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Aufwickelvorrichtung mit Reihenschlußmotor für hohe Zugkraftkonstanz
Die Erfindung betrifft eine Aufwickelvorrichtung mit Reihenachlußmotor, steuerbarer
Gleichspannungsquelle und Zugkraftmeßgerät für das Aufwickeln empfindlicher Folien,
Papiere usw mit hoher Zugkraftkonstanz und der überlagerten Wickelspannungatendenz
hart nach härtlich ( von innen nach außen).
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Folien haben eine Dickentoleranz über die Bahnbreite, zOB° von 3>
5 8%, je nach Foliendicke.
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Beim kuPwickeln kommen dickere Längszonen in vielen Schichten übereiander
zu liegen. Wird eine elastisch/plastische Folie zu stramm gewickelt, so stellt sich
an dendünneren Zonen ein geringerer Umfang als an dickeren Zonen ein0 Die Folie
verformt sich plastisch. Nach dem Abwickeln hat jede Lage in den unterschiedlichen
Zonen unterschiedliche Länge, d.h.
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Welligkeit. Eine ursprünglich gute Planlage der Folie wird zerstört.
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Für die Erhaltung guter Planlage ist eine optimale Zugspannung beim
Aufwickeln zu suchen und einzuhalten, so> daß einerseits die Folie nicht in Längszonen
gedehnt wird, daß andererseits der Folienwickel bei zu loser WickelspAnnung nicht
teleskopiert, Je nach Materialqualität und Herstellungsbedingungen haben viele Folien
nach dem Aufwickeln eine Nachschrumpfung. Sie wirkt sich als nachträgliche Zugepannungserhöhung
im Wickel aus. Bei größeren Wickeldurchmessern entstehen dadurch leicht unzuläßige
-Nerte.
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Zur Kompensierung dieser Erscheinung ist der im Prinzip konstanzen
Wickelspannung eine entsprechende Tendenz nach los er zu überlagern, FUr die Feststellung
der optimalen Zuggpannung und ihre exakte Wiedereinstellbarkeit ist eine deutliche
Zugspannungsanzeige
erforderlich.
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Folien, Fäden, Bänder Papiere usw werden zum Zweck des Aufwickelns
am Umfang, von der Achse her sowie auch durch Kombination beider Systeme angetrieben.
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Bei Zentrumsantrieb wird häufig als Antriebsmotor ein Reihenschlußmotor
eingesetzt.
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Wenn uon der Produktionsmaschine her das Gut mit konstanter Warengeschwindigkeit
va angeliefert wird und über den gesamten Durchmesserbereich des zunehmenden Wickeldurchmessers
mit gleichbleibender Zugkraft Z aufgewickelt werden soll, ist am Wickel eine konstante
Wickelleistung N = va Z = konst.
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erforderlich.
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Nährend beim Nebenschlußverhalten von Antriebsmaschinen das Drehmoment
konstant bleibt ist beim Reihenschlußverhalten ( Reihenschlußmaschine) die Leistung
konstant.
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Die Reihenschlußmaschine findet darum einen typischen ßinsatz bei
Ä(iekelaufgaben mit Zentrumsantrieb.
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Bei z.Zt. häufig vorkommenden Nickel - Durchmesserverhältnissen (
Wickel leer/voll) bis 1:3,25 kann allein eine richtig ausgewählte Reihenschlußmaschine
mit der richtigen Spannung versorgt, die gestellte Nickelaufgabe lösen.
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Das geometrische Bild der Beziehung va#Z = N =Md#n = konstans ist
eine Hyperbel ( Drehmoment - Drehzahl - Kennlinie).
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In der Praxis hat der Antriebsmotor (mit Hyperbelcharakter) aber nicht
nur die reine Nutzleistung, nämlich die theoretische Wickellestung zu decken, sondern
auch alle Reibungsverluste der Lager und Kraftübertragungsglieder zuzüglich der
Motor-eigenen Leerlau-, Lüfter- und Stromwärmeverluste.
