DE1919687A1

DE1919687A1 - Regelung zum Aufwickeln von strangfoermigem Gut hinter Strangpressen oder dergleichen strangfoermiges Gut behandelnder Anlagen

Info

Publication number: DE1919687A1
Application number: DE19691919687
Authority: DE
Inventors: Detlef Fuellers; Friedrich Schuebel
Original assignee: Schloemann AG
Current assignee: Schloemann AG
Priority date: 1969-04-18
Filing date: 1969-04-18
Publication date: 1970-11-05
Also published as: JPS4842344B1; GB1285228A; US3666196A; FR2045424A5

Description

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Regelung zum Aufwickeln von strangförmigem Gut hinter Strangpressen od. dgl. strangförmiges Gut behandelnder Anlagen

Die Erfindung betrifft das Aufwickeln von kontinuierlich aus einer Behandlungsanlage austretendem Gut auf Haspel hinter Strangpressen oder Strangbehandlungsanlagen. Das strangförmige Gut wird dabei zu Ringen aufgewickelt.

Besondere Aufmerksamkeit musste dabei der Angleichung der Umfangsgeschwindigkeit der Wickeltrommel an den jeweiligen Wickeldurchmesser unter Bezugnahme auf die Austrittsgeschwindigkeit des strangförmigen Gutes aus der Presse oder der Strangbehandlungsanlage zukommen.

Es war dabei bereits eine Sollwert-Istwertregelung des Haspelantriebes vorgesehen, die jedoch nur näherungsweise die Regelung der Umfangsgeschwindigkeit auf den jeweiligen Wickeldurchmesser ermöglichte und dabei Zerrungen im Wickelgut nicht vermeiden konnte.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Regelung des Hapelantriebes derart vorzunehmen, dass die Umfangsgeschwindigkeit des Haspels abhängig von dem jeweiligen Wickeldurohmesser diesem jederzeit angepasst wird, um ein lagengerechtes Aufwickeln des Wiokelgutes zerrungsfrei zu ermöglichen.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird vorgeschlagen, als Istwertgeber einen Tachogenerator und im Sollwertgeberkreis eine Kurvenscheibe auf der Antriebswelle, der Wiekeltrommel anzuordnen und ein Im Steuerkreis der Wiokeltrommeldrehzahl angeordnete* Potentiometer jedem Drehwinkel der Kurvenscheibe proportional verstellbar auszubilden.

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Als weitere Merkmale der Erfindung ist zwischen der Antriebswelle der Wi ekel trommel und der Kurvenscheibe ein stufenlos!verstellbares Getriebe eingeschaltet, um das Verhältnis der Djteh- , geschwindigkeit der Trommel zur Drehgeschwindigkeit der Kurvenscheibe dem jeweiligen Wickelgutquerschnitt anpassen zu können. Der Schleifer des Potentiometers liegt feder- oder gewichtsbelastet am Umfang der Kurvenscheibe an. Die Kurvenscheibe bildet auf jeder Hälfte ihres Umfanges das Verhältnis der für jeden Wickelradius notwendigen Umfangsgeschwindigkeit der Haspeltrommel zur Pressgutgeschwindigkeit für jeweils eine Wickellage ab. Zur Veränderung der Wickelbreite ist die an dem Potentiometer anliegende Spannung veränderbar gemacht.

Das Potentiometer R_p ist als Längspotentiometer ausgebildet. Zur Begrenzung des Ringinnendurchmessers ist ein Festwiderstand Rp mit dem Potentiometer in Reihe angeordnet. Parallel zum Längspotentiometer ist ein- und ausgangsseitig je ein weiteres Regelpotentiometer zur Veränderung der Wickelbreite angeordnet.

Der Vorteil, der sich durch eine derartige Regelung ergibt, ist, dass es damit möglich wird, die Umfangsgeschwindigkeit der Wickeltrommel jeweils so anzupassen, dass abhängig von dem augenblicklichen Wickeldurchmesser in jeder Wickellage des Ringes die Umfangsgeschwindigkeit der Wickeltrommel den jeweiligen Erfordernissen angepasst wird.

