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Vorrichtung zur Regelung der Zugkraft bahnförmigen Wickel-
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gutes Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Zugkraft
eines einer Wickelwalze über eine vorgeschaltete Umlenkwalze bahnförmig zugeführten
Wickelgutes mittels eines von der Zugkraft gesteuerten Antriebes.
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Es gibt, insbesondere in der Textilindustrie, Anwendungsfälle, bei
denen die Zugkraft eines einer Wickelwalze bahnförmig zugeführten Wickelgutes konstant
gehalten werden muß.
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Das ist zum Beispiel bei Zettel- oder Schärmaschinen der Fall, bei
denen als Wickelgut nacheinander Fadenscharen gleicher Länge aufgewickelt werden
müssen.
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Es wurde bereits vorgeschlagen, in den Lauf der Fadenschar eine regelbare
Bremse zu schalten. Eine Bremse ist jedoch in den Fällen unbrauchbar, in denen die
Zugkraft, mit der das Wickelgut aus dem Lieferwerk, zum Beispiel aus einem Spulengatter,
abgezogen werden muß, bereits größer ist als die Zugkraft, mit der das Wickelgut
aufgewickelt werden soll.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Regelung sehr großer
und wahlweise auch sehr kleiner Zugkräfte zu gewährleisten,
unabhängig
davon, mit welcher Zugkraft das Wickelgut aus dem Lieferwerk abgezogen werden muß.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Umlenkwalze mit einer
wahlweise als Motor oder Generator betreibbaren elektrischen Induktionsmaschine
gekuppelt ist.
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Je nach der Zugkraft, mit der das Wickelgut aus dem Lieferwerk abgezogen
werden muß, arbeitet die Induktionsmaschine als Generator oder als Motor. Gegebenenfalls
läuft sie auch mit Leerlaufdrehzahl, ohne ein Drehmoment abzugeben. Die Induktionsmaschine
ist im einfachsten Fall eine Asynchronmaschine mit Kurzschlußläufer.
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Der Grundgedanke der Erfindung beruht auf der Eigenschaft einer Induktionsmaschine,
ihren Schlupf abhängig vom Drehmoment in verhältnismäßig engen Grenzen zu ändern.
Im Normalbetrieb wird der Transport des Wickelgutes überwiegend von der mit der
Induktionsmaschine verbundenen Umlenkwalze übernommen, während sich der Antrieb
der Wickelwalze, in bekannter Weise von der gemessenen Zugkraft des auflaufenden
Wickelgutes gesteuert, selbsttätig auf eine Geschwindigkeit einstellt, bei der Soll-
und Istwert der Zugkraft übereinstimmen.
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Wenn jedoch die Zugkraft des auf die Wickelwalze auflaufenden Wickelgutes
sehr groß sein soll, arbeitet die Induktionsmaschine
zweckmäßig
als Generator. Der Übergang vom Generator- zum Motorbetrieb geschieht, falls erforderlich,
kontinuierlich. Die Drehzahl-/Drehmomentkennlinie ist zum Beispiel durch Vorwiderstände,
Widerstände im Läuferstromkreis, Stelltransformatoren oder Umschaltung von Stern-
auf Dreieckschaltung variierbar.
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Die Umlenkwalze kann zugleich als Meßwalze zur Messung der Länge des
transportierten Wickelgutes verwendet werden. Hierzu kann der Umlenkwalze zum Beispiel
ein in Meter und Zentimeter geeichter Umdrehungszähler zugeordnet sein.
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Zur Einstellung des ungefähren Arbeitspunktes der Induktionsmaschine
beziehungsweise der Transportgeschwindigkeit des Wickelgutes ist vorteilhaft ein
stufenlos einstellbares, zur Übertragung positiver und negativer Drehmomente sowie
zum Aus- und Einkuppeln eingerichtetes Kupplungsgetriebe zwischen Umlenkwalze und
Induktionsmaschine angeordnet. Die Transportgeschwindigkeit des Wickelgutes kann
vorteilhaft an einer Steuervorrichtung der Induktionsmaschine oder am Kupplungsgetriebe
einstellbar sein.
