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Regeleinrichtung für den Antrieb der Wickelwelle an Rollenschneid-
und Umrollmaschinen Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für den Antrieb
der Wickelwelle von Rollenschneid- und Umrollmaschinen, welche die Drehzahl der
Wickelwelle und die Drehzahl der von dieser mit Schlupf angetriebenen Wickelrolle
in elektrische Werte umformt, miteinander vergleicht und bei Abweichung von einem
voreinstellbaren Drehzahlunterschied (Schlupf) die Drehzahl der Wickelwelle zwecks
Einhaltung des voreingestellten Schlupfes verstellt.
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Da bei Wickelvorgängen im allgemeinen eine möglichst gleichbleibende
Geschwindigkeit des Wickelgutes, z. B. einer Bahn, verlangt wird, muß die Wickelrolle
beim Aufwickeln mit fallender Drehzahl angetrieben werden. Wird bei Wickeleinrichtungen,
bei denen die Wickelhülsen bzw. -rollen von der Wickelwelle über Reibungskupplungen
angetrieben werden, die erforderliche Drehzahlminderung bei gleichbleibender Wickelwellendrehzahl
allein vom Schlupf dieser Kupplungen aufgenommen, dann erwärmen sich diese infolge
des verhältnismäßig hohen Axialdruckes dadurch sehr stark und können unter Umständen
sogar verbrennen.
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Zur Vermeidung solcher Schäden ist es bekannt, die Wickelwelle bei
anwachsendem Rollendurchmesser mit fallender Drehzahl anzutreiben und diesen Antrieb
nach einem bestimmten Programm zu steuern. Hierbei kann es jedoch vorkommen, daß
die Wickelwellendrehzahl zu wenig oder zu stark absinkt und daß dadurch der Schlupf
zwischen Wickelwelle und Wickelhülse bzw. -hülsen zu hoch oder zu gering wird oder
ganz aufhört. Ein zu großer Schlupf kann die schon erwähnten Schäden hervorrufen,
während ein zu geringer Schlupf ein unzulässiges Absinken der Bahnspannung zur Folge
hat.
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Es sind deshalb schon Regeleinrichtungen der eingangs erwähnten Art
zur selbsttätigen Regelung der Wickelwellendrehzahl in Abhängigkeit vom jeweiligen
Schlupf bekanntgeworden. Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art wird sowohl
von der Wickelwelle als auch von einer der Wickelhülsen mittels eines Riemens je
ein Tachogenerator angetrieben, deren Drehzahlunterschiede in einem elektrischen
Geräte verglichen und einem weiteren Gerät zugeführt werden, in dem der einen bestimmten
Wert übersteigende Drehzahlunterschied eine Verringerung der Wickelwellendrehzahl
bewirkt. Der direkte Angriff an der Wickelhülse mittels eines Riemens od. dgl. ist
jedoch aus verschiedenen Gründen unerwünscht und konstruktiv schwer durchzuführen.
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Bei einer anderen bekannten Einrichtung dieser Art werden die Drehzahl
der Wickelwellenteile vor und hinter einer steuerbaren elektrischen Schlupf-
kupplung
einem gemeinsamen Differentialgetriebe zugeführt, das ein zweites Differentialgetriebe
antreibt.
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Dieses Differentialgetriebe wird außerdem von einem von der Wickelwelle
über einen Tachodynamo gesteuerten Hilfsmotor angetrieben und beeinflußt dadurch
die Drehzahl des Antriebsmotors der Wickelwelle in der Weise, daß der Schlupf der
Kupplung unabhängig von der Drehzahl im wesentlichen konstant bleibt. Eine derartige
Einrichtung ist, abgesehen von dem erheblichen Aufwand, für solche Rollenschneid-
und Umrollmaschinen nicht anwendbar, bei denen die Schlupfkupplung oder eine Mehrzahl
davon unmittelbar zwischen der Wickelwelle und der oder den Wickelhülsen oder deren
auf der Wickelwelle sitzenden Trägern angeordnet ist.