Ausgehend von der Tatsache, dass das verdrängte Blockvolumen V-^ das Produkt aus der Presstempelfläche F, und dem Presstempelweg s-, und das Pressgutvolumen V₂ das Produkt aus dem Pressgutquerschnitt F₂ und der durch die Blockverdrängung entstehenden Pressgutlänge Sg ist (vergl. dazu die Fig. 1 und 2), ergibt sich:

^Vl * ^Fl ^{x 3}I V₂ - F₂ χ S₂

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Daraus folgt Tür die Pressgutgeschwindigkeit v-, und die Pressstempelgesehwindigkeit Vp :

χ V₁ = F₂ χ

Aus der Beziehung F =

folgtϊ

χ V₁ = D₂ ² χ

D-, _ Presstempeldurcnmesser

Dp _ Pressgutdurehmesser

^ ~ {für Draht)

Q = Umformverhältnis

(1) V₂ = Q χ V₁

Aus der Beziehung der Geschwindigkeit des in den Haspel einlaufenden Pressgutes, dem Wickelradius und der Drehzahl des Haspels ergibt sich:

= Urx r

(2)

1 xn

χ r

= Winkelgeschwindigkeit des Haspels

η = Drehzahl des Haspels

r = Wickelradius

Aus Gleichung (l) und Gleichung (2) folgt:

Il xnxr = Q χ V

Da während eines Pressvorganges sich das Umformungsverhältnis wegen der gleichbleibenden Matrizenöffnung nicht ändert und γ einen reinen Zahlenwert darstellt, ist: W

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η χ r = K χ ν_χ K = Konstante

Daraus ist zu folgern, dass bei einer bestimmten Presstempelgeschwindigkeit und konstantem Wickelradius mit konstanter
Haspeldrehzahl gewickelt wird.

Beim lagenweisen Aufwickeln des Pressgutes weist die Lage
eines ordnungsgemäss aufgewickelten Drahtes die Form einer
archimedischen Spirale auf, die in Polarkoordinaten durch die Beziehung:

(4a) r-axf

bestimmt ist, worin a der Proportionalitätsfaktor der Spirale und T der Drehwinkel des Haspels ist. Der Proportionalitätsfaktor a gibt an, um welches Mass sich der Spiralenradius pro Umdrehung des Radius ändert»

Bei einer Umdrehung ändert sich der Wickelradius um die Draht' stärke d, sofern Drahtwindung neben Drahtwindung liegt.

^r - 2ΤΓ ^x J ~" ²F

Aus Gleichung (4b) lassen sich für eine vollgewickelte Lage, die durch den inneren Wickelradius r^ und den äusseren Wickelradius r_o begrenzt ist, die zugehörigen Drehwinkels und ^f₀ er-*

O Ό J. <J CL.

Die Differenz der beiden Drehwinkel gibt den Drehwinkel yJ an, der für die vollständige Füllung einer Drahtlage erforderlich

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φ. si , fr. - _Γι, £=

Aus Gleichung (5) ergibt sich die Anzahl der Trommelumdrehungen, die für eine Drahtlage erforderlich ist:

r - r.
(6a) m = -s

ra = Anzahl der Trommelum-

drehung für eine Drahtlage

Die Gleichung (6a) zeigt, dass bei festliegendem inneren und äusseren Wickelradius die Anzahl der Trommeldrehungen, die zur Füllung einer Lage erforderlich ist, lediglich vom Durchmesser d des aufzuwickelnden Drahtes abhängt. Da der innere und der äussere Wickelradius von der Konstruktion her gegeben sind, sich also nicht verändern, kann r„ - r. = c gesetzt werden. Damit ist

(6b) m- § .

Will man eine PUhrungsgrösse verwenden, welche die Veränderung des Wickelradius während einer Wickelperiode abbildet, so ist zu berücksichtigen, dass eine Wickelperiode sich über jeweils zwei Drahtlagen erstreckt. Die erste Wickellage verändert den Wickelradius von innen nach aassen und die folgende Wickellage verändert den Wickelradius von aussen nach innen. Zur Abbildung dieses Wiokelvorganges wird die Verwendung einer Kurvenscheibe vorgeschlagen, die während einer Wickelperlode eine volle Umdrehung ausführt. Auf jeder Kurveneoheibenhälfte wird dann die Pührungsgrösee bei eich vergrößerndem bzw. sloh verringerndem Windungsdurohmesser für die Haspeldrehzahl abgebildet.