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Die Summe aller Verlustleistungen tberwiegt sehr häufig die Nutzleistung.
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Nur die Einhaltung einer hyperbeiförmigen Drehmoment - Drehzahlkennlinie
, d.h. konstante Motorleiætutg allein genügt zur Lasung dor bestehenden Auigabe
nicht.
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Dci Fachmann sind die Möglichkeiten der BeeinfluBung der Kennlinie
einer Reihenschlußmaschine z.B. durch Vorschalten
eines Xiderstandes
, durch Parallelschaltung eines Widerstandes zur Erregerwicklung, durch Einbau einer
Nebenschluß Teilwicklung usw bekannt.
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Zur Erreichung einer weitgehenden Zugkraftkonstanz der Warenbahn wurden
Thyratronsteuerungen, spannungssteuernde Magnetverstärker ( P. 1 015 110) beide
mit Motorstrom-Gegenkopplung vorgeschlagen, die ohne Regelung ein mehr oder weniger
brauchbares Ergebnis erzielten.
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Bei einem anderen Vorschlag ( P. 1 141 702) wird mit Hilfe der Halbleitertechnik
die innere Leistung des lvjotors durch sinnvolle Kombination von die Motorleistung
konstanthaltenden Größen, etwa im Sinne analoger Rechnung konstant gehalten.
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Diese bekannten Vorrichtungen haben sich bei mäßigen und mittleren
Anforderungen an die Genauigkeit der Zugkraftkonstanz durchaus bewährt. Es fehlt
ihnen jedoch die für viele empfindliche Folien , Fäden und Bänder erforderliche
Genauigkeit der Zugkraftkonstanz.
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Die oben geschilderten Probleme wirken sich bei den mehr und mehr
ansteigenden Maschinengeschwindigkeiten und den zunehmend größer werdenden Wickeldurchmessern
überproportional erschwerend aus, Die bekannten Lösungen können nur unvollkommen
die unkontrollierbaren, relativ hohen, Strom-, ickelgewichts-, Durchmesser-, Drehzahl-
und leistungsabhängigen, insgesamt von der maschinelIen Ausbildung der Kraftübertragungsglieder
abhängigen Verlustleistungen kompensieren. Weder beim Aufsuchen des optimalen Zugspannungswertes
noch beim Wiedereinstellen dieser Maschineneinstellung ist eine deutliche, in kp
geeichte Anzeige bzw Sollwerteinstellung vorhanden. Die einzelnen komplizierten
elektronischen Schaltungen erfordern zu ihrer Beherrschung bei jedem Anwender hochqualifizierte
Spezialisten,und eine sehr differenzierte und teure Ersatzteil-Lagerhaltung.
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Schließlich sind sie für eine rationelle Herstellung empfindlicher
Folien auf Hochleistungsanlagen nicht genau genug.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Aufwicklung empfindlicher
Folien mit hoher Zugkraftkonstanz und überlagerter Tendenz von hart nach härtlich
zu gewährleisten, das
Aufsuchen und Wiederfinden optimaler Zugspannungswerte
sicherzustellen bzw. deutlich zu verbessern und durch Normung und Verringerung der
Ersatzteil-Lagerhaltung , insgesamt zur Rationalisierung der Spannungsversorgungsgeräte
einen wirtschaftlicheren Weg zu schaffen.
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Bei der vorgeschlagenen Lösung wird nicht wie bei den bekannten Vorschlägen
die dem Motor zugeführte Leistung konstant gehalten sondern die Xickelspannung der
warenbahn gemessen und der Motor auf konstant Zugspannung geregelt, Man könnte dabei
wohl auch jeden anderen Motor einsetzen. Es wäre dann jedoch ein sehr hoher Regelaufwand
nötig (Schwingungsgefahr).