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Zum Anzeigen des Schlupfes zwischen zwei Wellen ist es bekannt, an
der einen Welle einen Geber anzuordnen, der nur einen Impuls je Umdrehung erzeugt,
während die andere Welle mit einem Geber mit einer Vielzahl von Polen versehen wird,
die durch ihre Impulse einen Zähler antreiben, solange der einpolige Geber ein elektronisches
Tor offenhält.
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Auf dem Zähler erscheint dann als Ergebnis eine Zahl, aus der sich
der jeweilige Schlupf zwischen den beiden Wellen ergibt. Eine Steuerung des Schlupfes
im Sinne einer Konstanthaltung desselben ist mit dieser Einrichtung nicht beabsichtigt
und auch nicht möglich.
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Ferner ist eine Regeleinrichtung für den Synchronlauf einer Schneideinrichtung
mit einem zu zerschneidenden Papierband bekannt, bei der von einem auf Marken des
Papierbandes ansprechenden Abtastkopf zur Impulsgabe und in Verbindung damit von
einem durch die Schneideinrichtung angetriebenen
rotierenden Schalter
mit zwei Kontakteinrichtungen Gebrauch gemacht wird. Hierbei werden Schaltimpulse
in Abhängigkeit von der Regelabweichung gebildet, die die Drehzahl der Schneideinrichtung
gegebenenfalls über ein Verstellgetriebe verstellen.
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Auch diese elektronische Einrichtung gibt keine Anregung für die Verstellung
der Antriebsdrehzahl einer Wickelwelle in Abhängigkeit vom Schlupf zwischen ihr
und der oder den Wickelhülsen, wobei dieser Schlupf konstant bleiben soll.
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Gemäß der Erfindung wird die Lösung dieser Aufgabe unter Benutzung
des eingangs genannten Prinzips, jedoch unter Vermeidung der ihm anhaftenden Nachteile
dadurch erreicht, daß an einer mit der Wickelrolle umlaufenden Scheibe angebrachte
Marken in einem Abtastkopf elektrische Impulse erzeugen und diese einem Zähler zugeführt
werden, der in Abhängigkeit von dem Drehwinkel der Wickelwelle periodisch eingeschaltet
wird und jeweils nach Erreichen einer voreinstellbaren, - den gewünschten Schlupf
bestimmenden Impulszahl einen Steuerimpuls abgibt, der in Abhängigkeit von der Abweichung
des jeweils nach dem Einschalten des Zählers zurückgelegten Drehwinkels der Wickelwelle
gegenüber einem festen Drehwinkel einen Schaltimpuls zur Drehzahlverstellung der
Wickelwelle im Sinne konstanten Schlupfes hervorruft.
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Für die Durchführung des Erfindungsgedankens ist es zweckmäßig, in
an sich bei Wickelantrieben bekannter Weise einen von der Wickelwelle angetriebenen
Walzenschalter mit einer Kontakteinrichtung vorzusehen. Die Regeleinrichtung kann
demzufolge in weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens aus einem von der Wickelwelle
angetriebenen Walzenschalter mit drei Kontakteinrichtungen bestehen, von denen die
erste bei Kontaktgabe den Zähler einschaltet und je nach der Richtung der Regelabweichung
über die zweite oder dritte Kontaktvorrichtung durch den von dem Zähler abgegebenen
Steuerimpuls ein erster oder zweiter Stromkreis geschlossen wird, von denen der
eine im Sinne einer Drehzahlerhöhung und der andere im Sinne einer Drehzahlverminderung
auf ein Verstellgetriebe einwirkt, über welches die Wickelwelle angetrieben wird.
