DE2704610C2

DE2704610C2 - Regelanordnung mit einem Regler zur Steuerung der Drehzahl eines angeschlossenen Motors

Info

Publication number: DE2704610C2
Application number: DE2704610A
Authority: DE
Inventors: Werner 6204 Taunusstein Dennhardt
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1977-02-04
Filing date: 1977-02-04
Publication date: 1984-03-15
Also published as: DE2704610A1; JPS5397171A; US4166590A

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelanordnung mit einem Regler zur Steuerung der Drehzahl eines angeschlossenen Motors, der eine Rolle für das darauf aufzuwickelnde Bahnmaterial antreibt, mit einem Durchmesserfühler, der an einem Wickel des Bahnmaterials anliegt und mit dem beweglichen Abgriffeines Sc.hieb> widerstandes verbunden ist.

Eine derartige Regelanordnung ist aus der DE-PS 9 22 471 bekannt und dient zum Regeln der Zugspannung in Abhängigkeit von der Änderung des Radius des Wickels, wobei die Zugkraft auf das Walzengut konstant gehalten werden soll. Hierzu wird der Strom durch den Spannungsteiler umgekehrt proportional dem Durchmesser des auf den Wickler aufgewickelten Walzengutes geregelt, so daß die Zugkraft auf das Walzengut konstant ist. Die Bahngeschwindigkeit des aufzuwickelnden Walzengutes wird bei sich änderndem Durchmesser des Aufnahmewickels nicht konstant gehalten.

Die Regelanordnung nach der DE-OS 14 99 122 hält gleichfalls die Zugspannung des Wickelgutes bei einer Abwickeleinrichtung konstant. Hierzu wird eine Wirbelstrombremse mit hyperbelformiger abfallender Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie verwendet, deren Ankerteil direkt mit der Abwickelwelle gekuppelt ist, während der Polradteil der Wirbelstrombremse mit einem Drehstromgetriebemotor gekuppelt ist. Die Erregungsspannung der Wirbelstrombremse setzt sich additiv aus der Spannung einer konstanten, einstellbaren Spannungsquelle und einer weiteren Spannungsquelle zusammen, deren Spannung sich proportional zur Abziehgeschwindigkeit des WickeJgutes ändert. Der Schaltungsaufwand nach Bildung der Drehmoment-Drehzahlcharakteristik ist aufwendig, da hierfür ein elektrischer Verstärker mit einer Stromregelung mit Soll-Ist-Vergleich erforderlich ist, der dafür sorgt, daß der Spulenstrom des Polradteiles der Wirbelstrombremse von der Erwärmung der Spule und der damit verbundenen Erhöhung des ohmschen Widerstandes nicht beeinflußt wird.

Die DE-AS Il 21 179 beschreibt einen Wickler, der mit gleichbleibender Aufwickelgeschwindigkeit läuft, wobei ein Fühlhebel den Schieber eines Potentiometers

ίο verstellt. Die am Potentiometer zwischen zwei Punkten abgegriffene Spannung wird direkt zur Steuerung eines Reglers verwendet, der den Wickelmotor steuert Es wird davon ausgegangen, daß die Umfangsgeschwindigkeit bei einer bestimmten Drehzahl dem jeweiligen Wickeldurchmesser proportional ist, während die Drehzahl bei einer bestimmten Umfangsgeschwindigkeit dem Wickeldurchmesser umgekehrt proportional ist, so daß durch die Messung der beiden Größen Durchmesser und Drehzahl die Umfangsgeschwindigkeit

.ti bestimmbar ist. Hierzu sind die Drehbewegung des Fühlhebels und des Potentiometer so aufeinander abgestimmt, daß zwischen den beiden Punkten jeweils ein Widerstandswert abgetastet wird, der dem vorhandenen Wickeldurchmesser direkt proportional ist. Zur Dreh-

-'3 zahlmessung ist die Welle des Wickelmotors mit einer Tachometermaschirie verbunden, die eine der Wickeldrehzahl proportionale Spannuisg an ein weiteres Potentiometer liefert, das mit einem Vorwiderstand im Reglerkreis eines Leonard-Generators gekoppelt ist, der