Vm die Wiokelperiode der erforderlichen Haspeldrehzahl bei verschiedenem Drahtdurohmeseer anpassen zu können, wird ein stufen-

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los regelbares Getriebe zwischen Wiekeltrommel und Kurvenscheibe eingeschaltet.

Die Konstruktion der Kurvenscheibe ist anhand der archimedischen Spirale in bekannter Weise möglich.

Diese Kurvenscheibe wird als Führungsglied zum Verstellen eines Längspotentiometers verwendet. Dieses Potentiometer, das über die Kurvenscheibe in jedem Augenblick den jeweiligen Wickelradius abbildet, wird als Sollwertbeeinflussung in den elektrischen Regelkreis eingefügt, so dass sich nach Gleichung (3) zu der jeweiligen Drahteinlaufgeschwindigkeit und dem jeweiligen Wickelradius die zugehörige Trommeldrehzahl einstellt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt die Zeichnung dar. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 stellen das Prinzip der Erfindung dar,

FIg. 3 die maschinenbaüliche Zusammenschaltung der Regelorgane,

Fig. 4 eine Prinzipschaltung der Regelung,

Fig. 5 eine Prinzipschaltung des Potentiometerkreises bei Begrenzung des Ringinnendurchmessers und

Fig. 6 eine Prinzipschaltung des Potentiometerkreises bei Begrenzung der Wickelbreite der Ringe.

In den Fig. 1 und 2 ist mit A eine Strangpresse bezeichnet, aus welcher mittels eines Presstempels C das Pressgut E als Strang B austritt und in Windungen W lagenweise auf eine Wickeltrommel 9 aufgewickelt wird. Das Pressgut E mit dem Durchmesser D-, wird mit der Geschwindigkeit v-, des Presstempels C zum Strang B mit dem Durohmesser Dp und der Austrittsgeschwindigkeit Vg ausgepresst.

Anstelle einer Strangpresse A kann auch eine Kabelumraantelungspresse oder eine andere Strangerzeugungs- oder Behandlungsanlage vorgesehen sein, aus welcher der Strang B kontinuierlich

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ausläuft.

In der Fig. 3 ist mit 1 ein Antriebsmotor bezeichnet, der über eine Welle 2 und eine Kupplung 3 mit einer in einem Block 4 angeordneten ö!hydraulischen Pumpe 4a verbunden ist» Die Pumpe 4a betätigt einen ölhydraulischen Motor 4b, dessen Welle 6 über eine Kupplung 7 mit einem Schneckengetriebe 8 gekuppelt ist. Das Schneckengetriebe 8 bildet den Antrieb der eigentlichen Wickeltrommel 9 zum Aufhaspeln der aus einer nicht weiter dargestellten Presse oder einer anderen, einen kontinuierlich austretenden Strang B erzeugenden oder behandelnden Einrichtung austretenden Gutlänge. Auf der Verlängerung der Schneckenwelle 8a ist ein Tachodynamo Io angeordnet, der über eine Welle 11 mit einem stufenlos verstellbaren Getriebe 12 und einer darauf drehfest aufsitzenden Kurvenscheibe 13 verbunden ist. An dem Umfang der Kurvenscheibe IJ liegt ein in einer Hülse 14a geführter Fühler 14 mit einem Schleifer 15a an einem Potentiometer 15 an, der unter Bederdruck oder unter Belastung mittels Gewicht 17 auf der Kurvenscheibe 13 aufliegt. Das Potentiometer 15 1st als Längspotentiometer ausgebildet.