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Wenn ein solcher Schaltvorgang die Umlaufgeschwindigkeit der Wickelwelle
unmittelbar verstellen soll, dann kann das dadurch geschehen, daß in einem davon
gesteuerten Steuergerät die Energiezufuhr eines regelbaren Motors - beispielsweise
eines Gleichstrom-Neb enschlußmotors oder eines hydraulischen Motors - der die Wickelwelle
antreibt, verändert wird. Eine mittelbare Verstellung der Umlaufgeschwindigkeit
kann dadurch bewirkt werden, daß der von dem Zählgerät und der Schalteinrichtung
bei Abweichung des Geschwindigkeitsunterschiedes von dem eingestellten Sollwert
hervorgerufene Schaltimpuls einem Hilfsmotor zugeführt wird, der in an sich bei
Wickelantrieben bekannter Art in Abhängigkeit von der Regelabweichung ein-und ausgeschaltet
wird und dadurch die Übersetzung des stufenlosen Getriebes verstellt, über welches
die Wickelwelle angetrieben wird. Eine ähnliche mittelbare Verstellung ist auch
mit hydraulischen Mitteln durchführbar, indem der von dem Zählgerät bei Abweichungen
des Geschwindigkeitsunterschiedes von dem eingestellten Sollwert hervorgerufene
Schaltimpuls ein elektromagnetisch gesteuertes Ventil öffnet und schließt, das in
bekannter Weise den Zufluß
einer Flüssigkeit zu einem Zylinder steuert, dessen Kolben
ein stufenloses Übersetzungsgetriebe verstellt, über welches die Wickelwelle angetrieben
wird.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens
schematisch dargestellt.
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Ab b. 1~betrifft ein Ausführungsbeispiel mit regelbarem Antriebsmotor;
Ab b. 2 stellt eine Abwicklung der Kontaktstreifen des Walzenschalters dar; Ab b.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit stufenlosem Übersetzungsgetriebe.
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Die Wickelwelle 1 wird von dem Motor 2 über die Stirnräder 3 und
4 angetrieben. Auf der Wickelwelle sitzt ein Stellring 5, der längs derselben ein-
und feststellbar ist und der bei der Drehung der Wickelwelle mit umläuft. Eine Ringscheibe
6 ist auf der Wickelwelle frei verschieb- und drehbar.
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Die Wickelhülse 7 wird beiderseits von den Schulterringen 8 und 9
getragen, die ebenfalls auf der Wickelwelle frei verschieb- und drehbar sind, also
nicht von ihr mitgenommen werden. Zwischen den Ringen 5 und 8 einerseits und 6 und
9 andererseits befinden sich Scheiben 10 und 10', die mit Mitnehmern in eine Nut
der Wickelwelle 1 eingreifen und dadurch von ihr mitgenommen werden, jedoch gleichfalls
frei auf ihr verschiebbar sind. Zwischen dem Ring 10 und dem Schulterring 9 einerseits
und zwischen dem Ring 10' und dem Schulterring 8 andereseits befinden sich Reibscheiben
11 bzw. 11', die mit ihrer einen Fläche an einem dieser Teile befestigt sein können.
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Ein Doppelhebel 12 umfaßt mit seinem unteren gabelförmigen Ende die
Wickelwelle 1 und belastet den Ring 6 durch eine an seinem oberen Ende angreifende
Kraft in axialer Richtung. Die Regelung dieser Kraft gehört nicht zum Gegenstand
der Erfindung. Die Kraft ist nur durch die Feder 13 angedeutet; sie kann auf diese
mechanisch oder hydraulisch aufgebracht werden. Auch ist ein unmittelbarer hydraulischer
oder mechanischer Angriff der Kraft am Doppelhebel 12 möglich.
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Die Reibscheiben 11 und 11' wirken mit den zugehörigen Ringen und
Schulterringen als Reibkupplungen. Werden diese von dem unteren gabelförmigen Ende
des Doppelhebels 12 nur mit geringer Kraft gegeneinandergepreßt, dann wird von der
Wickelwelle 1 auf die Wickelhülse 7 nur ein geringes Drehmoment übertragen. Je größer
die Kraft am Doppelhebel 12 ist, desto größer wird das übertragbare Drehmoment.
Durch Veränderung der von dem Doppelhebel 12 ausgeübten Kraft läßt sich daher das
Drehmoment und dementsprechend die Spannung der aufzuwickelnden Bahn steuern.
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Der Schulterring 8 hat gegenüber dem Schulterring 9 einen größeren
Durchmesser und ist nahe seinem Außenumfang mit einer bestimmten Anzahl von Marken
14 versehen, die in Umfangsrichtung gleichen Abstand voneinander haben. Bei dem
Umlauf des Schulterringes 8, dessen Umlauf genau mit dem der Wickelrolle 15 übereinstimmt,
bewirkt das Vorbeilaufen jeder Marke 14 in der Photozellel6 einen Impuls, der auf
das digitale Zählgerät 17 übertragen wird.
