Wickelantrieb
In vielen Industrien besteht die Aufgabe, eine lange oder endlose Warenbahn während eines Arbeitsvorganges auf Walzen aufzuwickeln, von diesen abzuwickeln oder umzuwickeln. Hierbei ist es vielfach erforderlich, die mechanische Zugspannung, die hierbei auf die Warenbahn ausgeübt wird, in bestimmten Grenzen zu regeln. Bei derartigen Antrieben ändert sich der Durchmesser der Walzen bei dem Auf- bzw. Abwickeln laufend, so dass eine gegenläufige Anderung der Tambourdrehzahl erforderlich ist, soweit die Geschwindigkeit der Bahn annähernd gleichbleiben soll.
Für diesen Zweck sind Anordnungen bekanntgeworden, bei denen die Spannung der Bahn beispielsweise mit Hilfe eines Fühlers oder mit Hilfe von Tänzerwalzen gemessen wird und die hierbei auftretenden Schwankungen zur Beeinflussung der Erregung des Antriebsmotors herangezogen werden.
Derartige Ausbildungen bieten jedoch Schwierigkeiten, wenn neben der Forderung auf Anpassung der Tambourdrehzahl an den Wickeldurchmesser noch verlangt wird, dass die Bahngeschwindigkeit von vornherein in sehr weiten Grenzen - z. B. je nach Stoffart - wählbar sein soll. Im Bereich der niedrigen Bahngeschwindigkeiten - also bei im Verhältnis zur Nennankerspannung kleinen Spannungen des Antriebsmotors - ist nämlich die EMK des Wickelmotors in der gleichen Grössenordnung wie die Summe der Spannungsabfälle in seinem gesamten Ankerkreis. Über die Motorerregung, d. h. also mittels einer Veränderung der Gegen-EMK des Wickelmotors, lässt, sich daher die Drehzahl nicht wirksam beeinflussen. Die erreichbare Genauigkeit der Regelung auf konstante Bahnspannung ist unbefriedigend.
Eine solche Feldregelung des Motors wäre in unmittelbarer Nähe des Stillstandes praktisch völlig wirkungslos.
Bei andern bekannten Lösungen wird der von einem Leonardgenerator gespeiste Antriebsmotor der Tambourwalze derart in seiner Drehzahl geregelt, dass man die Änderungen der Bahnspannung durch Beeinflussung der Generatorerregung eine dem Regelsinn entsprechende Änderung der Ankerspannung des Antriebsmotors bewirken lässt.
Derartige Anordnungen haben den Nachteil, dass der Generator unnötig gross bemessen werden muss.
Er hat nämlich für die höchste geforderte Tambourdrehzahl (leere Wickelrolle) die notwendige hohe Ankerspannung zu liefern und für die langsamste Tambourdrehzahl (volle Rolle) den dem grossen Moment entsprechenden grossen Strom aufzubringen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wickelantrieb, der aus einem von einem Leonardgenerator oder über einen Gleichrichter gespeisten Antriebsmotor besteht, dessen Drehzahl gegenläufig zu den Durchmesseränderungen des auf den Tambour aufgewickelten Wickels durch Anderung der zugeführten Ankerspannung beeinflusst wird.
Gemäss der Erfindung werden für einen derartigen Antrieb die vorgenannten Schwierigkeiten bzw. Nachteile der Überdimensionierung dadurch vermieden, dass neben einer Änderung der zugeführten Ankerspannung eine gleichsinnige Beeinflussung der Erregung des Antriebsmotors vorgesehen ist, die jeweils dann für eine begrenzte Dauer eingeschaltet wird, wenn die Stellgrösse der Ankerbeeinflussung einen vorgegebenen Wert überschreitet. Zweckmässigerweise wird die Beeinflussung der Motorerregung jeweils so lange aufrechterhalten, bis die Stellgrösse der Ankerbeeinflussung wieder in die Ausgangslage ihres Bereiches zugeführt ist. Hierzu ist es notwendig, dass die Steuergeschwindigkeit der Motorfeldbeeinflussung grösser ist, als der Zunahmegeschwindigkeit des Wickeldurchmessers entspricht.
