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Elektromotorisch angetriebener Wickler In Textil-, Papier- und verwandten
Industrien besteht verschiedentlich die Aufgabe, Warenbahnen, Bänder oder Fäden
in Spulen- oder Rollenform aufzuwickeln, ohne daß eine nennenswerte Zugbeanspruchung
dem Wickelgut zugemutet werden kann bzw. ohne daß eine Zugbeanspruchung von vorher
bekannter Größe oder einer vorausbestirnnabaren Gesetzmäßigkeit auftreten würde,
wobei aber die Forderung besteht, daß die Aufwicklung mit einer konstanten oder
annähernd konstanten Geschwindigkeit des Warengutes vor sich gehen soll.
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Eine solche Aufgabe liegt beispielsweise vor, wenn eine in Zickzackform
getäfelte Stoffbahn in die Form einer Wickelrolle übergeführt werden soll, wobei
sich eine von vielen Zufälligkeiten abhängende und ohne jede Gesetzmäßigkeit verlaufende
Änderung des Wickelzuges einstellt.
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-Auch das Aufwickeln einer noch verzugsfähigen Lunte (Vorspinngarn)
auf Spulen oder das Aufwickeln eines Krempelvlieses von Zellstoffwatte, Kreppapier
oder ähnlichem bei Zugbeanspruchung seine Länge leicht änderndem Material stellt
eine gleichartige Aufgabe.
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Des weiteren ergeben sich dem Vorbeschriebenen sehr ähnliche Verhältnisse,
wenn Spinnlösungen oder Spinnschmelzen durch Spinndüsen gepreßt und nach ihrer Erstarrung
direkt auf eine Spule gewickelt werden; die Dicke des Fadens ist hierbei eindeutig
bestimmt durch das Verhältnis der Abzugs- bzw.
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Wickelgeschwindigkeit zu der durch die Spinnpumpe geförderten Materialmenge.
Die Forderung nach einer konstanten Aufwickelgeschwindigkeit wird daher gerade in
einem solchen Falle sehr bedeutungsvoll.
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Bei den bisher bekannten Lösungen dieser Aufgabe bedient man sich
in erster Linie des Tragwalzenwicklers, wobei die eigentliche Wickelspule auf einer
mit konstanter Geschwindigkeit angetriebenen Tragwalze aufliegt und das Wickelgut
und damit auch die Wickelrolle durch Reibung von der Tragwalze mitgenommen wird.
Bei solchen Anordnungen wird die Wickelgeschwindigkeit in grober Annäherung konstant
gehalten, wobei sich die Umdrehungsgeschwindigkeit der Wickelachse ohne besondere
Vorkehrungen im Laufe des Aufwickelprozesses verkleinert. Die Wickelgeschwindigkeit
wird jedoch hierbei nur angenähert konstant gehalten, da zur Übertragung der Wickelleistung
von der Tragwalze auf die eigentliche Wickelrolle ein gewisser Schlupf unvermeidbar
ist und die Größe dieses Schlupfes sich mit dem im Laufe des Aufwickelvorganges
zunehmenden Gewicht der Wickelrolle verändert.
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Ein weiterer noch störender Nachteil dieser Tragwalzenwickler liegt
darin, daß das Wickelgut selbst durch die Reibung auf der Tragwalze einer Beschädigungsgefahr
ausgesetzt ist, die um so mehr ins Gewicht fällt, je empfindlicher das Material
ist. Außerdem schadet besonders bei nachgiebigem Material, wie Zellstoffwatte oder
einem Krempelvlies, der im Verlauf des Wickelprozesses zunehmende Auflagedruck an
der Berührungsstelle mit der Tragwalze.
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Diese Erscheinung kann besonders bei einem großen Verhältnis von Außen-
zu Innendurchmesser der Wickelspule sehr starke Deformationen der gewickelten Rolle
zur Folge haben.
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Für empfindliches oder noch verzugsfähiges Material hat man daher
seit langem das Bestreben, Achswickler zu verwenden, bei denen die Wickelachse selbst
angetrieben wird und das Aufbringen des Wickelgutes unter wesentlich größerer Schonung
möglich ist.
