DE1940918A1 - Elektromotorischer Antrieb von Aufwickelwellen - Google Patents

Description

At¹.-.^,"* Jl. AU₉.1969

795 Eijsicjch-Riß j AAmiij*

Marktpictz S3, Poitfach 127 ' i94081O

Telefon 0 73 51 -64 55

HA C H ENMANN + CO., BASEL

Elektromotorischer Antrieb von Aufwickelwellen

Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein elektromotorischer· ' Antrieb von Aufwickelwellen für bandförmiges Material mittels eines stromabhängig geregelten Gleichstrom-Reihenschlussmotors, wobei sich die Bürde des Stromwandlers, zwecks. Aufrechterhaltung der Bandspannung, mit dem wachsenden Bunddurchmesser vermindert.

Es ist bekannt, Gleichstrom-Reihenschlussmotoren zum Antrieb von Aufwickelwellen zu verwenden und ihr Drehmoment in Abhängigkeit vom aufgenommenen Strom so zu. beeinflussen, dass die Spannung im aufzuwickelnden Materialbande konstant bleibt oder, wenn erforderlich, mit zunehmendem Bunddurchmesser sinkt. Obschon man bei diesen bekannten Antrieben landläufig von einer stromabhängigen Regelung spricht, handelt es sich nicht um eine solche, sondern korrekterweise um-eine stromabhängige Steuerung, weil ein ständiger SoIl-Istwert-Vergleich, als Kennzeichen eines Regelvorganges, fehlt.

Deswegen lässt sich die Bandspannung bei solchen Antrieben niemals für alle Bandgeschwindigkeiten, einschliesslieh Stillstand, sowie für alle Bunddurchmesser auf den gewünschten Werten exakt einhalten.

Die Aufgabenstellung der Erfindung war daher die Schaffung einer wirklichen Regelung, die es ermöglichen soll, die Nachteile der bekannten Lösungen zu vermeiden und damit

109811/0753

1940915

eine einwandfreie AufWickelung empfindlicher Materialien zu ermöglichen. . ■

In den Zeichnungen sind in schematischer Darstellung drei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens gezeigt.

Der Gleichstrom-Motor (l) mit seiner Reihenschluss -Fe ld *-' -' wicklung (2) wird über einen Gleichstromwandler (3) aus ~ einem regelbaren Thyristor-Speisegerät (4) mit Strom versorgt. Der sekundärseitige ifi/echselstrom-Anschluss des Wand--™ lers ist Übersichtshalber nicht gezeichnet. Anstelle des Thyristor-Gerätes ist auch eine andere regelbare Gleichspannungs-Quelle, wie ein Magnetverstärker oder ein Ward-Leonard -Umformer, denkbar. Im letzteren Fall oder beim mehrpulsigen Anschnittbetrieb kann auch ein Wechselstrom-Wandler verwendet werden.

Das Speisegerät (4) wird durch einen Verstärker (5) ausgesteuert, in welchem sich der Soll-Ist-Vergleich des schnell wirkenden ersten Regelkreises vollzieht. Dessen Sollwert (S l) wird durch das an einer stabilisierten Gleichspannungsquelle (6) liegende Potentiometer (7) geliefert, während als Istwert (Jl) die an der Bürde des Stromwandlers - hier als Drehwiderstand (8) ausgebildet - auftretende Spannung in den besagten Regelkreis eingeht.

Sofern der Bürdenwiderstand (8) unverändert bleibt, wird der Motor-strom und damit auch das Drehmoment des Reihenschlussmotors, welches bekanntlich dem Quadrat des Stromes proportional ist, regeltechnisch konstant gehalten. Dies hat ein Abfallen der Bandspannung mit wachsendem Bunddurchmesser zur Folge und man könnte davon Gebrauch machen, wenn ab einem bestimmten Durchmesser des Wickelballens tatsäch-

109811/07 S3

8AD ORIGINAL '

194081&

lieh eine stetige Abnahme der Bandspaniiung gewünscht wäre. Bei einer solchen Arbeitsweise fällt die Ankerspannung mit der Motordiehzahl, also umgekehrt proportional zum wachsenden Bunddurchmesser, weil ja das Feld konstant bleibt.

Soll dagegen das Band mit gleichbleibender· Zugkraft aufgewickelt werden, so wird vom Reihenschlussmotor konstante Leistung verlangt, die bekanntlich dann gegeben ist, wenn sich seine Ankerspannung mit der Quadratwurzel aus der Drehzahl und sein Strom im umgekehrten Verhältnis hierzu verändern. Der Strom muss also mit der Quadratwurzel des wachsenden Bund-durchmessers steigen und die Ankerspannung fallen.

