregelung ist der Durchmesser der Wickelrolle besonders geeignet, da bei konstantem Zug das Wickelmoment linear mit dem Durchmesser ansteigt, während die Drehzahl der Wickelrolle mit dem reziproken Wert des Durchmessers abnimmt. Ist also der Durchmesser bekannt, so kann durch eine geeignete Steuerung von Ersatzgrößen, z. B. der charakteristischen Größe eines Gleichstrommotors eine indirekte Regelung vorgenommen werden, wie sie in vielen Varianten bekannt ist. Der Rollendurchmesser kann zwar leicht unmittelbar, z. B. mit Hilfe eines Meßfühlers od. dgl., erfaßt werden, aber dies ist oftmals aus technologischen Gründen unerwünscht. Es sind auch Verfahren zur indirekten Messung des Rollendurchmessers bekanntgeworden, beispielsweise in der Weise, daß der Durchmesser aus dem Verhältnis der Wickeldrehzahl zur Drehzahl des Antriebes, der die Bahn zu- oder abführt, bestimmt wird. Bei gespannter Bahn ist Qo 191 N Do p°, Ql wenn D1 der Wickeldurchmesser, Do der Durchmesser der Warenzufuhrwalze, Q0 die Drehzahl der Zufuhrwalze und Q1 Wickeldrehzahl sind. Eine nach diesem Prinzip arbeitende bekannte Anordnung besteht darin, daß mit der Wickelachse und mit der zu- führenden Walze je eine Tachomaschine gekuppelt ist, wobei einer der beiden Tachomaschinen ein Spannungsteiler vorgeschaltet ist. Dieser wird durch einen selbstregelnden Servomotor so lange verstellt, bis die an dem Spannungsteiler abgegriffene Spannung gleich der Spannung an der anderen Tachomaschine ist. Die Stellung des Abgriffes des Spannungsteilers ist dann ein Maß für den Wickeldurchmesser. Bei einem anderen ähnlichen Verfahren werden die beiden Drehzahlen über ein Differential verglichen, welches ein dazwischengeschaltetes stetig verstellbares Getriebe einstellt. Die Getriebeeinstellung ist sodann wieder ein Maß für den Wickeldurchmesser. Ein Nachteil dieser bekannten Meßeinrichtungen sind die sehr langen Stellzeiten bei niedrigem Drehzahlniveau, insbesondere der mechanischen Einrichtungen. Die elektrischen Einrichtungen geben bei niedrigen Drehzahlen wiederum sehr kleine Spannungen ab und arbeiten daher in diesem Bereich sehr ungenau.
• Bei einer anderen bekannten Einrichtung ist ein Kondensator vorgesehen, welcher mit einem der Bandgeschwindigkeit proportionalen Strom aufgeladen und periodisch entladen wird, und zwar mit einer Frequenz, die im festen Verhältnis zur Aufwickeldrehzahl steht. Die maximale Spannung am Kondensator ist dann ein Maß für den Wickeldurchmesser.
• Auch eine derartige Schaltung arbeitet bei niedrigen Bandgeschwindigkeiten verhältnismäßig ungenau.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Wickeldurchmesser aus Bahngeschwindigkeit und Wickeldrehzahl sehr genau zu bestimmen - unter anderem auch bei sehr niedrigen Bandgeschwindigkeiten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit einer Leitwalze des Bandes und der Wickelachse je ein Impulsgeber mechanisch gekuppelt ist und daß jeder Impulsgeber mit einem gleichzeitig freigegebenen Zähler verbunden ist und daß der dem Wickelantrieb zugeordnete Zähler derart voreingestellt ist, daß er bei Erreichen seines Endwertes den der Leitwalze zugeordneten Zähler sperrt, dessen Stand ein direktes Maß für den Wickeldurchmesser ist. Hierbei handelt es sich nicht einfach um den an sich bekannten bloßen Ersatz einer analogen durch eine genauere digitale Meßeinrichtung, sondern es wird ein neuartiger Effekt erzielt, nämlich eine von der Wickelgeschwindigkeit nahezu unabhängige Messung des Wickeldurchmessers in einem sehr großen Bereich.
• Vorteilhafterweise wird an den der Leitwalze zugeordneten Zähler ein Gedächtnis angeschlossen, in das der jeweilige Wickeldurchmesser übertragen wird und dort bis zur nächsten Messung gespeichert bleibt.
• Zur Regelung des Wickelantriebes selbst wird man dann vorteilhafterweise den im Gedächtnis gespeicherten Wert mittels eines Digital-Analog-Umformers in einen analogen Wert verwandeln.
• An Hand eines Ausführungsbeispieles sei die Erfindung näher erläutert: Mit 1 ist die Wickelrolle einer nicht näher dargestellten Wickeleinrichtung bezeichnet, auf der die endlose Warenbahn 2 aufgewickelt werden soll. Die Warenbahn 2 wird beispielsweise über ein Walzenpaar 3 dem Wickler zugeführt. Bei dem gewählten Ausführungsbeispiel wird das Rollenpaar 3 durch einen Motor 4 angetrieben. Der Antrieb der Wickelachse 1 erfolgt beispielsweise mit einem regelbaren Gleichstrom-Nebenschlußmotor 5. Soll die Warenbahn mit konstantem Zug aufgewickelt werden, so werden bei einem Gleichstrom-Nebenschlußmotor die Wickelgesetze stets dann erfüllt, wenn das Motorfeld konstant gehalten wird und der Ankerstrom mit zunehmendem Durchmesser des Wickels proportional zunimmt, sofern man von Störgrößen, wie Reibung, Ankerrückwirkung usw., absieht. Der Gleichstrom-Nebenschlußmotor 5 wird also voraussetzungsgemäß konstant erregt, und es muß daher der Ankerstrom entsprechend gesteuert werden. Der mit 6 bezeichnete analoge Stromregelkreis des Gleichstrom-Nebenschlußmotors enthält zu diesem Zweck beispielsweise einen Transduktor 7 und einen Transistorregler 8.