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Um bei solchen Anordnungen die meist gestellte Forderung nach einer
Konstanthaltung der Wickelgeschwindigkeit erfüllen zu können, ist es notwendig,
daß ein Bauelement vorhanden ist, mit dessen Hilfe die Wickelgeschwindigkeit direkt
gemessen werden kann z. B. in der Form, daß das Wickelgut erst um eine Führungswalze
herum geführt oder zwischen zwei Führungswalzen hindurch geführt werden kann, deren
Drehzahl dann ein Maß der Aufwickelgeschwindigkeit ist. Eine andere Möglichkeit
bietet die Anbringung einer von dem Wickelgut durch Reibung mitgenommenen Meßwalze,
die beispielsweise direkt mit einem Tachometer verbunden ist und nach Art
einer
Fühlrolle direkt am Wickelkörper anliegt, so daß - von einem etwaigen Schlupf abgesehen
- die Drehzahl der Aufwickelgeschwindigkeit entspricht.
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Derartige Meßeinrichtungen enthalten aber immer noch eine erhebliche
Beschädigungsgefahr für emp findliches Wickelgut.
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Nach der Erfindung kann für elektromotorisch angetriebene Wickler,
bei denen die Wickelwalze selbst angetrieben wird, hierbei aber mit einer vorgeschriebenen,
insbesondere gleichbleibenden Umfangsgeschwindigkeit umlaufen soll, dadurch eine
wesentliche Verbesserung erreicht werden, daß die Drehzahl des Wickelmotors in Abhängigkeit
von dem jeweiligen Wickeldurchmesser und in Abhängigkeit von der Drehzahl des Wickels
bzw. des Wickelmotors selbst beeinflußt wird. Hierbei liegt die Erkenntnis zugrunde,
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 also durch Messung der
beiden Größen Durchmesser und Drehzahl die Umfangsgeschwindigkeit bestimmt ist.
Die Messung dieser beiden Größen ist aber mit wesentlich geringerer mechanischer
Einwirkung auf das Gut, also praktisch ohne Beschädigungsgefahr, möglich.
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Soweit es sich hierbei um einen Wickler handelt, bei dem die Steuerung
bzw. Regelung auf elektrischem Wege erfolgt, ergibt sich eine einfache Lösung für
die Bestimmung der einen der beiden Größen des Wickeldurchmessers durch die Verwendung
eines Fühlhebels, der leicht an der Oberfläche des Wicklers liegt, also mit Änderungen
des Durchmessers Lageänderungen ausführt. Diese Lageänderungen werden zur Verstellung
eines elektrischen Widerstandes, vorzugsweise in Form eines Potentiometers, ausgenutzt.
Je geringer die Strombelastung in einem solchen Widerstand ist, um so leichter beweglich
kann der Fühlhebel ausgeführt werden, so daß die Beanspruchung des Gutes durch den
Auflagedruck des Fühlhebels auf ein geringes, der Empfindlichkeit des Gutes angepaßtes
Maß herabgesetzt werden kann.
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Soweit die Art der Steuerung größere Stromstärke voraussetzt, kann
der im Potentiometerkreis bestehende Strom mit Hilfe beliebiger bekannter Verstärker,
wie z. B. Röhren- oder Magnetverstärker, oder Thomaregler auf die entsprechenden
Einrichtungen übertragen werden.
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In manchen Fallen, insbesondere bei extrem emp findlichem Gut, kann
es eine weitere Verbesserung bedeuten, die Abtastung des Durchmessers auf optischem,
insbesondere lichtelektrischem Wege durchzuführen, beispielsweise in der Art, daß
eine Strahlenquelle und ein strahlungsabhängiger Widerstand in bezug auf den Wickel
so angeordnet werden, daß mit zunehmendem Durchmesser ein immer größerer Teil der
Strahlen von dem Wickel abgehalten wird, so daß die auf den Widerstand auftreffende
Strahlenmenge mit zunehmendem Durchmesser abnimmt.
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Die Erfassung der Umdrehungsgeschwindigkeit (Drehzahl) als zweite
Größe erfolgt bei elektrischer Steuerung mit besonderem Vorteil und in bekannter
Weise durch einen Tachometer-Dynamo, der eine der Drehzahl verhältnisgleiche Spannung
abgibt.
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Das Zusammenwirken der beiden Größen wird hierbei mit besonderem
Vorteil in der Weise bewirkt, daß die Tachometerspannung auf das Potentiometer arbeitet.
Der von dem durchmesserabhängig geänder-
ten Abgriff des Potentiometers abgenommene
Teil der Spannung wird zur Beaufschlagung einer Steuer- oder Regeleinrichtung verwendet.
