DE2153697B2 - Vorrichtung zum lagenweisen wickeln von spulen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum lagenweisen Wickeln von Draht auf einen drehbaren Spulenkörper nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Vorrichtung ist in der DE-AS 11 31 479 offenbart. Bei dieser Vorrichtung ist zur Durchführung der Proportionalsteuerung eine elektrische Spule im Kraftfeld eines Magneten frei drehbar gelagert, wobei die Spule starr mit einem Arm zur genauen Führung des auf einen Wickelkörper aufzuwickelnden Drahtes verbunden ist Bei unerwünschter Änderung des jeweils erforderlichen Proportionalitätsfaktors aufgrund einer Unregelmäßigkeit im Bereich des Wickelkörpers und/oder im Bereich der den Magneten tragenden Schiitteneinheit erfolgt naturgemäß eine Änderung des Induktionsstromes der Spule. Die Größe der Stromänderung wird als Maß für die Wiederherstellung des erforderlichen Proportionalitätsfaktors verwendet. Es wird damit z. B. der Motor der Schlitteneinheit derart

ic gesteuert, daß der richtige Zuführungswinkel des auf den Wickelkörper aufzuwickelnden Drahtes in Bezug auf diesen Körper wieder hergestellt wird. Obwohl es mit dieser bekannten Vorrichtung möglich ist, den schon genannten Bereich der Verstellbarkeit des dem Proportionalitätsfaktor entsprechenden Verhälnisses von Wickelkörperdrehzahl zu Leitspindeldrehzahl um ein gewisses Maß zu überschreiten ist eine sichere Funktion der Vorrichtung nicht gewährleistet Da die Magneteinheit mit der empfindlich gelagerten elektri-

sehen Spule zur Indüzierung des gewünschten Änderungsstromes gleichfalls auf der Schlitteneinheit montiert ist, ist die elektrische Spule den Betriebsvibrationen ausgesetzt, was die Genauigkeit der Spulenverstellung und somit die Genauigkeit des Proportionalitätsfaktors beeinträchtigt Außerdem muß der Lageraufbau für die zwischen den Magnetpolen befindliche elektrische Spule aus verständlichen Gründen sehr genau sein, um den Anforderungen an die Spulenverstellgenauigkeit dauerhaft zu genügen. Dies bedingt einen erhöhten

in Bauaufwand mit entsprechenden Kosten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Wickelvorrichtung, die bei optimaler Genauigkeit und Betriebssicherheit einen großen Verstellbereich für den durch das Verhältnis von Wickelkörperdrehzahl zu Leitspindeldrehzahl gegebenen Proportionalitätsfaktor bietet.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in dem Kennzeichen des Anspruches 1 angegeben. Mit dieser Lösung können sicher und auf einfache

•to Weise praktisch verwertbare Verstellbereiche in der Größenordnung von 1 :100 und mehr erreicht werden. Dies ist auf das neue Lösungsprinzip zurückzuführen, demgemäß zwei elektrische Spannungen, deren eine mit der Drehzahl des Wickelkörpers bzw. Spulenkörpers und deren andere mit der Drehzahl des Leitspindelantriebs in Beziehung steht, miteinander verglichen werden und ein eventuelles Differenzsignal zur Korrektur des gerade erforderlichen Proportionalitätsfaktors verwendet wird. Eine derartige Regelschaltung

so ist mit einem relativ einfachen Schaltungsaufbau erzielbar. Und darüber hinaus ist der Schaltungsaufbau als stationärer bzw. fester Aufbau konzipiert, so daß bewegliche Teile in ihm, welche den Spannungsvergleich vornehmen und in ihrer grundlegenden Funktion der elektrischen Spule nach der DE-AS 1131479 entsprechen, nicht vorhanden sind, was die Betriebssicherheit der Vorrichtung erhöht. Der in jedem Augenblick vorgenommene Vergleich der beiden von den Generatoren gelieferten Vergleichsspannungen stellt jederzeit sicher, daß ein konstantes Verhältnis von Spulenkörperdrehzahl zu Leitspindeldrehzahl vorliegt oder automatisch kurzzeitig eingeregelt werden kann.

