Umwickelmaschine
In der Papier- und Textilindustrie werden vielfach Umwickelmaschinen (Umroller Jigger) verwendet, bei denen das Arbeitsgmt von einer Walze auf eine oder mehrere andere Walzen umgewickelt werden muss. Hierbei ist es wichtig, den Umwickelvorgang mit möglichst grosser Geschwindigkeit durehzuführen, anderseits dürfen aber keine unzu- lässigen Belastungen der Ware, die oft nur eine sehr geringe Zugfestigkeit aufweist, eintreten.
Nach der Erfindung kann an Umwickel masehinen für Material in Form eines fortlaufenden Gutes mit wenigstens zwei angetriebenen Walzen und einer Einrichtung zur Überwachung der Bewegungsgeschwindigkeit des fortlaufenden Gutes dadurch eine wesentliche Verbesserung erreicht werden, dass der Antrieb der Walzen mit einer Einrichtung zur Drehzahlbeeinflussung ausgerüstet ist, deren Regelung von einer Grosse beeinflusst wird, die der Bewegungsgeschwindigkeit des Gutes entspricht und diese mit Abweichungen von weniger als 15 /o konstant hält.
Der Wert von 15 /e entsprieht einem hochstzulässigen Me# der Abweichung, wie er als Erfahrungs- wert bei Verwendung von Wickelgütern aus der papier-und textilverarbeitenden Indu- strie gegeben ist. Bei den weiter unten näher beschriebenen Ausführungsbeispielen ist stets eine Regelung vorausgesetzt, die diese Bedingungen erfüllt.
Es wurde bei den meisten bekannten Anordnungen versucht, die Regelung auf a. ngeblich konstante Laufgeschwindigkeit mit Hilfe des von der Ware selbst ausgeübten Zuges herbeizuführen, was aber unzulässige Bean spruchungen zur Folge hat, die durch die angegebene neue Lösung vermieden werden.
Für die Durchfiihrung des Erfindungsgedankens können zwei grundsätzliche Ausführungsformen untersehieden werden, nämlich solche, bei denen zwei Walzen über ein Differential gemeinsam a. ngetrieben werden, und solche, bei d@enen jede Walze mit Einzelantrieb ausgerüstet ist.
Bei Anordnungen, bei denen der Antrieb über ein Differential geführt ist, ka. nn die Einrichtung zur Beeinflussung der Antriebsdrehzahl auf den Antrieb des Differentials arbeiten und dessen Arbeitsdrehzahl in jedem Bereich des Arbeitsspiels auf einen solehen Wert einregeln, dass die Wa. rengeschwindigkeit selbst praktisch konstant bleibt.
Das Prinzipschema einer solchen Umwickel machine ist in Fig. 1 der Zeichomg dargestellt. Hierin ist mit W1 die volle Warendocke bezeichnet, von der die Ware auf die zu umwickelnde Warendocke W2 umgewickelt werden soll. Die Ware läuft hierbei beispielsweise durch einen Fa. rbtrog T, wobei die Warenbahn B in bekannter Weise über Rollen geführt sein kann.
Die beiden Docken laufen in Pfeilriehtungen, und zwar mit Dreh zahlen ni bzw. n2. Bei einem Antrieb über ein mechanisches Differential, wie dieses in Fig. 2 dargestellt ist, wird das Differential mit der Antriebsdrehzahl n angetrieben, die sich in der Weise auf die Drehzahlen der angetriebenen Docken n1 und n2 verteilt, dass ss n gleich der halben Summe von ni + s ist.
Wenn die Antriebsdrehzahl des Differentials n, wie dies bei bekannten Differentialantrieben der Fall ist, konstant gehalten wird, so ergibt sich aber keine konstante Warengeschwindigkeit ; vielmehr verläuft diese nach den in Fig. 3 dargestellten Kurven, die den Verlauf der Warengesehwindigkeit für ver schiedene Verhältnisse zwischen Anfangs-und Enddurchmesser der Docken in Abhängig- keit von dem Durchmesser der einen der beiden Docken zeigt. Die Durchmesserverhält- nisse sind hierbei mit k bezeichnet, wobei jede Kurve den für den aus der Abbildung ersichtlichen Wert dieses Verhältnisses bedingten Verlauf der Warengeschwindigkeit darstellt.