Wie in Fig. 4 dargestellt, betätigt der Antriebsmotor 1 eine regelbare ölpumpe 4a, die ihrerseits einen Ölmotor 4b antreibt, der über die Welle 8a und ein Schneckengetriebe 8 der Haspeltrommel 9 eine Drehbewegung erteilt. Auf der Verlängerung der Welle 8a sitzt ein Tachogenerator Io auf, der entsprechend der Umfangsgeschwindigkeit der Haspeltrommel 9 eine Spannung erzeugt, welche den Drehzahl-Istwert n_{± t} abbildet und über eine Zuleitung 21 einem Hegler l8 zugeführt wird. In Verlängerung der Welle 8a wird über die Welle 11 und das stufenlos rerstellbare Getriebe 12 die Kurvenscheibe 13 angetrieben. Auf den beiden Hälften des Umfanges der Kurvenscheibe 13 ist die Beziehung zwischen der Haspeldrehzahl η und dem Wickelradius r je Wickellage der Haspeltrommel 9 nach einer arithmetischen Spirale abgebildet. Längs des Umfanges der Wickeltrommel 9 wird der Schlel-

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fer 15a des Längspotentiometers I5 in Spannungsteilerschaltung bewegt und verändert dabei im Rhythmus der Bewegung der Kurvenscheibe Ij3 die den Drehzahlsollwert η ^₁ abbildende Spannung.

Der Schleifer 15a ist mit einem am Umfang der Kurvenscheibe aufliegenden Fühler 14 verbunden, der mit einem Gewicht 17 belastet an der Kurvenscheibe I3 anliegt. Der Fühler 14 wird in einer Hülse 14a geführt. Zwischen den Leitungen 25, 25a liegt das Potential u_g , das der Presstempelgeschwindigkeit V₁ entspricht und über einen Tachogenerator oder einen anderen Geber, beispielsweise einen Strichgitterimpulsgeber, von der Presse A an einen elektrischen Wandler 26 zum Abbilden des Umformverhältnisses zwischen Pressgut E und Stran B gegeben wird. Das aus dem Wandler 26 auslaufende Signal bzw. die gebildete Spannung für die Pressgutgeschwindigkeit V₂ wird über eine Leitung 27 dem Längspotentiometer (R_p) 15 zugeführt und im Rhythmus der durch die Kurvenscheibe 13 dem Schleifer 15a erteilten Verschiebebewegung an dem Längsptentiometer 15 verändert und dem Regler l8 über eine Zuleitung 22 ebenfalls zugeführt.

Der Regler l8 bildet die Differenzspannung aus η ,, und n. . und gibt diese einem hydraulischen Stellglied 19 über eine Zuleitung 23 vor. Das hydraulische Stellglied 19 regelt Über eine Zuleitung 24 die ölpumpe 4a und beeinflusst so die Drehzahl des Ölmotors 4b und damit der Wickeltrommel p.

Es wird somit die Geschwindigkeit V₁ des Presstempels elektrisch gemessen, wobei eine geschwindigkeitsproportinale Spannung u, erzeugt wird. In Analogie zur Gleichung (l) wird die Spannung U₁ in dem Wandler 26 mit dem Umformungsverhältnis Q, vervielfacht, wodurch sich die Spannung u_g ergibt. Diese bildet ihrerseits ein proportionales Mass der Pressgutgesohwindigkeit v«

- c ab.

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Aus UgV η χ r η = Haspeldrehzahl

r = Wickelradius

ergibt sich, dass bei einer bestimmten Pressgutgeschwindigkeit, welche durch die Spannung U₂ abgebildet wird, und bei lagenweiser Wickelung des Pressgutes, d.h. bei sich stetig änderndem Wiokelradius, die Haspeldrehzahl η sich umgekehrt proportional zum Wickelradius r einstellt.

Somit wird ein Steuerglied erforderlieh, das die Spannung U₂ in Abhängigkeit vom jeweiligen Wickelradius r in eine Spannung u umsetzt, die dann ihrerseits die Pührungsgrösse eines Drehzahlregelkreises für die Haspeltrommel 9 ist.