In der praktischen Ausführung wird die Differenz zwischen dem Istwert der Bahnspannung und einem Sollwert zweckmässig auf elektrische Weise erfasst und über einen Verstärker zur Beeinflussung einer zusätzlichen Erregerwicklung des Leonardgenerators verwendet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind im Ausgangskreis des Verstärkers Relais angeordnet, die bei bestimmten Grenzwerten ansprechen und die Veränderung der Motorerregung einleiten bzw. abschalten. Die Dauer dieser Veränderung der Erregung kann hierbei entweder durch dasselbe oder ein diesem parallel geschaltetes Relais begrenzt werden, das die kontinuierliche Verstellung abschaltet, sobald eine entsprechende Abweichung von dem Ansprechgrenzwert erreicht ist. Es kann aber in vielen Fällen auch Vorteile bringen, die Verstelldauer mit Hilfe eines Zeitsystems zu begrenzen.
In Anlagen, bei denen das Verhältnis des Durchmessers der vollen Rolle zu dem des leeren Tambours sehr grosse Werte annimmt, kann es zweckmässig sein, auch noch eine gleichsinnig und vorzugsweise gleichzeitig mit der Änderung der Erregung des Motors wirkende kontinuierliche Änderung der Ankerspannung, beispielsweise mit Hilfe einer Zusatzmaschine, einzuleiten.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. In Fig. 1 ist mit 1 eine Walze bezeichnet, auf die eine bandförmige Ware 2, beispielsweise eine Papierbahn, aufgewickelt wird. Der Antrieb der Walze 1 erfolgt mit Hilfe eines Motors 3, der von einem Leonardgenerator 4 gespeist wird. Der Leonardgenerator 4 wird von einem Motor 5 mit konstanter Drehzahl angetrieben. Der Motor 5 ist beispielsweise ein Asynchronmotor, der aus dem Netz 6 gespeist wird. Mit 7 ist ein Fühler bezeichnet, der entsprechend der Spannung der Papierbahn 2 seine Lage ändert und damit den Abgriff an einem Widerstand 8 verstellt. Dieser Abgriff stellt den Istwert der Regelung dar. Der entsprechende Sollwert kann an einem Potentiometer 9 eingestellt werden.
An den Widerstand 8 sowie an das Potentiometer 9 wird über einen Gleichrichter 10 aus dem Netz eine Gleichspannung gelegt. Die Differenz der an den beiden Widerständen 8 und 9 abgegriffenen Teilspannungen wirkt über einen Magnetverstärker 11 auf eine zusätzliche Erregerwicklung 12 des Leonardgenerators.
Anstelle einer Anordnung mit Abbildung des Istwertes der mechanischen Zugspannung durch eine elektrische Spannung kann man auch eine Anordnung mit vorzugsweise induktivem Geber vorsehen, was den Vorteil hoher Betriebssicherheit hat. Der Geber kann z. B. nach dem Prinzip eines Drehtrafos ausgeführt sein. Er kann auch aus einem E-förmigen lamellierten Trafokern bestehen, dessen Joch von dem Fühler bewegt wird. Zweckmässig lässt man dabei das Joch eine Drehbewegung um seine senkrecht zu seiner Längsausdehnung stehende Mittelachse ausführen, und zwar derart, dass in der einen Endlage der magnetische Kreis des obern E-Fingers annähernd geschlossen ist, während sich bei Erreichen der andern Endlage der magnetische Kreis des untern E Fingers schliesst.
Trägt der Mittelfinger eine von Wechselstrom durchflossene Primärwicklung, so liefern die beiden bewickelten Aussenfinger je eine Sekundärspannung. Vorzugsweise werden die beiden Sekundärspannungen nach Gleichrichtung gegeneinandergeschaltet. Die Differenzspannung stellt dann die Istspannung dar.
Anstelle eines derartigen Spannungsvergleichs zur Bildung der Istspannung kann auch eine ähnliche Anordnung nach Art einer Phasenbrücke (vergleiche deutsche Auslegeschrift 1012760) zugrunde gelegt werden.
Die Erregung der Leonardwicklung 13 dieses Generators kann mittels eines Widerstandes 14, entsprechend der gewünschten Bahngeschwindigkeit, eingestellt werden. Die Erregerwicklung 15 des Antriebsmotors 3 wird ebenfalls über den Gleichrichter 10 aus dem Netz gespeist. In ihren Stromkreis ist noch ein verstellbarer Widerstand 16 geschaltet, der von einem Verstellmotor 17 angetrieben wird.
Mit 18 ist ein Ruhestromrelais bezeichnet, dessen Erregerspule an den Ausgangskreis des Verstärkers 11 angeschlossen ist und die Stromzuführung zu dem Motor 17 steuert.
Bei dem Aufwickeln der Papierbahn nimmt der Durchmesser des Wickels zu. Dadurch steigt die mechanische Zugspannung in der Bahn, was über den Fühler 7 eine entsprechende Änderung des Abgriffs am Istwiderstand 8 zur Folge hat. Die Zusatzerregung 12 des Leonardgenerators wird dadurch im Sinne einer Verringerung der Generatorspannung, also einer Herabsetzung der Drehzahl des Motors 3, beeinflusst.