In Fig. 4 ist fü dieselben Werte des Durehmesserverhältnisses h an Ha. nd einer Reihe von Kumen gezeigt, welehenVer- lauf die Antriebsdrehzahl n des Differentials haben muss, falls tatsächlich eine konstante Warengeschwindigkeit vorliegen soll. Die Werte n sind hierbei in Abhängigkeit von dem jeweiligen Durchmesser der einen Docke gezeichnet.
Im Untersehied zu den mit konstanter Antriebsgeschwindigkeit arbeitenden bekannten Anordnungen kann durch die erfindungsgemässe Einrichtung zur Beeinflus sung der Arbeitsdrehza ein Verlauf aufgedrückt werden, der in guter Annäherung den in Fig. 4 dargestellten Kurven entspricht, so dass tatsächlich keine oder nur sehr geringe Abweichungen von einer konstanten Waren gesehwindigkeit auftreten.
Hierzu kann man beispielsweise, wie in Fig. 5 dargestellt, mit einer von der Warenbahn mitgenommenen Umlenk-oder Führungsrolle F ein drehzahlabhängiges Schaltgerät 10 kuppeln, das bei Abweichungen von einer bestimmten Sollgeschwindigkeit nach oben oder nach unten jeweils einen Kontakt 11 oder 12 schliesst und damit über Verstellsehütze 13 bzw. Lt. einen Verstellmotor 15 steuert, der das Verstellorgan des Hauptantriebsmotors Jl, beispielsweise einen Feldregler 16, bewegt.
Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel wird ebenso wie bei den naehfolgend beschriebenen Ant. rieben gemäss der Fig. 6 bis 8 jeweils ein Differential verwendet.
Nach einer weiteren Ausführungsform kann, wie Fig. 6 zeigt, mit der Umlenk-oder Fuhrungsrolle F eine Tachometerdynamo 20 gekuppelt werden, deren Spannung ein polarisiertes Relais 21 steuert, das die gleiche Fnnktion übernimmt wie bei der vorherigen Ausführungsform das drehzahlabhängige Schaltgerät 10. Als Sollwerteinsteller kann ein Potentiometer 22 vorgesehen sein. Mit ihm lä. sst sieh die Grundgesehwindigkeit für den je weiligen Proze# willkürlich festlegen.
Die willkürliehe Festlegung der Grundge- schwindigkeit kann, und zwar auch bei der Ausführungsform naeh Fig. 5, stattdessen auch durch Verändern der Ankerspannung des Hauptmotors M erreicht werden.
An Stelle eines polarisierten Rela. is 91, wie in Fig. 6 vorgesehen, kann man auch einen andersartigen Verstärker beliebiger Ausfüh rung anordnen. Zum Beispiel wird es in diesem Fall vorteilhaft sein, einen sogenannten Magnetverstärker zu verwenden. Hierdurch kann ebenfalls eine stufenlose Steuerung erreicht werden.
Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform, bei der zwei Fühlorgane 31, 32 die beiden Warendocken W1 und W2 abtasten und über Exzenter 33, 34 und abermalige Fühlorgane, vor- zugsweise Rollen 35, 36, eine mechanische Einrichtung 37 zur Zusammenfassung der jeweiligen Doekendrehzahlen steuern, welche ihrerseits die Drehzahlverstellvorrichtung 38 des Haupta. ntriebes 1Z beeinflusst. Die Form der Kurvenscheiben 33, 34 ist dabei so gewählt, dass die eingangs erläuterten Gesetz mässigkeiten berücksichtigt werden.
Vielfach kann es erwünscht sein, Fühl- organe, welche die Wickeldocken selbst abtasten, zu vermeiden.