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Beim Bremsen oder starken Verzögern des Antriebes der Wickelwalze
kann die Zugkraft des bahnförmig zugeführten Wickelgutes nachlassen. Daher ist in
weiterer Ausgestaltung der Erfindung das Kupplungsgetriebe zu Beginn des Bremsens
oder
starken Verzögerns des Antriebes der Wickelwalze auskuppelbar,
Die ausgekuppelte Umlenkwalze kann zusätzlich gebremst werden.
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Auch beim Anfahren könnte die Zugkraft des bahnförmig zugeführten
Wickelgutes unzulässig klein werden. Daher ist vorteilhaft die Anfahr-Zeitkonstante
der Induktionsmaschine größer als die Anfahr-Zeitkonstante des Antriebes der Wickelwalze.
Die Anfahr-Zeitkonstante der Induktionsmaschine kann zum Beispiel durch eine der
Induktionsmaschine zugeordnete besondere Schwungmasse, zum Beispiel ein Schwungrad,
und/oder Mittel der Hochlaufsteuerung vergrößert werden.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß wahlweise sehr kleine und sehr große Zugkräfte mit ein und derselben Vorrichtung
beim Aufwickeln des Wickelgutes eingestellt werden können. Dabei kann im Normalbetrieb
der Arbeitspunkt der Induktionsmaschine so gewählt werden, daß ohne Beeinträchtigung
der Genauigkeit der Regelung die geringstmögliche Wirkleistung zusätzlich aufgebracht
werden muß oder sogar Wirkleistung rückgespeist werden kann.
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Die Leistung der Induktionsmaschine kann also klein gehalten werden.
Der Gegenstand der Erfindung ist anderen Vorrichtungen, die das bahnförmige Wickelgut
entweder nur transportieren oder nur bremsen können, wegen ihrer universellen Verwendbarkeit
überlegen.
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Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung
wird im folgenden Text näher beschrieben und erläutert.
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Die Zeichnung zeigt eine Wickelwalze 1, deren Welle 2 durch ein Getriebe
3 antreibbar ist. Die Abtriebswelle 4 eines Motors 5 hat Verbindung mit dem Getriebe
3. Bahnförmig geführtes Wickelgut 6, das aus einem nicht dargestellten Lieferwerk
abgezogen wird, umschlingt eine Umlenkwalze 7 und wird dann der Wickelwalze 1 zugeführt,
auf der sich bereits ein Wickel 8 aufgewickelten Wickelgutes befindet. Bei dem bahnförmigen
Wickelgut 6 kann es sichzumBeispiel um eine der Wickelwalze einer Zettelmaschine
zugeführte Fadenschar handeln. Die am Ende eines Hebels 9 befindliche Tastrolle
10 eines Zugkraftmeßgerätes 11 legt sich federnd gegen die Oberfläche des bahnförmig
geführten Wickelgutes 6 im Bereich zwischen der Umlenkwalze 7 und der Wickelwalze
1. Die Auslenkung des Hebels 9 ist ein Maß für die Zugkraft des Wickelgutes in diesem
Bereich.
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Die Umlenkwalze 7 wird durch eine Welle 12 von einem Kupplungsgetriebe
13 aus angetrieben. Die Welle 14 einer Asynchronmaschine 15 hat Verbindung mit dem
Kupplungsgetriebe 13. Das Übersetzungsverhältnis des Kupplungsgetriebes 13
kann
an einem Einstellknopf 16 eingestellt werden.
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über Leitungen 17, 18, 19 und einen Schalter 20 ist die Asynchronmaschine
15 mit einem als Spannungsquelle dienenden Drehstromtransformator 21 verbunden.