In den Unteransprüchen 2—6 sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach Anspruch 1 angegeben.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeiet

F i g. 1 schematisch eine Aufsicht auf die Wickelvorrichtung nach der Erfindung und

F i g. 2 ein Blockschaltbild der elektrischen Steuerung für die Wickelvorrichtung.

Ein erster Motor 1 treibt über ein Vorgelege 2 eine Welle 3 an, an deren Ende ein mit Draht zu bewickelnder Spulenkörper 4 mit einer Planscheibe 5 als Schwungmasse sitzt

Parallel zur Längsachse 6 des Spulenkörpers 4 und über den Sjhilenkörper ist eine zu einer Drahtverlegeeinrichtung gehörende Rolle 7 hin und her bewegbar, über die von einer Vorratsrolle kommender Draht 8 gelegt ist, der auf den durch den Motor 1 angetriebenen Spulenkörper 4 gewickelt wird.

Die Drahtverlegerolle 7 ist an einem durch den gestrichelt angedeuteten Kasten dargestellten Verlegewagen 9 befestigt, der mit Hilfe einer durch den zweiten Motor 10 antreibbaren Leitspindel 11 zur Durchführung einer periodischen Vor- und Rücklaufbewegung verstellbar ist, und zwar parallel zur Spulenkörperachse 6. Dabei wird die Drehrichtung des Motors 10 jeweils dann umgekehrt, wenn eine Drahtlage vollständig auf den Spulenkörper 4 gewickelt ist und anschließend eine weitere Drahtlage gewickelt werden soll.

Aus dem Aufbau und der Funktionsweise der gezeigten Vorrichtung ist es verständlich, daß im Prinzip das Verhältnis von Spulenkörperdrehzahl zu Leitspindeldrehzahl bzw. Verlegewagenvorschub als Proportionalitätsfaktor die jeweilige Steigung des Drahtes 8 auf dem Spulenkörper 4 bestimmt, wobei es verständlich ist, daß in dieses Verhältnis bzw. in diesen Faktor natürlich auch die übrigen geometrischen Verhältnisse einbezogen werden müssen, wie Drahtdurchmesser, Durchmesser des Spulenkörpers 4, Durchmesser und Gewindesteigung der Leitspindel 11 u. dgl.

Das Grundprinzip der Wickelvorrichtung nach der Erfindung beruht darauf, daß auf elektrischem Wege eine gegenseitige und insbesondere konstante Abhängigkeit der Drehzahl der Leitspindel 11 von der Drehzahl des Spulenkörpers 4 und umgekehrt erreicht wird, mit dem Ergebnis, daß eine automatische Drehzahlanpassung in Abhängigkeit von der gewünschten Drahtsteigung bzw. vom eingestellten Proportionalitätsfaktor vom Anlaufen der Vorrichtung bis zum Erreichen des endgültigen Betriebszustands und auch während des Betriebszustands erzielt wird. Hierzu wird im einzelnen folgendermaßen vorgegangen.

Mit der Welle 3 ist ein erster Tachogenerator 12 verbunden, der ständig eine der Spulenkörperdrehzahl proportionale Ausgangsspannung erzeugt, die über die Leitung 13 als erste Vergleichsspannung einem Eingang der Regelschaltung 14 zugeführt wird. Diese Regelschaltung steuert direkt oder über eine Stelleinrichtung mit ihrem Ausgang über die Leitung 15 die dem Motor 10 zugeführte Antriebsleistung, so daß diesem Motor 10 ständig eine der augenblicklichen Drehzahl des Spulenkörpers 4 entsprechende Leistung zugeführt wird.

Wenn also der Motor 1 anläuft bzw. läuft, erhält der Motor 10 über den Generator 12 und den Regelkreis 14 eine von der Drehzahl des Motors 1 bzw. Spulenkörpers 4 gesteuerte Leistung, so daß der Motor 10 mit gleicher verhältnismäßiger Geschwindigkeit anläuft und läuft wieder Motor 1.