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Der Reihenschlußmotor besitzt jedoch die besten Vorraussetzungen für
die Nutzleistung (Hyperbelcharakter). Der Charakter der Verlustleistungen liegt
etwa in der Mitte zwischen dem Reihen-und Nebenschlußverhalten. Eine Ausregelung
von gemessenen Abweichungen ist deshalb mit sehr geringem Aufwand möglich, Als Spannungsversorgung
kann jede steuerbare Gleichspannungsquelle dienen. Besonders geeignet ist eine bekannte
Gleichrichteranordnung mit steuerbaren Siliziumgleichrichtern (Thyristoren)9 ein
Gerät, das bei der Folienherstellung in den unmittelbar vor dem {wickler liegenden
Verfahrensstufen mehrfach mit Vorteil vorhanden ist bzw vorhanden sein kann. Dies
ist vorteilhaft bei Verstellung der Anlagengeschwindigkeit und erleichtert die technische
Versorgung der hnlage.
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Für die Messung der Zugkraft sind mehrere Methoden bekannt, sie sind
teilweise sehr aufwendig und kostspielig.
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VorschlagsgemaB wird ein einfaches Doppel-Zugkraftmeßgerät unter die
beiden Lager der letzten Umlenkwalze vor der Aufwicklung untergebaut. Dies ist nahezu
in allen bestehenden Anlagen möglich.
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Jedes Einzelgerät besteht aus einer zuverläßigen und leichtgangigen
Parallelführung, einer oder mehreren Stahl-Meßfedern und einem Meßfeder-Weggeber
mit elektrischem Ausgang.
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Mit Rücksicht auf die Gefahr des Verlaufens der Folie wird der Federweg
in der Jrö3enordnung 0,5 bis 1 mm gehalten.
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Die Kombination gem. der Erfindung kann in Einzelteilen Abwandlungen
erfahren. So kann als Ivießglied jedes andere aufwendigere Lleßsystem eingesetzt
werden, dessen Ausgang an die Spannungsquellensteuerung anpaßbar ist.
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Beim wickeln sehr empfindlicher Folien und ganz besonders bei großen
Wickeldurchmessern ist die im Prinzip konstante Wickelspannung von innen nach außen
mit einer Tendenz nach loser zu versehen. Dadurch wird der Nachschrumpf mit den
bekannten Erscheinungen tBogenlauf' bzw 'Säbeleffekt" verhindert Es ist bekannt,
zur einhaltung einer solchen Tendenz manuell oder durch Durchmesserabtastung mechanisch
den Sollwert zu erniedrigen.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Wickelachse
relativ zur fqjeßwalze in dem Ma3e verschoben wird, daß sich wie im Folgenden\beschrieben
und in Bild 2 und 5 gezeigt die erforderliche Tendenz ergibt.
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In Bild 2 ist die Wickelhülse fast leer Der MeBwert, der konstantgehalten
wird ist: R = g + Z1 + Z2 R = k Z In Bild 3 ist die tlülse voll bewickelt. Es ergibt
sich = g + Z1 +Z'2 Da der Anteil von Z2 in R-Richtung größer als der zugehörige
Anteil von Z2, wirkt R' ebenfalls größer auf die Messung, obwohl die Zugspannung
Z2 nicht ihre Größe, sondern nur ihre Richtung geändert hat. Die Regelung stellt
die scheinbare Zugspannungsvergrößerung von R auf R' auf den Betrag von R zurück.
Damit wird praktisch die Zugspannung reduziert. Die Reduzierung wächst mit steigendem
winkel « . Durch unterschiedliche Verschiebung 5 sind die erforderlichen Tendenzen
nach baer" einstellbar.
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Ein Ausführungsbeispiel des Wicklers zeit Bild 1. Die Ist-Zugspannung
ist am Anzeigeinstrument V, geeicht in kp, ablesbar. S ist der Sollwertsteller,
Q ist die Gleispannungsquelle, die den Reihenschlußmotor versorgt, M das Zugspannungsmeßgeräte