Von einem Regler 22 führt eine Steuerleitung 23 zum Zugkraftmeßgerät 11, eine Steuerleitung
30 zum Kupplungsgetriebe 13, eine Steuerleitung 31 zum Kupplungsgetriebe 3 und eine
Wirkverbindung 24 zum Motor 5. Am anderen Ende der durchgehenden Welle 14 befindet
sich ein Schwungrad 25.
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Eine auf einer Welle 27 angeordnete federbelastete Andrückwalze 26
liegt hinter der Auflauflinie des bahnförmig geführten Wickelgutes auf dem Wickel
8 an und wird allein durch Friktion mit der Umfangsgeschwindigkeit dieses Wickels
angetrieben.
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Die Energiezufuhr zum Regler 22 geschieht durch eine Leitung 28. Die
Wickelwalze 1 rotiert in Richtung des Pfeils 29.
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Im vorliegenden Fall sei das Übersetzungsverhältnis des stufenlos
einstellbaren Kupplungsgetriebes 13 mittels des Einstellknopfes 16 so gewählt, daß
bei der gewünschten Transportgeschwindigkeit des Wickelgutes 6 die Asynchronmaschine
15 im Motorbetrieb arbeitet, das bahnförmige Gut also unter
Arbeitsaufwand
aus dem Lieferwerk abzieht. Die sich dabei einstellende asynchrone Drehzahl der
Asynchronmaschine bestimmt daher im wesentlichen die Transportgeschwindigkeit des
bahnförmigen Wickelgutes.
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Entsprechend der gewünschten Transportgeschwindigkeit ist auch das
Übersetzungsverhältnis des Getriebes 3 eingestellt, das zusammen mit dem Motor 5
den Antrieb der Wickelwalze 1 bildet. Die Drehzahl des Motors 5 wird nun mittels
des Reglers 22 und des Zugkraftmeßgerätes 11 so gesteuert, daß die Zugkraft in vorgegebenen
Toleranzgrenzen einen konstanten Wert beibehält.
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Beim Anfahren besteht die Möglichkeit, den Schalter 20 verspätet einzuschalten,
so daß die Asynchronmaschine 15 nicht schneller hochlaufen kann als der Motor 5.
Andererseits kann aber auch der Motor 5 und die Asynchronmaschine 15 zum gleichen
Zeitpunkt in Betrieb genommen werden. Das Schwungrad 25 sorgt dann dafür, daß die
Hochlauf-Zatkonstante der Asynchronmaschine 15 größer ist als die Hochlauf-Zeitlconstante
des Antriebes 3, 5 der Wickelwalze 1. Eine Inbetriebnahme zum gleichen Zeitpunkt
kann durch nicht dargestellte bekannte Mittel, zum Beispiel einen kombinierten Einschalter,
erfolgen.
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Zu Beginn des Bremsens oder starken Verzögerns des Antriebes der Wickelwalze
wirkt der Regler 22 über die Steuerleitung 30 auf das Kupplungsgetriebe 13 ein und
bewirkt das Auskuppeln des Getriebes, das heißt das Trennen der Wirkverbindung zwischen
den Wellen 12 und 14. Zugleich kann der Regler 22 über die Steuerleitung 31 auch
auf das Kupplungsgetriebe 3 einwirken und ein Trennen der Wirkverbindung zwischen
den Wellen 2 und 4 veranlassen. Zugleich oder anschließend können die rotierenden
Teile separat gebremst werden. Das selbsttätige Auskuppeln des Kupplungsgetriebes
13 ermöglicht vorteilhaft ein schnelles, an die üblicherweise möglichst kurze Bremszeit
der Wickelwalze 1 angepaßtes Bremsen der mit wenig Masse behafteten Umlenkwalze
7 unabhängig von der Abschalt- und Bremszeit der Asynchronmaschine 15.
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Dabei benötigt die Umlenkwalze 7 unter Umständen keine besondere Bremseinrichtung,
weil sie durch das bahnförmige Wickelgut gebremst wird.