Eine für die Einstellung der Steigung der Drahtwindungen auf dem Spulenkörper 4 notwendige Regelung des Proportionalitätsfaktors bzw. der Drehzahl der Welle 3 im Verhältnis zur Drehzahl der I .eitsnindel 11 wird beim Ausführungsbeispiel dadurch erzielt, daß die Ausgangsspannung des Generators 12 mit Hiife eines Stellgliedes 16 auf einen anderen Wert umgesetzt und beispielsweise reduziert wird. Dieses Stellglied kann etwa als Potentiometer ausgebildet werden, dessen beiden Endklemmen die Spannung des Generators 12 zugeführt wird und dessen Abgriff an die Leitung 13 angeschlossen ist Das Potentiometer wird digital auf unterschiedliche Drahtsteigungswerte bzw. Proportio-

Ki nalitätsfaktoren geeicht, wobei bei der Eichung die vorhererwähnten geometrischen Verhältnisse berücksichtigt werden müssen. Es ist klar, daß je nach Einstellung des Stellgliedes 16 dem Motor 10 Leistungen zugeführt werden können, die der Drehzahl des Spulenkörpers 4 unter Berücksichtigung eines mit dem Stellglied 16 eingeregelten Drehzahlübersetzungsverhältnisses entsprechen. Auf diese Betriebsbedingungen wird noch später eingegangen.
Ideale Verhältnisse auf der Grundlage, daß die

2« Drehzahl der Leitspindel 11 jeweils genau einer bestimm ten Drehzahl des Spulenkörpers 4 entsprechen wird, lassen sich in der Praxis nicht erreichen, da z. B. nur der Fall aufzutreten braucht, daß sich aus beliebigem Grund die Belastung des Motors 10 ändert, der dann mit der zur Verfügung stehenden Leistung die von ihm verlangte Drehzahl nicht halten kann. In diesem Fall wäre es erforderlich, zur Aufrechterhaltung bzw. zur Wiederherstellung der gewollten Betriebsbedingungen bzw. Drehzahlen den Motor 10 so lange mit mehr oder weniger Leistung zu versorgen, bis er seine Solldrehzahl wieder erreicht hat

Zur Lösung dieses Problems wird nach der Erfindung folgendermaßen vorgegangen: Mit der Welle des Motors 10 wird ein zweiter Tachogenerator 17

r> verbunden, der somit eine der Leitspindeldrehzahl proportionale Spannung erzeugt, die als zweite Vergleichsspannung über die Leitung 18 einem zweiten Eingang der Regelschaltung 14 zugeführt wird. Im Prinzip stellt diese zweite Vergleichsspannung eine Rückmeldespannung mit der Aussage dar, mit welcher Drehzahl die Leitspindel 11 im Augenblick umläuft.

Die Regelschaltung setzt beide ihr zugeführten Vergleichsspannungen zur Bildung eines Spannungsvergleichswertes in eine mathematische Beziehung zusin-

■») ander, wobei der ermittelte Spannungsvergleichswert die Leistungszufuhr zum Motor 10 steuern soll. Wenn der aus den beiden Vergleichsspannungen ermittelte Spannungsvergleichswert besagt, daß die Drehzahlen des Spulenkörpers 4 und der Spindel 11 dem eingestellten Proportionalitätsfaktor bzw. Steigungswert entsprechen, dann braucht die Regelschaltung 14 keine Änderung der Leistungszufuhr für den Motor 10 zu bewirken. Falls allerdings zum Beispiel die zweite Vergleichsspannung aufgrund einer zu niedrigen Drehzahl der Leitspindel 11 der Regelschaltung 14 einen zu geringen Spannungswert meldet, muß die Regelschaltung eine erhöhte Leistungszufuhr zum Motor 10 einleiten, und zwar bis zur endgültigen Herstellung der vorgesehenen Sollwertdrehzahl.