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Auf dem mit der Wickelwelle 1 gekuppelten Wellenstummel 18 sitzt
ein Kettenrad 19, das über die Kette 20 das Kettenrad 21 antreibt. Dieses Kettenrad
läuft infolgedessen mit einer der Wickelwelle 1 proportionalen, jedoch niedrigeren
-Drehzahl um.
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Das Kettenrad 21 sitzt auf der Welle eines Walzenschalters, der mit
drei Kontaktscheiben 22, 23 und 24 versehen ist. Die Kontaktscheibe 24 ist mit einem
Kontaktstück versehen, das bei jedem Umlauf einen Stromkreis schließt, für den zwischen
dem Zählgerät 17 und der Kontaktscheibe 24 die Leitungen 25 und 26 vorhanden sind.
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Das Zählgerät 17 ist von üblicher Bauart. Es zählt die von der Photozelle
16 abgegebenen Impulse und bewirkt bei Erreichen einer vorwählbaren Zahl von Impulsen
der Photozelle 16 einen Steuerimpuls. Der Beginn dieses Zählvorganges wird im vorliegenden
Fall durch die Kontaktgabe der Scheibe 24 eingeschaltet. Der von dem Zählgerät nach
Ablauf einer bestimmten Impulszahl abgegebene Steuerimpuls wirkt auf den Magneten
27, der kurzzeitig angezogen wird und währenddessen den Schalter 28 schließt.
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Die Impulszahl, auf die das Zählgerät eingestellt wird, ist von dem
gewünschten Schlupf zwischen Wickelwelle und Wickelrolle abhängig. Wie später noch
näher erläutert wird, dient als Meßstrecke eine bestimmte Umdrehung der Wickelwelle,
die mit der Kontaktgabe des Kontaktstreifens auf der Scheibe 24 beginnt und mit
einer kontaktfreien Stelle auf den Scheiben 22 und 23 endet.
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Nimmt man an, Wickelrolle und Wickelwelle würden mit gleicher Drehzahl
umlaufen, dann würde während des Ablaufes dieser Meßstrecke von der Photozelle 16
eine bestimmte Anzahl von Impulsen auf das Zählgerät abgegeben. Soll die Wickelrolle
gegenüber der Wickelwelle zurückbleiben, dann ist die im Verlauf der Meßstrecke
von der Photozelle 16 abgegebene Impulszahl geringer. Je niedriger diese Zahl ist,
desto größer ist der Schlupf, d. h. der Drehzahlunterschied zwischen Wickelwelle
und Wickelrolle. Durch Einstellung einer bestimmten Impulszahl am Zählgerät läßt
sich dadurch ein bestimmter Drehzahlunterschied einstellen.
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In A b b. 2 sind die Kontaktscheiben 22, 23 und 24 in abgewickelter
Form dargestellt. Der Kontaktstreifen29 auf der Scheibe 24 verbindet bei jedem Umlauf
die Kontakte der Leitungen 25 und 26 und leitet dadurch im Zählgerät den Beginn
des Zählens ein. Die von dem Zählgerät aufgenommenen Impulse sind oberhalb des Kontaktstreifens
24 durch Striche angedeutet.
