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Umwickeleinrichtung für Färbejigger oder dgl.
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Die Erfindung betrifft eine Umwickeleinrichtung für Färbejigger oder
dgl., mit mindestens zwei motorisch angetriebenen Wickelwalzen und mit vollständig
außerhalb der Jiggerkammer angeordneten Führungseinrichtungen zur Konstanthaltung
der Bahngeschwindigkeit und der Bahnspannung, wobei die Bahnspannung abhängig vom
Drehmoment am Wickelwalzenantri.eb geregelt wird.
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Bei der Behandlung von Textilbahnen in Färbejiggern wird zur Erzielung
einer gleichmäßigen Behandlungsintensität eine möglichst konstante Bahngeschwindigkeit
angestrebt. Darüber hinaus soll auch die Spannung der Bahn
auf einem
konstanten Wert gehalten werden, um einerseits eine ausreichende Führung der Bahn
zu gewährleisten und andererseits eine Uberlastung der Bahn sicher zu vermeiden.
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Durch die DE-PS 16 35 116 ist eine Umwickeleinrichtung für Färbejigger
bekannt, bei der die Führungseinrichtungen zur Konstanthaltung der Bahngeschwindigkeit
und der Bahnspannung vollständig außerhalb der Jiggerkammer angeordnet sind. Die
dort beschriebene Einrichtung hat den großen Vorteil, daß an der Warenbahn selbst
keine Meßfühler, z. B. Tänzerwalzen, angeordnet sind, die das Behandlungsergebnis
beeinträchtigen könnten. Da dort die Führungseinrichtungen vollständig außerhalb
der Jiggerkammer liegen, besteht auch nicht die Gefahr einer langfristigen Funktionsbeeinträchtigung
durch aggressive Flüssigkeiten, Dämpfe oder dgl. Zur Konstanthaltung der Bahngeschwindigkeit
ist jedoch die Einrichtung nach der DE-PS mit einem sehr aufwendigen Xeibrad-Getriebe
ausgestattet, welches für beide Wickelwalzen ein bestimmtes Drehzahlverhältnis nach
der sogenannten Wickelformel vorgibt.
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Trotz komplizierter Ausgleichmechanismen muß im übrigen damit gerechnet
werden, daß sich die Bahngeschwindigkeit während der Behandlung verändert, da sie
nicht unmittelbar gemessen wird. Die dortige Bahnspannung wird zwar abhängig vom
Drehmoment am Wickelwalzenantrieb ermittelt, doch ist die damit verbundene Regeleinrichtung
für den Antrieb der beiden Walzen dort sehr aufwendig und kompliziert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Umwickeleinrichtung
zu schaffen, die einen einfachen Aufbau besitzt und bei der neben der Bahnspannung
auch ständig die Bahngeschwindigkeit kontrolliert wird.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Führungseinrichtungen
vollständig als Regeleinrichtungen ausgebildet sind, daß jeweils nur der Aufwickelwalze
ein antreibender Motor zugeordnet ist, der für sich regelbar ist, daß der Abwickelwalze
ein gleicher, jedoch jeweils als Bremse umgeschalteter Motor zugeordnet ist, dessen
Bremsmoment regelbar ist, daß die Ist-Bahngeschwindigkeit über die Ist-Drehzahlen
der beiden Wickelwalzen mittels Drehzahlgeber und die Ist-Bahnspannung über das
Ist-Bremsmoment des der abwickelnden Walze zugeordneten Motors in Verbindung mit
der Ist-Geschwindigkeit erfaßt werden und daß der die aufwickelnde Walze antreibende
Motor abhängig von einer Regelabweichung bei der Bahngeschwindigkeit und der der
abwickelnden Walze zugeordnete Motor abhängig von einer Regelabweichung bei der
Bahnspannung verstellt werden. Da bei dieser Anordnung nur die Aufwickelwalze angetrieben
wird, dagegen die Abwickelwalze gebremst wird, kann die Bahngeschwindigkeit allein
durch die Drehzahl des antreibenden Motors und die Bahnspannung allein durch das
Moment des abbremsenden Motors geregelt werden; d. h. es ergeben sich sehr einfache
Zusammenhänge zwischen Regelgrößen und Stellgrößen. Auch die Aufnahme der Ist-Größen,
d. h. die Drehzahlen
der beiden Wickelwellen sowie das Moment des
abbremsenden Motors, ist mit einem sehr geringen Aufwand verbunden; die entsprechenden
Drehzahlgeber und Drehmomenten-Erfasser sind ohne weiteres außerhalb der Jiggerkammer
anzuordnen.
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Der Erfindung zufolge kann jeder Motor über ein Kraftmeßglied an seinem
Widerlager abgestützt sein. Die dabei gemessene Kraft ist ein Maß für das jeweilige,
am bremsenden Motor angreifende Drehmoment, wobei während eines Arbeitsganges jeweils
nur der Meßwert am abbremsenden Motor ausgewertet zu werden braucht. Bei einer Umschaltung
des Jiggers auf die entgegengesetzte Wickelrichtung, z. B.