Man kann dann an Stelle einer Fühlhebelanordnung auch den Verstellwinkel der Füh rungsrollen-Schwenkachse S (Fig. 1) für die Drehzahlsteuerung ausnutzen. Dies hat zur Voraussetzung, dass der Verstellwinkel ein Mass iur den Grad des Umwickelprozesses darstellt, was bei den neueren Maschinen meistens der Fall ist.
Man kann dann statt dessen eine besondere Einrichtung vorsehen, wie sie in Fig. 8 dar gestelltist.Siebestehtaus zwei Kurven- seheiben, von denen die eine gegenüber der andern verstellbar ist. Beide Kurvenscheiben sind entspreehend dem Drehzahlverlauf der einen bzw. der andern Docke ni bzw. n2 in Abhängigkeit vom jeweiligen Durchmesser einer Docke, zum Beispiel vom Durchmesser ({3 der Docke Wl, geformt. Durch eine Ver sehiebung der einen Kurvenscheibe gegenüber der andern lassen sich die verschiedenen Durchmesserverhältnisse k berücksichtigen.
DieWirkungsweiselässtsichveranschaulichen, index man sich vorstellt, dass sich die Einrichtung zur Zusammenfassung (in diesem Falle Summierung) der jeweiligen Drehzahlen nl, n2 zusammen mit den Fühlrollen 35, 36 und der Drehzahlverstellvorrichtung 38 von links naeh rechts an den beiden Kurven vor beibewegt, wobei die beiden Fühlrollen 36, 36 an den beiden Kurven entlanglaufen und so den Steuervorgang bewirken.
Dieses Prinzip lässt sich konstruktiv sehr versehiedenartig ausführen. An Stelle einer meehanisehen Summierung von mechanischen Grossen können auch elektrische Grossen verwendet werden, wie zum Beispiel Regler oder Potentiometer, die sich auf verschieden hohe Summenspannungen bzw. Summenwiderstände einstellen und von deren Verlauf dann in an sich bekannter Weise über elektrische Stellglieder eine Drehzahländerung des Hauptantriebsmotors vorgenommen werden kann.
Dabei sind die Stufungen der Potentiometer bzw. Regler nach einer Gesetzmässigkeit gewählt, die der Kurvenform der Exzenterscheiben entspricht.
Dementsprechend können mit der Rollen Schwenkachse Regulierwiderstände verbunden sein, deren Widerstandsbeläge entsprechend dem bei konstanter Bewegungsgeschwindig- keit des Gutes erforderlichen Verlauf der Drehzahlen der beiden Wickel in Abhängigkeit vom jeweiligen Durchmesser eines Wikkels längs ihres Regulierweges in ihrem Wi- derstand veränderlieh sind.
Dabei kann die gegenseitige Lage dieser beiden Regulierwiderstände zwecks Anpassung an die maximalen Durchmesserverhältnisse der Wickel verstellba r sein-Die beiden Regulierwider- stände lassen sich so schalten, dass die an ihnen abgegriffene Summenspannung eine Drehzahländerung des Hauptantriebes ent- sprechend konstanter Gutgeschwindigkeit bewirkt.
Bei der Formgebung für die Exzenter bzw. der Widerstandsauslegung der Potentiometer oder Regler wird also von den in Fig. 8 dargestellten Kurven für verschiedene Durch- messerverhältnisse ausgegangen. Durch eine Verschiebung zweier Exzenterstücke in der beschriebenen Weise oder durch Verdrehung des einen Potentiometers gegenüber dem andern erreicht man einen Stellwerksablauf. der den jeweiligen Durchmesserverhältnissen angepa#t ist. Die Verstellung der Exzenter bzw. die Verdrehung der Potentiometer kann an einem Zeigerknopf vorgenommen werden.