Brfindungsgemäss wird nun die Bürde (8) des Stromwandlers (5) entsprechend vermindert, was ein korrektes Anwachsen de" Stromes zur Folge hat, denn die Spannung an der Bürde muss wegen des regeltechnischen Vergleiches mit dem konstanten Sollwert unverändert bleiben.

Zur Verstellung des als Bürde dienenden Drehwiderstandes (.8) ist ein Servomotor (9) eingesetzt, beispielsweise ein kleiner Synchron-Umkehrmotor mit Untersetzungsgetriebe. Wird der Rückstell-Kontakt (16) betätigt, dann läuft der Servomotor in Richtung der Bürden-Vergrb'sserung, also der Linksverschiebung des Gleitkontaktes am Drehwiderstand (8). Die äusserste ' linke Stellung entspricht dem kleinsten Bunddurchmesser bzw. dem Kern-oder Hülsendurchmesser. Ein solcher Rücklauf in die Ausgangslage muss somit nach jedem Wechsel des Wickelballens, d.h. vor Beginn eines neuen Aufwickelprozesses erfolgen, wobei der Rückstellkontakt ein Druckknopf, ein Hilfsöffner des Hauptschützes oder ein durch die Wickelstange betätigter Endschalter sein kann.

10981 1/075? ■■■-./.

194091Ö

Für den Vorlauf hingegen,- bei dem sich die Bürde erfindungsgemäss mit dem wachsenden Bunddurchmesser vermindern soll, ist ein zweiter Regelkreis vorgesehen, der infolge des Servomotors ein J-Verhalten besitzt und wesentlich langsamer ist, als der erste beschriebene Stromregelkrois.

Zwecks Soll-Ist-Vergleichs im zweiten Regelkreise kann eine der für die Kennzeichnung des Standes im Wickelprozess er-■ fassbaren Grossen herangezogen werden. Dieser Vergleich vollzieht sich im elektronischen Gerät (lO), welches einen Ver-™ stärker und einen Trigger mit Relais-Ausgang besitzt.

Im Ausführungsbeispiel nach'Fig. 1 wird als Istwert (J 2) die Ankerspannung des Reihenschlussmotors herangezogen. Diese ist bei einem gegebenen Strom der Bandgeschwindigkeit, also der Leistung, proportional und deswegen wird als Sollwertquelle ein mit dem Hauptantrieb der Maschine verbundener Tachogenerator (11) verwendet.

Die Ankerspannung ist andererseits bei einer gegebenen Bandgeschwindigkeitbzw. Motordrehzahl dem Strom proportional, ^ weil dieser den magnetischen Fluss und damit die elektromotorische Kraft bestimmt. Deswegen wird mit dem Sollwert-Potentiometer (7) des Stromregelkreises ein zweites Potentiometer (12) winkelgetreu gekoppelt und an den Tachogenerator (ll) angeschlossen.

Der Abgriff dieses Potentiometers speist seinerseits ein weiteres Potentiometer (13)» welches wink-elgetreu mit dem Bürde-Drehwiderstand (8) durch den Servomotor (9) verstellt wird. Sein Abgriff liefert nun denjenigen Sollwert (S 2), welcher mit der Ankerspannung des Reihenschluss-Motors im Gerät (10) verglichen wird.

109811/07 53 *^/e

Sobald sich im Verlaufe des Aufwickel-Prozesses der'Bunddurchmesser vergrössert,' sinkt dio Motordrehzahl und lässt die Ankerspannung ihren Sollwert unterschreiten. Das Ausgangs relais des Gerätes (lO) schaltet den Servomotor (9) im Sinne der Rechtsverschiebung der beiden Abgriffe an den Widerstanden (8, 13) ein. Dabei wird der Sollwert des Ankerspannungs-Regelkreises in genau dem gleichen Masse verkleinert, wie auch die Bürde des Stromregelkreises, bis sich wieder ein Gleichgewichtszustand eingestellt hat und der Servomotor zur Ruhe kommt.

Da bei dem beschriebenen Vorgang die Ankerspannung sich um· denselben Betrag vermindert hat, um den der Strom angestiegen ist, das Produkt aus Strom und Spannung aber wegen gleichbleibender Wickelleistung unverändert bleibt, entspricht dieser Betrag der Quadratwurzel der erfolgten Vergrösserung des Bund durchmessers. Damit ist die korrekte Punktionsbedingung erfüllt.