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bei einem mehrfachen Durchlaufen des Bades, braucht dann die Regeleinrichtung
jeweils nur auf das zweite Kraftmeßglied am anderen Motor umgeschaltet zu werden.
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In Ausgestaltung der Erfindung können Drehzahlgeber und Kraftmeßglieder
mit elektrischen Ausgangsgrößen verwendet werden, welche in einem Rechner-Vergleicher,
der die Stellbefehle für die beiden Motore liefert, miteinander und mit Soll-Größen
verknüpft werden. Bei der Umwickeleinrichtung nach der Erfindung ist zwar grundsätzlich
eine mechanische, pneumatische oder hydraulische Regelung denkbar, doch bietet sich
bei dem heutigen Stand der Technik insbesondere eine elektronische Regelung über
einen Rechner-Vergleicher an, welcher z. B. als integrierter Schaltkreis ausgeführt
sein kann. Auf diese Weise können die verschiedenen nichtlinearen
Zusammenhänge
zwischen den Ist- und Soll-Größen am bequemsten realisiert werden.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann zu Beginn
des Umwickelns aus dem Kernradius der aufwickelnden Walze und den Anfangsdrehzahlen
beider Walzen ein für den jeweiligen Arbeitsvorgang charakteristischer analoger
Radius Y ermittelt und im Rechner-Vergleicher gespeichert werden und die Geschwindigkeit
vwährenddes Arbeitsvorganges dann anhand der beiden Walzendrehzahlen n1, n2 berechnet
werden. Durch die Ermittlung des analogen Radius Y anhand der Anfangsdrehzahlen
beider Walzen genügt es, zu Beginn eines Arbeitsganges lediglich die Soll-Bahngeschwindigkeit
und die Soll-Bahnspannung vorzugeben. Der Wickeldurchmesser braucht dagegen nicht
besonders eingestellt zu werden.
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Der Erfindung zufolge können die Motoren Hydraulikmotoren oder Elektromotoren
sein. Der Vorteil von Hydraulikmotoren besteht darin, daß bei ihnen eine besonders
feine Regelung von Drehmoment und Drehzahl möglich ist. Elektromotoren lassen sich
demgegenüber in besonders einfacher Weise mit einem elektronischen Rechner-Vergleicher
verknüpfen.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben,
in der zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Umwickeleinrichtung
in Draufsicht, Fig. 2 die Umwickeleinrichtung gemäß eines Schnittes II-II in Fig.
1 und Fig. 3 die Umwickeleinrichtung gemäß eines Schnittes 111-111 in Fig. 1.
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Die in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Umwickeleinrichtung für Färbejigger
dient zur Regelung von Drehzahl und Moment der Aufwickelwalze 1 sowie der Abwickelwalze
2. Von der Abwickelwalze 2 zur Aufwickelwalze 1 wird eine Warenbahn 3 über Umlenkwalzen
4 durch das eigentliche, nicht näher gezeigte Färbebad geführt. Die Wickelwalzen
1, 2, die Umlenkwalzen 4 sowie das Färbebad sind vollständig von einer Jiggerkammer
5 umschlossen, so daß keine aggressiven Medien in die Umwelt gelangen können. Auf
den beiden Wellen 6, 7 der beiden Wickelwalzen 1, 2 befinden sich jeweils Drehzahlgeber
8, 9, deren elektrische Ausgangsgrößen einem Rechner-Vergleicher 10 zugeführt werden.
Auf den Wellen 6, 7 sind außerdem jeweils Motoren 11, 12 angeordnet, wobei der Motor
11 die Aufwickelwalze 1 antreibt, während der Motor 12 als Bremse umgeschaltet ist
und somit die Abwickelwalze 2 abbremst.
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Die Motoren 11, 12 stützen sich über Hebelarme 13, 14 auf festen Widerlagern
15, 16 ab, wobei zwischen Hebelarme und Widerlager jeweils Kraftmeßglieder 17, 18
geschaltet sind. Bei den gezeigten Drehrichtungen 19, 20 der Walzen 1, 2 nehmen
die Motoren 11, 12 bei einer Schaltung als Antrieb bzw. Bremse Drehmomente in den
Richtungen 21, 22 auf. Die Richtungen 21, 22 der Drehmomente bleiben dabei auch
nach dem Wechsel der Wickelrichtung erhalten, so daß eine Abstützung der Motoren
11, 12. in einer Richtung grundsätzlich genügt und ein zweites Gegenlager allenfalls
aus Sicherheitsgründen erforderlich ist. Bei der gezeigten Wickelrichtung wird nur
die Ausgangsgröße des Kraftmeßgliedes 18, welches dem abbremsenden Motor 12 zugeordnet
ist, dem Rechner-Vergleicher 10 zugeleitet. Das Kraftmeßglied 17 kann dagegen bei
der gezeigten Wickelrichtung vollständig festgesetzt werden.