Bei Anordnungen, bei denen die Walzen mechanisch voneinander unabhängig durch Einzelantriebe angetrieben werden, kann die Einrichtung zur Beeinflussung der Antriebsdrehzahlen so ausgebildet werden, dass sie jeden Antrieb auf solche Geschwindigkeits- werte regelt, dass dh. e Geschwindigkeit der umlaufenden Ware praktisch konstant gehalten wird. Hierbei kann auch die Zugsspan- nung der Ware während des Arbeitsspiels im wesentlichen auf gleichbleibende, im Bedarfsfall beliebig geringe Werte gehalten werden.
Man ka. nn hierbei Induktionsmotoren als Einzelantriebe verwenden, z. B. Schleifringläufermotoren, deren Läufer über einen ver änderlichen Widerstand, der in Abhängigkeit vom Durchmesser der aufzuwickelnden Docke verstellbar ist, elektrisch miteinander verbunden sind. Man kann aber auch entspre chend gesteuerte Gleichstrommotoren verwen- den.
An Hand der Fig. 9 bis 12 ist die Anwendung des Erfindungsgedankens auf Umwiekler mit Einzelantrieb in einigen Ausfüh- rungsbeispielen erläutert.
Wi, W2 sind die abzuwickelnde und die aufzawiekelnde Docke, ski, M2 sind die dazugehörigen Antriebsmotoren, im Falle des Ausführungsbeispiels nach Fig. 9 Sehleifringläu- fer. Die Läufer beider Motoren sind über die Schleifringe und einen verstellbaren Wider- stand Rg miteinander elektriseh verbunden.
Ständerseitig ist der Motor M2 der aufzuwikkelnden Docke ans Netz geschaltet, während der Motor Mi an der abzuwickelnden Docke ständerseitig auf einen einstellbaren Wider stand Rz arbeitet. Der Widerstand Rg ist über eine in diesem Falle mechanische Steuereinrichtung mit der Führungsrollen-Sehwenkachse S gekuppelt. Dabei ist angenommen, dass die Stellung dieser Schwenkachse ein Mass für den Durchmesser der aufzuwickelnden Docke darstellt, wie dies bei den neueren Maschinen meist der Fall ist.
Der Einstellwiderstand Rz ist in ähnlicher Weise über eine'Steuereinrichtung mit einer Pendelwalze Pw oder dergleichen, welche die Warenzugspannung misst, ekuppelt. Durch Umlegen des Schalters U lä#t sich die Warenlaufrichtung umkehren and die Schaltweise der beiden Motoren vertauschen.
Die Summe der Drehzahlen beider Motoren ist festgelegt durch die Netzfrequenz, wobei der Schlupf vernachlässigt ist. Die Drehzahlen sind abhängig von der Grösse der Widerstände Rg und Rz. Der Widerstand'Rg ist ungleichförmig abgestuft, und zwar so, da# die Drehzahl des Antriebsmotors bei fortschreitendem Wickelprozess entsprechend dem bekannten Momentverlauf der aufzuwickelnden Warendbeke so herabgesetzt wird, lass die Warengeschwindigkeit konstant bleibt.
Der Widerstand Rz kann gleichförmig abgestuft sein. Bei Warenlaufumkehr wird durch ; ine mechanische Vorrichtung der Drehsinn der Widerstandsverstellung umgekehrt. Die Wirkungsweise eines solehen Antriebes ist im Prinzip-sofern man den Schlupf vernach- lässigt-dieselbe wie diejenige eines einzigen Antriebsmotors, der die beiden Warendocken BTl und Ws über ein Differentialgetriebe antreibt ;
durch die Änderung der Widerstände Rg und Rz lassen sich aber die Drehzahlen der beiden Motoren so steuern, dass die Um- fangsgeschwindigkeit der beiden Doeken und der einmal eingestellte Warenzug während des gesamten Wiekelvorganges konstant bleiben. Dies ist ein beträchtlicher technischer Fortschritt gegenüber dem mechanischen Differential.
Eine weitere Verbesserung und eine Vereinfaehung des Verstellmeehanismus lässt sieh erreichen, wenn in dem Schleifringkreis der beiden Antriebsmotoren, wie in Fig. 10 gezeigt, ein stromabhängiges Relais R angeordnet wird. DiesesRelais steuert über einenHilfsmotor 3l den Widerstand Rg im Schleifring- kreis. Gleichzeitig wird von dem Hilfsmotor ein Sollwerteinsteller SW verändert, der im Kreis der Sollwertspule des Relais liegt.