Um diese Funktionsweise auf elektrischem Wege einfach lösen zu können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Regelschaltung 14 mit einem Differenzverstärker 19 auszurüsten, dessen Eingangskreis 20 die beiuen Vergleichsspannungen zugeführt werden. In diesem Eingangskreis wird gleichzeitig die vom Generator 12 kommende erste Vergleichsspannung mit Hilfe de« Potentiometers 16 reduziert. Der Sinn dieser SDannunesreduktion besteht u. a. darin, einen möpliehst

großen Verstellbereich für den Proportionalitätsfaktor zu schaffen. Der Ausgang des Differenz Verstärkers 19 kann etwa direkt als Leistung dem Motor 10 zugeführt oder z. B. als Spannung zur Steuerung der Leistungszufuhr zu diesem zweiten Motor 10 über einen ϊ gesonderten Regler ausgenutzt werden.

Die Funktionsweise der automatischen Regelung der Wickelvorrichtung läßt sich am besten anhand eines praktischen Beispiels erläutern, wobei zur Vereinfachung vorausgesetzt wird, daß beide Generatoren 12,17 ι« linear arbeiten und bei gleichen Drehzahlen gleiche Spannungen abgeben.

Die Drehzahl der Welle 3 bzw. des Spulenkörpers 4 soll 1000 U/min betragen, bei der der Generator 12 eine Spannung von i0 V abgibt, die durch das Potentiometer i ~> auf 5 V reduziert und dem einen Eingang des Eingangskreises 20 zugeführt wird. Beim angenommenen Beispiel soll diese erste Vergleichsspannung in Höhe von 5 V veranlassen, daß dem Motor 10 eine Leistung zugeführt wird, die eine Drehzahl von 500 U/min erzeugt. Diese Drehzahl hat zur Folge, daß der Generator 17 eine zweite Vergleichsspannung in Höhe von 5 V über die Leitung 18 an die Regelschaltung 14 zurückmeldet und dem zweiten Eingang des Kreises 20 zuführt. In diesem Fall liegen also an beiden r> Eingängen des Differenzverstärkers 19 die gleichen Spannungen, so daß der Differenzverstärker kein Ausgangssignal zur Änderung der Leistungszufuhr zum Motor 10 erzeugt und auch nicht zu erzeugen braucht, da das gewünschte Drehzahlverhältnis von 2 :1 besteht, i»

Wenn nun der Motor 10 aus beliebigem Grunde plötzlich höher belastet wird, erniedrigt sich seine Drehzahl und damit auch die dem Differenzverstärker 19 zugeführte zweite Vergleichsspannung unter einem Wert von 5 V. Es liegt jetzt am Ausgang des i"> Differenzverstärkers 19 ein Differenzsignal vor, welches zur Steuerung einer Erhöhung der Leistung für den Motor 10 ausgewertet wird und nur so lange vorliegt, bis beide Vergleichsspannungen sich wieder auf gleichen Werten befinden. w

Eine plötzliche Erhöhung der Drehzahl des Motors 10 über den Wert von 500 U/min hat sinngemäß auch eine Difrerenzspannung am Ausgang des Verstärkers 19 zur Folge, allerdings mit einem Vorzeichen, welches eine geringere Leistungszufuhr zum Motor 10 bis zur «5 erneuten Herstellung der Sollwertdrehzahl bewirkt. Es ist verständlich, daß sich entsprechende Vorgänge auswirken, wenn sich die Drehzahl des Spulenkörpers 4 erhöhen oder erniedrigen sollte.

Schließlich liegen die entsprechenden Steuerverhält- ϊ» nisse beim Anlaufen oder Abbremsen des Motors 1 vor. Wenn dieser Motor beispielsweise anläuft kann natürlich der Motor 10 nicht augenblicklich mit einer dem eingestellten Steigungsverhältnis bzw. Proportionalitätsfaktor entsprechenden Drehzahl laufen, so daß bis zum Ende des Anlaufvorgangs ständig eine geringe Differenzspannung am Ausgang des Verstärkers 19 besteht, die den Motor 10 synchron mit dem Motor 1 stetig schneller anlaufen läßt, bis die gewünschten Drehzahlverhältnisse erreicht sind. Entsprechendes gilt *o für das Abbremsen bzw. Abschalten des Motors 1. Wie sich übrigens herausgestellt hat, hat das nur kurzzeitig auftretende Nachlaufen des Motors 10 für die Praxis und das Wickelergebnis keine Bedeutung.

