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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.
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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.
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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.
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Auch eine derartige Schaltung arbeitet bei niedrigen Bandgeschwindigkeiten
verhältnismäßig ungenau.
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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.
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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.
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Zur Regelung des Wickelantriebes selbst wird man dann vorteilhafterweise
den im Gedächtnis gespeicherten Wert mittels eines Digital-Analog-Umformers in einen
analogen Wert verwandeln.
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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.
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(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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Genauigkeit der Meßanordnung ergibt sich aus der gewählten Zahl
zgO und der Frequenz bzw.
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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.
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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.