Durch die einstellbaren Widerstände Ri und Bg, die zu den beiden Relaisspulen parallel liegen, kann die Relaissehrittsehaltung versehiedenen Lastmomenten und damit versehiedenen Warenspanmmgen angepasst werden,
Der Widerstand Rz im Ständerkreis des Abwiekelmotors dient auch hier als Sollwert- einsteller für den Warenzug und wird durch eine Pendel oder Tänzerwalze gesteuert.
Bei Xnderung der Wa. renlaufriehtung werden hier, sinngemäss ebenso wie bei Fig. 9, mittels einer (nicht mit dargestellten) Umschalteinrichtung die Funktionen der beiden Moto- ren vertauscht und der Widerstand im Schleifringkreis R. automatisch in die An fangsstellung zurückgeführt, so dass das Arbeitsspiel von neuem beginnen kann.
Eine weitere mögliehe Ausführungsform ist in Fig. 11 dargestellt. Sie besteht darin, da# eine Umlenkrolle (Leit- oder Breithalte- walze am Sehwenkarm S) mit einer Tacho meterdynamo TDi ausgerüstet wird, deren Spannung mit einem am Potentiometer Pl einstellbaren Sollwert verglichen wird.
Die Spannungsdifferenz kann dazu benutzt wer den, über eine Relaiskombination Rkb und einen Hilfsmotor llio einen Widerstand Rg im Schleifringkreis zu verstellen 15 sind Riphtungsschütze. Der Motor M2 arbeitet hier beispielsweise immer als Motor, während der Motor J. fi eine verzögernde Wirkung aus übt, und zwar entweder, indem er bei ge genläufigem Drehfeld als Bremsmotor arbeitet o (ler übersynehron angetrieben als Generator.
Diese Steuerung ermöglicht einen völlig lastunabhängigen Drehzahlverlauf. Die Einstel- lung : des Zuges lässt sich ähnlieh, wie oben im Zusammenhang mit Fig. 9 und 10 besehrieben, bewirken. Wahlweise kann auch an Stelle einer direkten Widerstandsänderung durch Ausnutzung des Hubes der Pendel-oder Tänzerwalze ein Verstellmechanismus mit einem besonderen Hilfsmotor verwendet werden. Die Steuerung dieses Hilfsmotors kann durch Kontakte an der Pendel-oder Tänzer- walze oder durch eine spannungsabhängige Relaiskombination, wie vorstehend angegeben, bewirkt werden.
Der Arbeitsbereich, innerhalb dessen mit grosser Genauigkeit eine konstante Waren gesehwindigkeit eingehalten wird, kann hierbei noch dadurch erweitert werden, dass die Steuerung des Widerstandes in zwei i Abschnitte zerlegt wird, in denen die Wider . standsänderungen jeweils in gegenläufigem pinne durehgeführt werden. Hierbei liegt die Erkenntnis zugrunde, da# für eine ideale Annäherung an die gewünschten Vorausset- zungen der elektrische Widerstand in der r Verbindung der beiden Läufer nur bis zu einem bestimmten Wert zunehmen, dann aber wieder abnehmen soll. Die Grenze der beiden Bereiche wird mit besonderem Vorteil in den Punkt verlegt, wo die Drehzahl der beiden Einzelantriebe gleich gross sind.
Die Umsteuerung kann hierbei in Abhängigkeit von den beiden Drehzahlen, beispielsweise in der Weise durchgeführt werden, dass jeder Antrieb eine Tachometerdynamo antreibt, die einander entgegengerichtet auf die Spule eines Relais arbeiten, so dass die Umschaltung in dem
Augenblick erfolgt, in dem die Spannung del einen Taehometermaschine diejenige der andern überschreitet. In ähnlicher Weise kann die Umschaltung auch frequenzabhängig durchgeführt werden, indem beispielsweise mit jedem Motor ein kleiner Sehleifringmotor gekuppelt wird, dessen Schleifringe an Stän der-bzw. Läuferwickkmg eines dritten kleinen Induktionsmotors gelegt werden.