Es erfolgt auf diese Weise eine Regelung auf annähernd konstanten Zug in der Papierbahn.
Zweckmässig wird der über die Zusatzwicklung 12 des Leonardgenerators erzielbare Regelbereich verhältnismässig gering bemessen. Sobald dieser Regelbereich durchlaufen ist, erreicht die Spannung am Ausgang des Verstärkers einen solchen Wert, dass das vorher stets angezogen gehaltene Relais 18 abfällt.
Dadurch wird der Motor 17 in Tätigkeit gesetzt und auf diese Weise zusätzlich die Erregung des Motors geändert. Diese Veränderung dauert so lange an, bis in Auswirkung der hierdurch bewirkten Drehzahlherabsetzung der Fühler sich so weit in entgegengesetztem Sinne bewegt hat, dass die Beeinflussung der Zusatzerregung des Generators wieder an ihrer obern Grenze angelangt ist. Das Relais 18 zieht dann an, d. h. die Erregung des Motors 3 bleibt von nun an konstant, so dass die Regelung bis auf weiteres wieder allein an der Zusatzwicklung des Leonardgenerators durchgeführt wird.
Ein Ausführungsbeispiel für Anschluss des Wikkelmotors an eine etwa bereits für andere Zwecke vorgesehene Leonardspannung, wobei ein Wickel mit sehr grossem Durchmesserbereich (etwa grösser als 1 3) angenommen ist, ist in Fig. 2 angedeutet. Hier- bei ist im Ankerkreis des Motors 3 noch eine Zusatzmaschine 19 angeordnet, deren Erregung so beeinflusst wird, dass sie die Ankerspannung herabsetzt. Der Motor 17 verstellt die veränderlichen Widerstände 16 und 21, mit deren Hilfe das Motorfeld verstärkt und gleichzeitig über die Erregung der Zusatzmaschine die Ankerspannung des Motors vermindert wird, wodurch sich ein vergrösserter Durchmesserregelbereich ergibt.
Eine dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 weitgehend ähnliche Anordnung, bei der der generatorische Betrieb der mit einer Abwickelwalze verbundenen Maschine 23 zu erkennen ist, ist in Fig. 3 dargestellt. Die Beeinflussung der Erregung der Maschine 19, die mit dem Generator 23 gekuppelt ist, erfolgt hierbei über den Magnetverstärker 11 unmittelbar auf die Erregerwicklung. Ausserdem kann mit Hilfe des Verstellmotors 17 der Widerstand 16 geändert werden, wodurch noch eine zusätzliche Beeinflussung der Erregung 15 der hierbei als Generator arbeitenden Maschine 23 erfolgt. Hierbei kann in der Regel der ganze Durchmesserbereich durch Änderung der Erregung des Generators erfasst werden.
Unter Umständen kann es zweckmässig sein, während eines Wickelvorganges die Spannung in der Bahn so zu ändern, dass der innere Kern hart, der äussere Durchmesserbereich aber weicher (mit geringerer Zugspannung) aufgewickelt wird. Eine derartige Charakteristik kann bei den angegebenen Schaltungen dadurch erreicht werden, dass der Sollwert, also die am Widerstand 9 abgegriffene Spannung, entsprechend verändert wird. Dies kann entweder mechanisch in der Weise durchgeführt werden, dass mit zunehmendem Durchmesser etwa in Abhängigkeit von einem die Rolle abtastenden Fühler der Abgriff des Potentiometers nach oben verschoben wird. Man kann diese Wirkung aber auch auf rein elektrischem Wege erreichen, beispielsweise indem der Ist- oder der Sollspannung noch eine zusätzliche Spannung überlagert wird, die dem Erregerstrom des Motors (3) proportional ist.
Da dieser Erregerstrom ein Mass für den Durchmesser des Wickels auf der Walze (1) ist, ergibt sich eine der beschriebenen Aufgabe entsprechende Charakteristik.
Für manche Verwendungzwecke kann es Vorteile bringen, den Verstärker, über den die Differenz auf die Erregung wirksam gemacht wird, mit einer Rückführung zu versehen. Hierzu kann entweder eine elastische Rückführung vorgesehen werden, und zwar auch in solcher Anordnung, dass gegebenenfalls noch eine starre Rückführung mit dieser zusammenarbeitet, in andern Fällen wird es genügen, nur eine starre Rückführung vorzusehen.