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Die Umdrehungszahl kann auch mit Hilfe einer anderen drehzahlabhängigen
Spannung, also beispielsweise in bekannter Weise auch mit Hilfe der Ankerspannung
der Maschine selbst erfaßt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Anordnung zeigt Fig. 1.
Der Wickelkörper 1 wird durch einen mit seiner Achse unmittelbar oder unter Zwischenschaltung
einer Übersetzung verbundenen Gleichstrom-Nebenschlußmotor 2 angetrieben. Der Motor
2 erhält seine Ankerspannung von einem in bekannter Weise angetriebenen Leonardgenerator
3. Der jeweilige Durchmesser der Wickelrolle wird durch einen Fühlhebel 4 abgetastet.
Die Drehbewegung dieses Hebels wird auf ein Potentiometer 5 übertragen. Da dieses
Potentiometer nur sehr geringe Ströme führt, benötigt es nur sehr geringe Betätigungskräfte.
Der Fühlhebel 4 kann somit sehr leicht ausgebildet werden. Die Drehbewegung von
Hebel4 und Potentiometer 5 sind so aufeinander abgestimmt, daß zwischen den Punkten
a und b des Potentiometers jeweils ein Widerstandswert abgetastet wird, der dem
vorhandenen Wickeldurchmesser direkt proportional ist. Mit der Wickelachse bzw.
der Welle des Wickelmotors 2 ist eine Gleichstrom-Tachometermaschine 6 mit Permanent-Magneten
verbunden, die eine der Wickeldrehzahl proportionale Spannung liefert. Diese Spannung
liegt an einem Potentiometer 7. Dieses ist mit einem Vorwiderstand 8 im Erregerkreis
des Leonardgenerators so gekoppelt, daß bei konstanter Erregung des Wickelmotors
jeder durch Änderung der Erregung des Leonardgenerators eingestellten Leerlaufdrehzahl
des Wickelmotors eine gleichbleibende Spannung am Abgriff des Potentiometers 7 zugeordnet
ist.
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Bei Annahme einer bestimmten Stelle der Potentiometerabgriffe 7 und
8 ändert sich nun die vom Potentiometer der Tachometermaschine abgenommene Spannung
direkt proportional der Drehzahl der Wickelwelle oder bei Annahme einer konstanten
Aufwickelgeschwindigkeit umgekehrt proportional dem jeweiligen Wickeldurchmesser.
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Da von der obenerwähnten Spannung am Potentiometer 5 erfindungsgemäß
immer ein Anteil abgegriffen wird, welcher dem Wickeldurchmesser direkt proportional
ist, bleibt die zwischen den Punkten a und b vorhandene Spannung auch bei Veränderung
des Wickeldurchmessers konstant, unter der Voraussetzung, daß die Geschwindigkeit
der aufgewickelten Warenbahn sich nicht verändert. Die zwischen a und b abgegriffene
Spannung kann somit direkt zur Steuerung eines Reglers verwendet werden, der über
das Feld des Wickelmotors die Drehzahl des Wicklers in dem Sinne beeinflußt, daß
Fehler beseitigt werden.
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In dem gezeigten Beispiel wird hierfür ein Thomaregler 9 verwendet,
der einem Vorwiderstand im Feldkreis des Wickelmotors steuert.
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Änderungen der Spannung an a, b zeigen also gleichzeitig eine entsprechende
Abweichung von der gewünschten Konstanz der Aufwickelgeschwindigkeit an.
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Bei entsprechender Abstimmung der Widerstände des Potentiometers
5 und der Steuerspule des Thomareglers 9 kann der geringfügige Fehler, der sich
durch die Stromlieferung an die Spule des Thomareglers aus dem Potentiometerabgriff
5 ergibt, beliebig klein gehalten werden.
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Eine völlige Beseitigung dieses Restfehlers ist durch eine Anordnung
nach Fig. 2 möglich, indem man die vom Potentiometer 5 zwischen den Punkten a und
b abgegriffene Spannung durch eine von einem Potentiometer 10 abgegriffene konstante
Spannung gleicher Größe, aber entgegengesetzter Richtung kompensiert.
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In der Spule 11, die wieder die Steuerspule eines Thomareglers sein
kann, fließt dann im »Sollzustandd kein Strom. An Stelle eines Thomareglers kann
beispielsweise auch ein empfindliches Relais verwendet werden, welches bei dem Auftreten
von Fehlerströmen in die eine oder andere Richtung in bekannter Weise einen Verstellmotor
in Rechts- bzw. Linkslauf einschaltet, der den Widerstand des Wickelmotor-Erregerkreises
verändert.