Dieser dritte Induktionsmotor kann über eine Rutschkupplung einen Konta. kt betätigen. Dieser Umschalter wird also verstellt je nach dem, ob die eine oder die andere Frequenz überwiegt, so dass die Umschaltung in dem Moment durchgeführt wird, in dem die Drehzahl des einen Motors die des andern überschreitet.
Im übrigen kann dann die Beeinflussung des Widerstandes in dem Verbindungskreis all mählich dem Untersehied zwischen den Span- nungen entsprechen, beispielsweise mit Hilfe eines durch einen Hilfsmotor verstellbaren Widerstandesgeändert werden.
Fig. 12 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Antriebsmotoren M1, M2 der Warendoeken W1, W2 Gleichstrommotoren, und zwar in diesem Falle Nebenschlussmotoren, sind. Die Motoren sind hier im Feld regelbar.
Es wäre aber auch möglieh, die Erfindung so zu verwirklichen, dass die Motoren im Ank-rstronikreis geregelt werden. Die Steue- rung der Motoren bzw. ihrer Regelorgane erfolgt so, dass der die jeweils abzuwickelnde Docke antreibendle Motor auf konstante Warengeschwindigkeit und der die jeweils aufzuwickelnde Docke antreibende Motor auf konstanten Warenzug geregelt wird. Die Grunddrehzahlen sind durch die voreinstell- bare Spannung einer gemeinsamen Gleichstromquelle 40 festgelegt.
Die Regelung auf konstante Warenge schwindigkeit geschieht durch Feldänderung des die abzuwickelnde Docke Wi antreibenden Motors Mi in Abhängigkeit von der Span nung einer Tachometerdynamo TD, die die Warengeschwindigkeit misst. Die Regelung auf konstante Warenspannung erfolgt durch Feldänderung des die aufzuwickelnde Docke antreibenden Motors M2 in Abhängigkeit vom eigenen Ankerstrom. Zur Voreinstellung der Warengeschwindigkeit und des Warenzuges dienen verstellbare Widerstände, hier bezeichnet mit Rgo und Rzo.
Ausserdem sind zur Überwachung der elektiischen Messgrossen, die der Warengesehwindigkeit und der Warenspannung entsprechen-es sind dies die Spannung an der Tachometerdynamo TD und der Ankerstrom-elektrische Anzeigegeräte V und =1 vorgesehen Diese sind zweckmä#ig gleich in m/min bzw.
in kg geeicht. Es kann vorteilhaft sein, die vorerwähnten elektri schen Messgrossen durch Verstärkeranordnun- gen 41, 42,, zum Beispiel Magnetverstärker, Rohrenverstärker oder Verstärkermaschinen, zu verstärken, bevor sie den Steuerorganen der Motoren M1, M2, im Falle dieses Ausführungsbeispiels den Feldwicklungen, zugeführt werden. Dabei sind vor den Ausgangsund, soweit erforderlich, auch vor den Eingangsklemmen der Verstarkeranordnungen Schaltgeräte 43 bis 48 vorgesehen, die bei Wechsel der Arbeitsrichtung, zweckmä#ig selbsttätig, umgeschaltet werden..
Die Möglichkeiten zur Anwendung und Ausführung der Erfindung beschränken sich nicht auf die hier im einzelnen angegebenen Beispiele und auch nicht auf das Gebiet der Textilindustrie. An. Stelle eines mechanischen Differentials, wie in Fig. 10 dargestellt, kann auch eine andere Anordnung mit ähnlicher Wirkung, zum Beispiel ein elektrisches Differential, verwendet werden. Die Vorsehläge der Erfindung sind überall da von Vorteil, wo es sich darum handelt, ein bahn-, streifenoder strangformiges Gut umzuwickeln.