Es ist bekannt, die Umschaltung des Verlegewagens 9 von Vorlauf- auf Rücklaufbewegung und umgekehrt mit Hilfe von Anschlägen zu steuern, gegen die am Ende des Verlegewagenvorlaufs und -rücklaufs am Verlegewagen befindliche Schaltkontakte zur Anlage gelangen, bei deren Betätigung die Drehrichtung der Leitspindel 11 jeweils umgekehrt wird. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist am Verlegewagen 9 ein Umschaltnocken 21 vorgesehen, der beim Auflaufen gegen Anschläge 22 eine Initiatorschaltung 23 zur Erzeugung eines Umschaltsignals ansteuert, welches der Regelschaltung 14 zugeführt wird. Beim Eintreffen eines derartigen Umschaltsignals steuert die Regelschaltung den zweiten Motor 10 von der augenblicklichen Drehrichtung in die andere mögliche Drehrichtung um.

Es hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, den Motor 10 als Gleichstrom-Scheibenläufermotor auszubilden, da ein derartiger Motor aufgrund seiner geringen Schwungmasse innerhalb sehr kurzer Zeiten von einer Drehrichtung auf die andere umgeschaltet werden kann, was im vorliegenden Fall über die an sich bekannte Initiatorschaltung 23 erfolgt, die auf induktiver Basis arbeitet und jeweils am Ende des Wickeins einer Drahtlage einen Impuls der Regelschaltung 15 zuführt, die im Prinzip nach Art einer 4-Quadranten-Steuerung arbeitet.

Bekanntlich tritt häufig der Fall auf, daß Spulen gewickelt werden müssen, deren Lagen aus Drähten mit unterschiedlichen Drahtstärken bestehen. Hierbei muß das Potentiometer 16, nachdem eine Lage oder mehrere Lagen von bestimmter Drahtstärke fertiggestellt ist bzw. sind und wenn eine nächste Lage mit anderer Drahtstärke gewickelt werden soll, auf einen für diese nächste Drahtlage bestimmten Windungssteigungswert bzw. Proportionalitätsfaktor eingestellt werden. Um die Umstellung des Potentiometers 16 nicht von Fall zu Fall von Hand durchführen unri dabei eventuell noch die Wickelvorrichtung stillsetzen zu müssen, kann der Fertigungsablauf für das Arbeitsprogramm der Vorrichtung automatisiert werden, indem das Stellglied bzw. Potentiometer 16 mit dem gewünschten Fertigungsablauf programmiert wird. Hierzu kann beispielsweise so vorgegangen werden, daß gemäß F i g. 2 das Stellglied 16 aus drei oder mehr parallel oder in Reihe geschalteten Potentiometern aufgebaut wird, die auf verschiedene Widerstandswerte gemäß dem erforderlichen Wickelprogramm eingeregelt sind und entsprechend diesem Programm über Relais bzw. Kontakte in den elektrischen Regelkreis eingeschaltet werden können.

Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel könnte das Stellglied 16 auch an anderer Stelle in den elektrischen Kreis eingeschaltet werden, und zwar z. B. in die zum Motor 10 führende Regelleitung 15. Weiterhin kann anstelle eines Potentiometers als Stellglied 16 auch jedes andere eine Umsetzung der Generatorspannung bewirkende elektrische Schaltglied verwendet werden. Anstelle der beschriebenen Differenzbildung aus den beiden Vergleichsspannungen kann schließlich auch eine elektrische Summen-, Produktoder Quotientenbildung aus den Vergleichsspannungen gewählt werden, wenn der Summe, dem Produkt oder dem Quotienten bestimmte Drehzahlverhältnisse zugeordnet werden.