μ die andere Spannung Tür den Wickelmotor liefert. Bei konstanter Erregung des Wickelmotors ist jeder durch Erregung des Leonard-Generators eingestellten Leerlauf-Drehzahl des Wickelmotors eine gleichbleibende Spannung am Abgriff des zuletzt erwähnten Potentio-

r> meters zugeordnet. Bei dieser bekannten Regelanordnung sind keine Vorkehrungen getroffen, einen Widerstand bzw. ein Potentiometer als Sollwertgeber für einen vorgegebenen Durchmesser zu Beginn des Aufwickelvorgangs vorzusehen, ab dem dann die Verstel-

«) lung des Schiebewiderstandes einsetzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Regelanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzuentwickeln, daß sie die Regelung der Aufwikkelgeschwindigkeit bei sich änderndem Wickeldurch-

i) messer auf eine vorwählbare konstante Bahngeschwindigkeit ermöglicht und einen Motor, der die Aufwicklerrolle antreibt, leistungskonstant regelt.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

.'ι Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen des Patentanspruchs 2.

Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß mit geringem technischem Aufwand eine mit Antrieben für große Lasten qualitativ vergleichbare gute Regelung der

">"> Konstanz der Bahngeschwindigkeit eines aufzuwickelnden Gutes erreicht wird und daß die Regelanordnung mit einem festen und variablen Widerstand zur exakten Nachbildung einer Hyperbelcharakteristik auskommt, die den Zusammenhang zwischen der Drehzahl und

N) dem Wickeldurchmesser bzw. dem Wickeldurchmesser und der Steuerspannung des Antriebsmotors der Aufwickelrolle für konstante Bahngeschwindigkeit des aufzuwickelnden Gutes wiedergibt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines zeich-

-'. nerisch dargestellten Ausführungsbeispiels der Regelanordnung näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Regelanord-

nung zum Konstanthalten der Bahngeschwindigkeit des von einer Vorratsrolle auf eine Aufwickelrolle transportierten Materials,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Regelanordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 die Drehzahl η des Antriebsrootors der Aufwickelrolle als Funktion des Wickeldurchmessers d bzw. den Wickeldurchmesser d als Funktion einer Steuerspannung i/_Ä(uer) und

Fig. 4 die Funktion nach Fig. 3 in dopReltlogarithmischer Darstellung.

Von der Beschreibung der Regelanordnung nach Fig. 1 wird der Zusammenhang der mechanischen Parameter wie der Drehzahl η des Antriebsmotors M und dem Wickeldurchmesser d mit den entsprechenden elektrischen Stellgrößen kurz erläutert.

Soll die Bahngeschwindigkeit ν konstant gehalten werden, so muß sich die Drehzahl «des Antriebsmotors M mit zunehmendem Durchmesser d eines Wickels 19 vermindern. Für die Drehzahl n ergibt sich mit der Bahngeschwindigkeit ν in m/min und dem Wickeldurchmesser d in mm

η = ■

ν 1000
d-n

Für konstante Bahngeschwindigkeit ν folgt
η · d · η

1000

(D

(2)

>· = η ■ d ■ K

nung Usumr des Antriebsmotors M der Aufwickelrolle für konstante Bahngeschwindigkeit ν des aufzuwickelnden Gutes.

Wird eine lineare Koordinatentransformation derart vorgenommen, daß die Ordinatenachse in Fig. 3 um

den Betrag — verschoben wird, bis sie die gestrichelte a

Lage einnimmt, so ergibt sich d + R]/α minus der Verschiebung da = — zud und aus Gleichung (6) erfolgt α

U₁ = U₀

R₁

ad

In der Praxis wird für den Wert do der Durchmesser der Aufwickelrolle genommen.

Technisch bedeutet diese Koordinatentransformation, daß das Potentiometer R erst bei einem Durchmesser d= do des Wickels auf der Aufwickelrolle anspricht, .<« d. h. die Eingangssteuerspannung U₀ beeinflußt.