Beim fortschreitenden Aufwickel-Prozess werden sich also die Gleitkontakt© der beiden Widerstände (8, 13) immer mehr nach rechts verstellen, jedoch niemals das ausserste rechte Ende erreichen, weil diese Stellung einem unendlich grossen Bunddurchmesser entsprechen würde. Will man daher die ganze Potentiometer-Wicklung ausnutzen, so muss ein Teil des Widerstandswertes nach aussen verlegt werden. Hat man beispielsweise ein 9-faches Anwachsen des Bunddurchmessers zu bewältigen, so wird man 2/3 des Gesamtwertes in der Potentiometer-.Wicklung und I/3 im Festwiderstand unterbringen. Damit erhält man einen Wertbereich von 1 s 1/3 - 3 = i/lh '

10 9811/07S3 , ./.

19*0918

- 6 ~ ' ' ..■■■■ ■:.

Im Ausführungsbeispiel nach Pig, 2 wird als Istwort (J 2) •die Drehzahl des Reihenschlussmotors herangezogen, geliefert durch den Tachogenerator (14), welcher mit diesem Motor· mechanisch verbunden ist. Als Sollwertquelle dient, wie im vorangegangenen Beispiel, die Spannung des mit dem Hauptantrieb gekoppelten Tachogenerator (ll), an welche das mit dem Bürde-Widerstand (8) winkelgetreu umlaufende Potentiometer (13) angeschlossen ist, unter Fortfall des hier nicht mehr ^ erforderlichen Potentiometers (12).

• Sobald sich im Verlaufe des Aufwickel-Prososses der Bunddurchmesser vergrössert, sinkt die Spannung des mit dem Wickelmotor (l) verbundenen Tachogenerators (14)» wodurch der Gleitkontakt am Potentiometer (13) solange nach rechts verschoben wird, bis er den entsprechend verminderten Sollwert (S 2) abgreift.

Hier steht aber der Verstellwinkel unmittelbar in einem reziproken Verhältnis zum Bunddurchmesser und daher muss eines der beiden Potentiometer (8 oder 13) eine nichtlineare Wider-P Standsbewicklung erhalten, damit sich die Bürde des Gleich-' stromwandlers korrekterweise mit der Quadratwurzel des wachsenden Bunddurchmessers verkleinert. ■

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird als Istwert (J 2) die durch eine an sioh bekannte Mess-Station (15) direkt .erfasste Bandspannung herangezoger, .und _f da sie konstant bleiben muss, unmittelbar dem elektronischen Gerät (lO) zugeführt. Die stabilisierte Spannungsquelle (6) speist hier neben dem Sollwertpotentiometer (7) für den Stromregelkreis auch noch das Sollwertpotentiometer (12) für das Trigger-Gq rät .(10). v/enn letzteres eine lineare Bewicklung hat, ao

109811/0753

muss das andere Potentiometer (7) eine radizierende Bewicklung aufweisen, weil sich ja das Drehmoment und deswegen auch die Bandspannung mit der Quadratwurzel aus dem Motor— strom verändern."

Sobald sich im Verlaufe des Aufwickel-Prozesses der Bunddurchmesiier vergrossert, sinkt wegen des ungenügenden Drehmomentes die Bandspannung, wonach der Servomotor (9) den Gleitkontakt am Drehwiderstand (δ) nach rechts verstellt und die Bürde so lange verkleinert, bis der Strom und mit ihm das Drehmoment ■entsprechend angestiegen sind.

Hier wird die theoretische Funktionsbedingung, mimlich die Verminderung der Bürde mit der Quadratwurzel des Bunddurchmessers, von selbst erfüllt, denn nur unter dieser Bedingungbleibt die Bandspannung konstant.

Mit den hier erläuterten drei Ausführungsbeispielen sind die Varianten des Erfindungsgegenstandes nicht erschöpft. So wäre es denkbar, den Bunddurchmesser durch einen Abtaster oder auch berührungslos mittels eines Lichtstrahles zu erfassen und zur Steuerung des Servomotors heranzuziehen. Ferner könnte zum gleichen Zwecke die vom Reihenschlussmotor aufgenommene, konstant zu haltende elektrische Leistung gemessen und herangezogen werden.