Eine derartige Umsetzung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein elektrischer Spannungsteiler vorgesehen wird, der auf der einen Seite an der Spannung u„ anliegt und dessen andere Seite mit dem Bezugspotential der Spannung U₂ verbunden wird. Die Lage des Abgriffes am Spannungsteiler wird durch den Wikkelradius r bestimmt. Die Spannung zwischen diesem Abgriff und dem Bezugspotential ist ein Mass für die Drehzahl η der Haspeitrommel 9, die bei gegebener Pressgutgeschwindigkeit V₂ ein Aufwickeln auf dem gewünschten Wickelradius gewährleistet.

Da die Konstruktion der Haspeltrommel 9 den Wickelradius r^> ra aueschliesst, kann vorstehend beschriebener Spannungsteiler so auegebildet werden, dass die am Bezugspotential liegende Seite als Feetwiderstand R_p ausgeführt wird, und die eigentliche Spannungsteilerfunktion von einem mit diesem Festwiderstand R«

in Reihe liegenden Potentiometer R_p übernommen wird.

Wird der Sohleifer 15a dieses Potentiometers 15 von der früher beschriebenen Kurvenscheibe 12 betätigt, so verändert sioh die Spannung u an Sohleifer 15a in Abhängigkeit von dem jeweiligen Wiokslradius, so dass sich die radiuaabhängige Drehzahl der

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- Io -

Haspeltrommel 9 einstellt.

Wie die Fig. 5 und 6 zeigen, kann das Potentiometer parallel zur Spannungsteilerschaltungen mit den Regelwiderständen Rl oder R-^ und Rg gelegt werden, wodurch die an dem Potentiometer' ~. 15 anliegende Spannung und damit der Wickelbereich je !Lage auf der Haspeltrommel 9 nach einer oder nach beiden Seiten veränderbar ist. Dadurch ist es möglich, die Werte für r. und r so zu

χ a .

verändern, dass verschiedene Wickelbreiten je Lage erzielt werden.

Die Anwendung der Erfindung ist nicht nur auf das Aufwickeln von Pressgut auf eine Haspeltrommel beschränkt. Diese kann vielmehr überall da angewendet werden, wo Wickelgut behandelt wird und anschliessend in Lagen aufgewickelt wird, wie beispielswäL-se bei der Kabelherstellung, Kabelummantelung, Drahtummantelung usw.

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Claims

- 2231 - Pa t entansprüehe

1. Regelung zum Aufwickeln von strangförmigem Gut hinter Strangpressen od. dgl. strangförmiges Gut behandelnder Anlagen mittels einer von einem Motor angetriebenen, umlaufenden Wiekeltrommel, deren Umfangsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem jeweiligen Lagendurchmesser durch Vergleich des Drehzahl-Istwertes n* _t und den Drehzahlsollwert η_soln über ein Stellglied nachgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Istwertgeber ein Tachogenerator (Io) und im Sollwertgeberkreis eine Kurvenscheibe (13) auf der Antriebswelle der Wickeltrommel angeordnet sind, und ein im Steuerkreis der Wickeltrommeldrehzahl angeordnetes Potentiometer (I5) jedem Drehwinkel der Kurvenscheibe (I3) proportional verstellbar ist.

2. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Istwertgeber (lo) und Kurvenscheibe (I3) ein stufenlos verstellbares Getriebe (12) eingeschaltet ist.

3· Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifer (15a) des Potentiometers (15) feder- oder gewichtsbelastet am Umfang der Kurvenscheibe (I3) anliegt.

4. Regelung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Hälfte des Kurvenscheibenumfanges das Verhältnis der für jeden Wickelradius erforderlichen Umfangsgeschwindigkeit der Haspeltrommel zur Pressgutgeschwindigkeit für jeweils eine Wickellage abbildet.

5. Regelung nach Anspruch 1 zur Veränderung der Ringbreite, dadurch gekennzeichnet, dass die an dem Potentiometer (15) anliegende Spannung veränderbar ist,

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6. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das. Potentiometer (15) als Längspotentioraeter ausgebildet ist.

7. Regelung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Begrenzung des Ringinnendurehmessers ein Festwiderstand (R_p) mit dem Potentiometer (15) in Reihe angeordnet ist.

8. Regelung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Längspotentiometer (15) ein- und ausgangsseitig je ein Regelpotentiometer (R₁) (R₂\ angeordnet ist.

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