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Die Erfindung bietet, unter Einsatz vieler zum Stand der Technik
gehöriger Mittel, die Möglichkeit zu einer vielfältigen Variation des obigen Grundgedankens.
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Wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 gezeigt ist, kann die
Tachometermaschine 6 auch fremd erregt sein, wobei die Erregung über den Fühlhebel
4 und den veränderlichen Widerstand 12 so beeinflußt werden kann, daß sie sich direkt
proportional mit dem Wickeldurchmesser ändert. Da andererseits die Drehzahl der
Tachometermaschine dem Wickeldurchmesser umgekehrt proportional ist und die Spannung
der Tachometermaschine durch das Produkt von Erregung und Umdrehungszahl bestimmt
ist, ist bei dieser Anordnung die von der Tachometermaschine 6 abgegebene Spannung
über den ganzen Durchmesserbereich konstant, sofern die Drehzahl sich voraussetzungsgemäß
gegenläufig mit dem Durchmesser ändert. Abweichungen der Tachometerspannung von
diesem konstanten Wert, z. B. infolge von Drehzahlschwankungen. können also beispielsweise
in einer der vorerwähnten Formen als Eingangsgröße für Regelung auf konstante Warengeschwindigkeit
verwendet werden.
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Ein weiteres Beispiel zeigt die Fig. 4. Auch hier ändert sich der
zwischen a und b liegende Wert des Potentiometers 13 wieder im selben Verhältnis
wie der Durchmesser. Die Verstellung des Feldwiderstandes des Wickelmotors 2 erfolgt
durch einen Servomotor 14, der sich nach Lage des Umschalters 15 in der einen oder
der anderen Richtung dreht bzw. in Ruhe befindet. Umschalter 15 wird von dem zweispuligen
Magnetsystem 16 so beeinflußt, daß er bei Gleichheit der Ampere-Windungszahl beider
Spulen sich im ausgeschalteten Zustand befindet. Die untere der beiden Spulen wird
von einer konstanten Spannungsquelle über den Widerstandsanteil zwischen a und b
von 13 so abgestimmt, daß der durch die Spule fließende Strom dem Wickeldurchmesser
umgekehrt proportional ist. Die obere der beiden Spulen des Magnetsystems 16 wird
von der konstant erregten Tachometermaschine 6 gespeist. Dieser Spulenstrom ist
also ebenfalls dem Wickeldurchmesser umgekehrt proportional und in seiner Wirkung
dem Strom der unteren Spule entgegengeschaltet. Bei entsprechender Abstimmung ist
somit bei Sollgeschwindigkeit der Ware das System in Ruhe und wird bei Auftreten
von Geschwindigkeitsfehlern den Widerstand im Feldkreis des Wickelmotors im korrigierenden
Sinne verstellen.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine derartige Anordnung ist
in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Mit 18 ist ein Strahlenerzeuger bezeichnet, der
durch eine Blende 19 hindurch an der Wickelwalze 1 bzw. dem auf diese aufgewickelten
Ballen vorbei ein Strahlen-
bündel aussendet, das auf einen auf der anderen Seite
der Walze angeordneten Widerstand 17 fällt, dessen wirksamer Wert von der Bestrahlung
abhängt. In Fig. 6 ist die Blende 19 in Ansicht gezeigt, wobei deutlich zu sehen
ist, daß sie ein Strahlenbündel durchläßt, dessen Breite von oben nach unten zunimmt.
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Die Form des Strahlenbündels wird in Abhängigkeit von den Eigenschaften
des Widerstandes so gewählt, daß der wirksame Widerstandswert dem Durchmesser des
Ballens proportional ist.
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Die Anwendung des Erfindungsgedankens ist nicht auf das dargestellte
Ausführungsbeispiel beschränkt.
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Insbesondere kann in analoger Weise auch die Geschwindigkeitssteuerung
von Wickelwalzen durchgebildet werden, die nicht durch einen Elektromotor, sondern
auf andere Weise, beispielsweise durch einen Verbrennungsmotor, angetrieben werden.
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Die Regelung kann im Bedarfsfall auf eine beliebige Geschwindigkeitscharakteristik
erfolgen, so kann beispielsweise auch die Umfangsgeschwindigkeit am Ende des Wickelvorganges
allmählich etwas herabgesetzt werden, wie dies für manche Verwendungszwecke erwünscht
ist.