Wenn die servomotorische Regelung nur in einer Richtung wirkend beschrieben wurde, und zwar im Sinne dor Herabsetzung der Bürde, während für den Rücklauf des Servomotors ein separat zu steuernder Kontakt (-16) dient, so geschah dieses, um auf jeden Fall Schwingungserscheinungen auszuschliossen. Es ist aber durchaus möglich, diese Regelung in beiden Wirkungsrichtungen funktionieren zu lassen, insbeson-

109811/0753

BAD ORIGINAL

1940915

■.'.-;■ '■■■■- 8 -. . ■■,.■■

dere deshalb, weil sie eine äusseröt grosse Zeitkonstante haben darf und kaum zu Schwingungen Anlass geben sollte.

Servomotorisch angetriebene Potentiometer sind bei elektrischen Aufwickelantrieben an sich bekannt und werden oft als "Durchmesser-Rechner" bezeichnet. Doch bedeutet diese Tatsache keine Vorwegnahme des Erfindungsgedankens, weil es eine neue Lehre ist, mit Hilfe eines solchen Mittels die Bürde eines Stromwandlers mit dem Bunddurchmesser zu verändern. Diese Massnahme eröffnet erst die Möglichkeit, den Reihenschlussmotor über einen Sollwert, der während des Aufwickel-Prozesses unverändert bleibt, einwandfrei zu regeln.

Es wäre natürlich auch denkbar, anstelle eines Motorpotentiometers feinstufige dekadische oder binäre Widerstandsgruppen einzusetzen.

Der wirtschaftliche Fortschritt des Erfindungsgegenstandes besteht in der Verwendung eines Reihenschlussmotors mit einer einzigen geregelten Starkstromquelle im Gegensatz zu Nebenschlussmotoren., welche bei grossen Wickelbereichen sowohl im Anker als auch im Felde geregelt werden müssen.

Das Gesetz, wonach mit der Quadratwurzel des wachsenden Bunddurchmessers der Strom steigt und die Ankerspannung fällt, gilt allerdings streng nur beim ungesättigten Magnetfeld, Mit der Sättigung wachsen auch die Abweichungen, doch kommen sie der Praxis insofern entgegen, als bei grossen Bunddurchmessern ein Bandspannungs-Abfall meistens erwünscht ist.

Selbstverständlich können aber beim erfindungsmässigen Antrieb die gleichen Sollwert-Korrekturen zur Kompensation von mecha- * nischen und elektrischen Verlusten sowie Sättigungs-Einflüssen

109811/075 3

. .."..■ ■■■ ' ■■. ·/.-■■■■■

₉ 19*091 ar

vorgenommen werden, wie sie für die bekannten Antriebe dieser Art üblich sind. ■

Im Ausführungsbeispiel nach Pig. 3 worden solche Fehler bzw. Einflüsse infolge direkter Messung der Bandspannung automatisch ausgeregelt. . ' ",

DipL-Ing. H. Braito

Patentanwalt

109811/0753

Claims (5)

Bi egexemplar η: ι ι ' 5 η ·. Dorf nicht geändert werden Dipl.-Ing. n. SfüjlO, -—r-^ : B : L a r ■ :!) . Γ; i β Marktplatz 38, Pcsffadi 127 ti) Telefon 0 73 51 - 04 55 JIV 1940^18 Patentansprüche

1. Elektromotorischer Antrieb von Aufwickelwellen für bandförmiges Material mittels eines stromabhängig geregelten Gleichstrom-Reihenschlussmotors, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Bürde (δ) des Stromwandlers

fe . " (3), zwecks Aufrechterhaltung.der Bandspannung, mit dem wachsenden Bunddurchmesser vermindert.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bürde (8) ein servomotorisch verstellbarer Widerstand ist und dass der Servomotor (9) durch regeltechnische Heranziehung einer erfassbaren, den Stand des Wickelprozesses kennzeichnenden Grosse gesteuert wird.

3. Antrieb nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch die Heranziehung der mit der Quadratwurzel des Bunddurchmessers zu fallenden Ankerspannung des Wickel-

W motors (l),

4. Antrieb nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch die Heranziehung der im umgekehrten Verhältnis zum Bunddurchmesser fallenden Drehzahl des Wickelmotors (l).

5. Antrieb nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch die Heranziehung des gemessenen, bei jedem Bunddurchmesser konstant zu haltenden Wertes der Bandspannung (15).

DipK-lng. H. Bräito

109811/0753