Die Regelanordnung kann nur dann die Hyperbelfunktion elektrisch exakt nachbilden, wenn die Kennlinie des Reglers für den Antriebsmotor M der Funktion

-' "mo, - O ■ us,««, (SJ

genügt, mit der Drehzahl /I₄₄,, des Antriebsmotors, einer Konstanten b und der Steuerspannung U_Slmtr des Antriebsmotors. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, besteht

jo ein linear proportionaler Zusammenhang zwischen der Drehzahl n**,, des Antriebsmotors und seiner Steuerspannung Us_ltuer-

Die Bedingung für die exakte Nachbildung der Hyperbelfunktion durch die Regelanordnung lautet somit

τ

Τόοο

(3)

Als elektrische Stellgröße, die den mechanischen Größen äquivalent ist, muß ein Wert gefunden werden, der die Bedingung der Gleichung (3) erfüllt.

Aus den? Blockschaltbild nach Fi*. 2 der Regelanordnung ist zu entnehmen, daß für die an einem Widerstand R, auftretende Regelspannung U₁ mit einer konstanten Eingangssteuerspannung U₀, die voll an einem Potentiometer R abgegij(Ten wird, gilt

(4)

mit dem Spannungsverhältnisfaktor m = 1 am Abgriff des Potentiometers R, R₀ = A₁₁₀ = a ■ d, wobei rfder Wikkeldurchmesser ist,
Es wird dann

U_x

(5)

(6)

Fig. 3 zeigt die Hyporbelcharakteri$tik eines Hyperbelantriebs, nämlich den Funktionszusammenhang zwischen der Drehzahl π und dem Wickeldurchmesser d bzw. dem Wicke]durchr"!sser d und der Steuerspan-

Aus den Gleichungen (3) und (8) ergibt sich

ν 1

U_Sl

JL.J_
d K

(9)

Mit konstanter Bahngeschwindigkeit ν gilt dann

v=b-Kd

(10)

mit der Konstanten c

Wit schon eingangs erwähnt wurde, muß das Produkt der beiden mechanischen Größen Drehzahl und Drehmoment, die die Zugkraft ergeben, elektrisch nachge-

« bildet werden. Die Nachbildung erfolgt, wie Gleichung

(10) zeigt, mittels des Produkts aus Wickeldurchmesser d und der Steuers^annung 1/$_/β/(Γ des Antriebsmotors, die gleich der Regelspannung U\ des Reglers ist.

Die Darstellung nach Fig. 4 zeigt, wie über die Ände-

ho rung der Eingqngssteuerspannung Uo die Bahngeschwindigkeit ν des aufzuwickelnden Materials verändert worden kann, ohne daß die übrigen Parameter wie Widerstandswer des Potentiometers Ä, der Widerstand A₁ oder die Konstante α, die den Zusammenhang

o5 zwischen Wickeldurchmesser d und dem Schiebewiderstand R beschreibt, geändert werden müssen.

Fig. 1 zeigt schematisch die Aufwickelvorrichtung, die von der Regelanordnunc gesteuert wird. Von einer

Vorratsrolle 12 wird das aufzuwickelnde Material 20 über eine erste Umlenkrolle 16, eine Tänzerwalze 14 und eine zweite Umlenkrolle 16 der Aufwickelrolle 18 zugeführt, die beispielsweise einen Durchmesser «b aufweist. Bei der Tänzerwalze 14 handelt es sich um eine bekannte Einrichtung, die nicht näher beschrieben wird, und die die Aufgabe hat, bei einer Bremsung oder einer Beschleunigung des aufzuwickelnden Materials durch eine entsprechende Abwärts- oder Aufwärtsbewegung stets für eine ausreichende Zugspannung zu sorgen. Ein Wickel 19 auf der Aufwickelrolle 18 besitzt einen Wickeldurchmesser d. Die Aufwickelrolle 18 wird von dem Antriebsmotor M gesteuert, der seine Steuerspannung LZ_51n^ von dem Regler 10 empfangt.