• (Beim Abwickeln muß der Transduktor zum Bremsen durch einen Generator ersetzt werden.) Mit Hilfe eines Stromwandlers 9 wird beispielsweise der Istwert (Iist) des Ankerstromes gebildet, während der Sollwert (ISOI) durch die erfindungsgemäße Meßeinrichtung gewonnen werden soll. Zu diesem Zweck ist mit dem Wickelmotor 5 ein Impulsgeber 10 und mit dem Antriebsmotor 4 ein Impulsgeber 11 gekuppelt.
• Die Impulsgeber 10 und 11 arbeiten auf Zählwerke 12 und 13, welche gleichzeitig freigegeben und gleichzeitig angehalten werden. Das Anhalten der Zählwerke erfolgt stets dann, wenn im Zähler 12 eine vorgegebene einstellbare Zahl zlO erreicht ist. Nach dieser Meßzeit erscheint im Zähler 13 eine Zahl z0.
• Wenn Do der Durchmesser der angetriebenen Zuführungsrolle 3 und Do der Durchmesser der Wickelrolle 1 ist. verhält sich z, = D1 Zio Do d. h. die -Zahl zO ist dem Wickeldurchmesser'D, proportional.
• Mit 14, 15 und 16 ist die Steuereinrichtung für die intermittierende Messung angedeutet. Die in der zuvor geschriebenen Weise gewonnene Zahl zO wird bis zur nächsten Messung in einem Gedächtnis 17 gespeichert und durch einen Digital-Analog-Umformer 18 in eine dem Wickeldurchmesser proportionale Spannung UD (oder Strom) umgesetzt. Diese bildet den Sollwert (oI!) für den analogen Stromregelkreis 6. Zur Einstellung des Wickelzuges kann eine proportionale Zwischenstufe 19, z. B. in Form eines gegengekoppelten Verstärkers benutzt werden. Die Einstellung kann sodann an dem parallelgeschalteten Widerstand 20 vorgenommen werden.
• Soll der Zug beispielsweise mit zunehmendem Durchmesser abnehmen, so kann eine geeignete Kennlinienkrümmung durch Einfügen eines Verstärkers 21 mit nichtlinearer Rückführung in die Sollwertzuführung erzielt werden.
• Aus der dem Wickelradius proportionalen Spannung (oder Strom) kann durch nachgeschaltete weitere nichtlineare Glieder eine Spannung (oder Strom) gewonnen werden, die während des Beschleunigens oder Bremsens als Zusatzsollwert aufgeschaltet wird, der verhindert, daß während dieses Vorganges der Warenzug sich ändert. Dieses Zusatzmoment ist der Beschleunigung und den Schwungmassen proportional, die ihrerseits vom Radius der Wickelrolle abhängen.
• Die erfindungsgemäße Einrichtung hat gegenüber den genannten Verfahren mit Tachomaschinen den Vorteil, daß die Rechengenauigkeit für den Radius unabhängig von der Drehzahl ist. Voraussetzung ist allerdings, daß die nötige Meßzeit zur Verfügung steht. Sie kann durch geeignete Wahl der Frequenzen der Impulsgeber für die vorhandenen Verhältnisse genügend klein gegen die Änderungszeiten des Radius beim Wickeln gemacht werden.
• Die Genauigkeit der Meßanordnung ergibt sich aus der gewählten Zahl zgO und der Frequenz bzw.
• Polzahl der Impulsgeber. Werden die Zahlen z, und ztO vertauscht, so kann nach vorstehender Gleichung auch eine dem reziproken Durchmesser - l D1 proportionale Größe gewonnen werden, die als Führungsgröße verwendet werden kann.
• Die so ermittelten dem Durchmesser oder dem reziproken Wickeldurchmesser proportionalen Spannungen bzw. Ströme können auch zur Steuerung oder Regelung anderer zum Wickeln geeigneter Größen benutzt werden.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Einrichtung zum Gewinnen von Führungsgrößen für die Zugregelung eines Wickelantriebes durch Bestimmen des Verhältnisses zwischen Bahngeschwindigkeit und Wickeldrehzahl, d a -durch gekennzeichnet, daß mit einer Leitwalze (3) des Bandes (2) und der Wickelachse (1) je ein Impulsgeber (11, 10) mechanisch gekuppelt ist und daß jeder Impulsgeber mit einem gleichzeitig freigegebenen Zähler (12, 13) verbunden ist und daß der dem Wickelantrieb (5) zugeordnete Zähler (12) derart voreingestellt ist, daß er bei Erreichen seines Endwertes den der Leitwalze zugeordneten Zähler (13) sperrt, dessen Stand ein direktes Maß für den Wickeldurchmesser ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem der Leitwalze (3) zugeordneten Zähler (13) ein Gedächtnis (17) angeschlossen ist, in das der dem jeweiligen Wickeldurchmesser entsprechende Zählerstand übertragbar ist.
3. 3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gedächtnis (17) über einen Digital-Analog-Umformer (18) und Verstärker (19, 21) mit dem Regler (8) des Wickel antrieb es (5) verbunden ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1025974, 1068035, 1 119 386; »AEG-Mitteilungen«, 1960, H. 8/9, S. 416 bis 426, und H. 3/4, S. 136 bis 139; »Rohde & Schwarz-Mitteilungen«, 1957, H. 9,8.102.