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Die Kontaktscheiben 22 und 23 sind mit Kontaktstreifen 30 und 31
belegt und stellen bei deren Vorbeilauf an festen Kontakten der angeschlossenen
Leitungen eine Verbindung der Leitung 32 mit der Leitung 33 bzw. 34 her. Die Kontaktstreifen
30 und 31 sind gegenüber dem Kontaktstreifen 29 so angeordnet, daß der im Zählgerät
nach Ablauf der eingestellten Impulszahl auftretende Steuerimpuls, der durch den
Strich 35 angedeutet ist, in dem Zeitpunkt erfolgt, in dem sich bei richtigem Ablauf
des Wickelvorganges weder der Kontaktstreifen 30 noch der Kontaktstreifen 31 unter
den festen Kontaktstücken befindet. Zwar wird während dieser Zeit der Magnet 27
kurzzeitig angezogen und der Schalter28 geschlossen; auf das Steuergerät 36 hat
das aber keinen Einfluß, weil die an die Leitung 32 angeschlossenen Kontaktstücke
den Stromkreis in diesem Zeitpunkt nicht schließen. Hat sich jedoch der Drehzahlunterschied
zwischen Wickelwelle und Wickelrolle infolge des steigenden Durchmessers der Wickelrolle
vergrößert, dann ist die Zahl der Marken 14, die an der Photozelle 16 während des
Ablaufes der Meßstrecke vor-
beilaufen, geringer. Dadurch wird nach Ab b. 2 der durch
eine strichpunktierte Linie angedeutete und mit 35 bezeichnete Steuerimpuls des
Zählgerätes nach rechts verlegt. Der Schalter 28 wird infolgedessen zu einer Zeit
geschlossen, in der die Verbindung zwischen den Leitungen 32 und 33 durch den Kontaktstreifen
31 hergestellt ist, wodurch über den kurzzeitig geschlossenen Schalter 28 das Steuergerät
36 einen Impuls erhält. Die Zeitdauer dieses Impulses wird durch ein einstellbares
Zeitrelais bestimmt. Dadurch wird die dem Antriebsmotor 2 zugeführte Spannung um
ein bestimmtes Maß verändert. Der Motor läuft infolgedessen anschließend mit etwas
geringerer Drehzahl, wodurch der Schlupf wieder auf seinen ursprünglichen Wert zurückgeführt
wird.
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Dieser Vorgang wiederholt sich infolge des anwachsenden Durchmessers
der Wickelrolle bis zum Erreichen des Enddurchmessers derselben immer wieder.
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Sollte sich im Laufe des Wickelvorganges gelegentlich der Schlupf
zwischen Wickelwelle und Wickelrolle verringern, was z. B. bei sogenannten Überregelungen
vorkommen kann, dann wird der Schlupf durch Drehzahlerhöhung des Antriebsmotors
wieder auf seinen urspünglichen Wert zurückgeführt. Zu diesem Zweck ist die Kontaktscheibe
22 mit dem Streifen 30 vorhanden. Aus der vorherigen Erläuterung der A b b. 2 ist
zu erkennen, daß in einem solchen Fall der Schalter 28 dann kurzzeitig geschlossen
ist, wenn die Leitungen 32 und 34 durch den Kontaktstreifen 30 verbunden sind. Dieser
Stromschluß bewirkt an dem Schaltgerät gegenüber der beschriebenen die entgegengesetzte
Wirkung. Der Motor 2 wird dann mit erhöhter Geschwindigkeit angetrieben.
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Das Ausführungsbeispiel nach A b b. 3 unterscheidet sich von dem
nach A b b. 1 zunächst dadurch, daß der Antriebsmotor 37 nicht selbst zur Regelung
der Wickelwellendrehzahl während des Wickelvorganges benutzt wird. Er treibt die
Wickelwelle 38 unter Zwischenschaltung eines stufenlos regelbaren Getriebes 39,
beispielsweise eines PIV-Getriebes, und der Stirnräder 40 und 41 an. Die Anordnung
der Wickelrolle 42 und der Wickelhülse 43 auf der Wickelwelle kann dem ersten Ausführungsbeispiel
gleich sein, ebenso die Belastung der Reibungskupplungen, so daß diese Teile nicht
näher beschrieben werden. Auch die Anordnung der Photozelle 44, des Zählgerätes
45 und des aus den Scheiben 46, 47 und 48 bestehenden Walzenschalters kann die gleiche
sein. Der von dem Magneten 49 betätigte Schalter 50 schaltet jedoch in Verbindung
mit den Kontaktstücken des Walzenschalters nicht ein Steuergerät ein, sondern entweder
den Magneten 51 oder den Magneten 52, von denen die Ventile in einem hydraulischen
System in Abhängigkeit von einem Zeitrelais kurzzeitig geöffnet werden.
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Das hydraulische System besteht aus einer Pumpe 53, den Leitungen
55, 56, 57 und 58 und dem Zylinder 59, dessen Kolben 60 an den Hebel 61 angelenkt
ist, der das Übersetzungsverhältnis in dem stufenlosen Getriebe 39 verstellt. Normalerweise
ist die Verbindung zwischen den genannten Leitungen dadurch unterbrochen, daß das
Ventil 62 geschlossen ist. Die Pumpe 53 arbeitet zwar während des Wickelvorganges,
die von ihr aus dem Gefäß 63 geförderte Flüssigkeit wird aber infolge des geschlossenen
Ventils gegen das Überdruckventil 64 wieder zurückgeführt.