Auf der Eingangsseite der Regelanordnung ist zwischen den Zuleitungen 21 und 27 ein Potentiometer R geschaltet, dessen Abgriff 30 mit dem Schiebewiderstand R_n über eine Leitung 25 verbunden ist. Das Potentiometer R steht über eine Leitung 29 mit der einen Zuleitung 21 in Verbindung. Die am Potentiometer R abgegriffene Spannung folgt aus m ■ U₀ mit m < 1, je nach der Stellung des Abgriffs 30 des Potentiometers R. Das Potentiometer stellt einen Sollwertgeber dar, der entsprechend einem vorgegebenen Wert des Durchmessers des Wickels 19, der normalerweise gleich dem Durchmesser der Aufwickelrolle 18 gewählt wird, ab dem eine Verstellung des Schiebewiderstandes R_n erfolgt, einstellbar ist.

Ein beweglicher Abgriff 28 des Schiebewiderstandes Λο ist über ein Verbindungsstück 23 mit einem Sensor 22 zu einer Einheit zusammengefaßt. Zweckmäßigerweise kann die Ausgestaltung derart erfolgen, daß deSensor 22 zugleich der Abgriff 28 des Schiebewiderstandes A₀ ist. Dieser ist über seinen beweglichen Abgriff 28 in Reihe mit dem Widerstand R, geschaltet und bildet mit diesem einen Spannungsteiler. Am Widerstand A₁

κι liegt die Regelspannung U₁ als Eingangsspannung Tür den Regler 10 an.

Der Sensor 22 berührt den Umfang des Wicklers 19 tangential am höchsten Punkt, und es ist ersichtlich, daß mit zunehmendem Durchmesser des Wickels 19 der

;-, Sensor 22 und damit der Abgriff 28 des Schiebewiderstands R₀ verschoben werden, wodurch der Widerstandswert von R₀ geändert und damit auch die Spannungsaurteilung über den Spannungsteiler, gebildet aus R₍₎ und R₁, verändert wird. Die Verstellung des Schiebe-

Ji) Widerstands A₀ «st proportional der Änderung des Durchmessers des Wickels 19 und somit der Widerstandswert von A₀ eine Funktion des Wickeldurchmessers (I. Die Verschiebung des Sensors 22 erfolgt gegen die Kraft einer Druckfeder 24, die sich mit einem Ende

_··. gegen den Sensor 22 und mit dem anderen Ende gegen einen Anschlag 26 abstützt.

Hicr/u 4 MLiH /eichnunuen

Claims

Patentansprüche:

1. Regelanordnung mit einem Regler zur Steuerung der Drehzahl eines angeschlossenen Motors, der eine Rolle für das darauf aufzuwickelnde Bahnmaterial antreibt, mit einem Durchmesserfühler, der an einem Wickel des Bahnmaterials anliegt und mit dem beweglichen Abgriff eines Schiebewiderstandes verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schiebewiderstand (A₀) mit einem Widerstand (A₁) konstanter Größe in Reihe geschaltet einen Spannungsteiler im Motorregelkreis bildet, daß dieser Widerstand (Λ,) als Eingangswiderstand mit dem Regler (10) in Parallelschaltung verbunden ist, daß ein Sollwertgeber id form eines Potentiometers (R), das entsprechend dem vorgegebenen Durchmesser (4>), ab dem eine Verstellung des Schiebewtderstandes (.R₀) erfolgt, einstellbar ist, über seinen Abgriff (30) mit dem Schicbcwiderstand (R₀) verbunden ist und daß an dem Potentiometer (R) die konstante Eingangssteuerspannung (U₀) anliegt.

2. Regelanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der D.urchmesserfiihler (22) den Durchmesser des Wickels (19) des aufzuwikkelnden Bahnmaterials abtastet und daß eine Druckfeder (24) vorgesehen ist, die sich mit einem Ende gegen den Durchmesserflihler (22) und mit dem andere! Ende gegen einen Anschlag (24) abstützt.