Falls wie beim Ausführungsbeispiel mit einem Differenzverstärker gearbeitet wird und somit der den Motor 10 steuernde oder nachregelnde Spannungsvergleichswert eine Differenz aus beiden Vergleichsspannungen darstellt, braucht diesem Differenzwert bei ausgeglichenem Betriebszustand, also bei Bestehen der Sollwertdrehzahlen, nicht unbedingt der Wert Null zugeordnet zu werden, da bei entsprechender Ausle-

gung des elektrischen Steuerkreises die beiden Vergleichsspannungen nicht notwendigerweise die gleichen Werte bei einem erwähnten abgeglichenen Betriebszustand haoen müssen. Einer Differenzspannung vom z. B. 2 V kann nämlich auch die Bedeutung beigemessen werden, daß beim Vorliegen dieser 2 V an der Leiilung 15 gerade das eingestellte bzw. ausgeglichene Drehzahlverhältnis besteht. Es muß in diesem Fall nur dafür gesorgt werden, daß der Wert von 2 V dann keine Änderung der Leistungszufuhr zum Motor 10 bewirkt, was auf schaltungstechnisch einfache Weise zu lösen ist. Schließlich läßt sich die Erfindung auch ohne weiteres

auf solche Wickelvorrichtungen anwenden, bei denen um den unverdrehbaren Spulenkörper ein Wickelarm rotiert und der Spulenkörper ζ. Β. mittels einer Leitspindel in Achsrichtung hin und her bewegt werden kann. In diesem Fall kann dann ein mit der Drehachse des Wickelarmes verbundener Tachogenerator die erste Vergleichsspannung und ein mit der Vorschubspindel verbundener Tachogenerator die zweite Vergleichsspainnung erzeugen, wobei beide Vergleichsspannungen auf vorher beschriebene Weise zur gegenseitigen Steuerung der beiden Motore für den Wickelarm und die Vorschubspindel ausgewertet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum lagen weisen Wickeln von Draht auf einen drehbaren Spulenkörper, der von einem Motor antreibbar ist, mit einer parallel zu der Spulenkörperachse durch eine Leitspindel hin- und herbewegbaren Verlegeeinrichtung, wobei der dem Verhältnis von Spulenkörperdrehzahl zu Leitspindeldrehzahl entsprechende Proportionalitätsfaktor einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Generator (12) zur Erzeugung einer der Drehzahl des Spulenkörpers (4) proportionalen Ausgangsspannung vorgesehen ist, die als erste Vergleichsspannung einem Eingang einer Regelschaltung (14) zuführbar ist, mit deren Ausgang die dem Antriebsmotor (10) für die Leitspindel (11) zugeführte Leistung gesteuert wird, daß ein zweiter Generator (17) zur Erzeugung einer der Drehzahl der Leitspindel (11) proportionalen Ausgangsspannung vorgesehen ist, die als zweite Vergleichsspannung einem anderen Eingang der Regelschaltung (14) zuführbar ist, und daß beide Vergleichspannungen in der Regelschaltung zur Bildung eines Spannungsvergleichswertes in eine mathematische Beziehung, wie eine Spannungsdifferenz, zueinander setzbar sind, wobei der jeweilige Spannungsvergleichswert die Leistungszufuhr zum Antriebsmotor (10) der Leitspindel (11) bestimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung (14) aus einem die beiden Vergleichsspannungen über einen Eingangskreis (20) aufnehmenden Differenzverstärker (19) besteht, mit dessen Ausgangsdifferenzspannung als Spannungsvergleichswert die dem Antriebsmotor (10) der Leitspindel (11) zugeführte Leistung steuerbar ist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Vergleichsspannung dem Eingangskreis (20) über ein sie umsetzendes bzw. reduzierendes Stellglied (16) zuführbar ist, wobei die jeweilige Stellung des Stellgliedes (16) dem Proportionalitätsfaktor entspricht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (16) als digital geeichtes Potentiometer ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitspindelmotor (10) als Gleichstrom-Scheibenläufermotor ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 —5, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (16) mit einem Wickelprogramm in Abhängigkeit verschiedener zu wickelnder Dralitstärken programmierbar ist.