Wenn
das Zählgerät 45 unter den gleichen Voraussetzungen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel
bei Abgabe seines Steuerimpulses über den Magneten 49 den Schalter 50 eingeschaltet
hat und gleichzeitig der Stromkreis durch den Kontaktstreifen der Scheibe 47 geschlossen
ist, dann wird der Magnet 51 erregt und stellt das Ventil 62 so ein, daß die Leitungen
55 und 58 einerseits und die Leitungen 56 und 57 andererseits miteinander verbunden
sind. Infolgedessen wird Druckfiüssigkeit von der Pumpe 53 dem oberen Raum des Zylinders
59 zugeführt, während aus dem unteren Zylinderraum Flüssigkeit durch die Leitungen
57 und 56 entweichen kann.
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Der Kolben 60 wird dadurch etwas nach unten gedrückt. Das bewirkt
eine Verstellung des Getriebes 39 in dem Sinne, daß die Wickelwelle bei gleichbleibender
Drehzahl des Motors 37 langsamer läuft. Der vorher zu große Drehzahlunterschied
zwischen der Wickelrolle 42 und der Wickelwelle 38 wird dadurch wieder auf den eingestellten
Wert zurückgeführt.
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Umgekehrt ist es, falls aus irgendwelchen Gründen der genannte Drehzahlunterschied
zu gering werden sollte. In diesem Fall wird der Schalter 50 dann geschlossen, wenn
der Kontaktstreifen der Scheibe 46 den Kontakt zwischen den angeschlossenen Leitungen
vermittelt. Dadurch wird der Magnet 52 erregt, der seinerseits das Ventil 62-so
einstellt, daß die Leitung 55 mit der Leitung 57 und die Leitung 56 mit der Leitung
58 verbunden ist. Die Pumpe fördert demgemäß Flüssigkeit in den unteren Zylinderraum,
während Flüssigkeit aus dem oberen Zylinderraum über die Leitungen 58 und 56 entweichen
kann. Infolgedessen wird der Kolben 60 etwas angehoben und verstellt das Getriebe
39 in dem Sinne, daß die Wickelwelle 38 schneller läuft.
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Das Ausführungsbeispiel nach Abb. 1 kann ähnlich dem nach A b b.
3 in der Weise abgewandelt werden, daß an Stelle des Motors 2 mit regelbarer Drehzahl
in Anlehnung an das untere Ausführungsbeispiel ein Motor mit nachgeschaltetem Verstellgetriebe
benutzt wird. Die Verstellung dieses Getriebes wird jedoch nicht durch ein hydraulisches
System bewirkt, sondern dadurch, daß das Steuergerät 36 einen Hilfsmotor einschaltet,
der beispielsweise über eine Spindel od. dgl. den Hebel des stufenlosen obere setzungsgetriebes
verstellt. Dabei schaltet das Steuergerät 36 den Hilfsmotor bei Kontaktgabe des
Streifens 30 in der einen Drehrichtung und bei Kontaktgabe des Streifens 31 in der
anderen Drehrichtung kurzzeitig ein. Die Wirkungsweise deckt sich im übrigen mit
der im Zusammenhang mit A b b. 1 beschriebenen.
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Die beiden Ausführungsbeispiele sind auf das Aufwickeln einer Bahn
abgestellt. Mit der Einrichtung gemäß der Erfindung läßt sich jedoch auch das Abwickeln
einer Bahn in gleicher Weise steuern. Selbstverständlich muß in solchen Fällen die
Abrollwelle, die der Wickelwelle beim Aufwickeln entspricht, mit geringerer Drehzahl
angetrieben werden, wobei ein Schlupf in umgekehrter Richtung auftritt. Ebenso muß
die Regelung des Antriebsmotors bzw. des stufenlosen Übersetzungsgetriebes in der
Weise erfolgen, daß die Drehzahl während des Abwickelvorganges ansteigt.