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Die Auswertung der drei Ausgangsgrößen erfolgt nach den bekannten
Gleichungen für Umwickeleinrichtungen.
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Unter der Voraussetzung, daß die Abwickel- und die Aufwickelgeschwindigkeit
v der Warenbahn 3 gleich sind, gelten folgende Grundbeziehungen, die z. B. in der
DE-PS 16 35 116 angegeben sind r12 r2 Rmax + Rg = Y2 (1) 2 TT. n1 rl = v = 2 1<
n2 r2 (2)
In diesen Formeln entsprechen die Radien rl, r2 den momentanen
Wickelradien der Aufwickelwalze 1 bzw. der Abwickelwalze 2. Mit Rg ist der Radius
der Wickelkerne 23, 24 der beiden Walzen 1, 2 bezeichnet. Rmax bezeichnet den maximalen
Wickelradius, also den Radius der Abwickelwalze 2 zu Beginn eines Arbeitsvorganges.
Die Größen Rg und Rmax können der Ubersichtlichkeit halber in dem sogenannten analogen
Radius Y zusammengefaßt werden0 Die Zeichen n1, n2 stehen für die momentanen Drehzahlen
der Walzen 1 und 2.
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Aus den Gleichungen (1) und (2) ergibt sich für die Geschwindigkeit
v der Warenbahn
Wie aus Gleichung (3) ersichtlich, werden zur Bestimmung der Geschwindigkeit v der
Warenbahn lediglich die beiden Drehzahlen n1, n2 sowie der analoge Radius Y benötigt.
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Der analoge Radius Y kann in einfacher Weise bestimmt werden, da zu
Beginn eines Arbeitsganges der Radius der Aufwickelwalze 1 gleich Rg ist und von
daher die Geschwindigkeit v0 der Warenbahn unmittelbar bestimmt werden kann. Aus
der Anfangsdrehzahl der Abwickelwalze 2 kann dann auf den
maximalen
Wickelradius Rmax ohne weiteres zurückgeschlossen werden.
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Das Ziel der Regelung, nämlich die Bahngeschwindigkeit v konstant
zu halten, ist gemäß den obigen Gleichungen dann erfüllt, wenn sich während eines
Arbeitsvorganges die Drehzahlen n1, n2 entsprechend der sogenannten Wickelformel
verhalten ( vergl. z. B. DE-OS 28 56 104)
| 1 1 2 2 |
| + 2 = Y = const. (4) |
| z n2 v |
Mit den Drehzahlen n1, n2 und der Bahngeschwindigkeit v lassen sich nach Gleichung
(2)auch die momentanen Radien r1, r2 bestimmen. Ist zusätzlich auch das Bremsmoment
Mb2 an der Aufwickelwalze 2 bekannt, läßt sich die Bahnspannung F5 nach der Beziehung
Mb2 F = -- (5) r2 unmittelbar herleiten. Hierbei ist vorausgesetzt, daß die Reibmomente
an den Umlenkwalzen 4 im Vergleich zum Bremsmoment Mb2 vernachlässigbar sind. Diese
Voraussetzung kann aber als erfüllt angesehen werden, wenn nur die Aufwickelwalze
angetrieben wird, während die
Abwickelwalze gegen einen Bremswiderstand
mitgeschleppt wird.
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Die oben aufgestellten Beziehungen für die Bahngeschwindigkeit vunddie
Bahnspannung F sind zwar nichtlinear:; doch 5 sind sie aufgrund der wenigen Eingangsgrößen
noch ohne weiteres in einem Rechner- Vergleicher 10, der als integrierter Schaltkreis
aufgebaut ist, zu verarbeiten.
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Der Benutzer braucht dabei lediglich über die Sollwertgeber 25, 26
die gewünschten Größen für Bahnspannung F 5 und Bahngeschwindigkeit v vorzugeben.
Aufgrund der entsprechend nach den Gleichungen (4) und (5) berechneten Sollwert-Funktionen
für die Drehzahlen nl und n2 bzw.
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das Bremsmoment Mb gibt der Rechner-Vergleicher 10 dann entsprechende
Stellbefehle an die Stellbefehlwandler 27, 28, die beispielsweise im Falle von Hydraulikmotoren
elektrische Signale in analoge Druck- und. Volumenänderungen umformen.
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Im Falle von Elektromotoren können dort Schwachstrom-Signale in Starkstrom-Spannungen
und -ströme umgewandelt werden. Uber die Stellbefehlwandler 27, 28 werden dann die
Momente bzw. die Drehzahlen der Motoren 11, 12 geregelt.
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Nach dem vollständigen Abwickeln der Walze 2 kann der gesamte Arbeitsvorgang
in analoger Weise in Gegenrichtung durchgeführt werden; do h. die Walze 2 wird zur
Aufwickelwalze, die Walze 1 zur Abwickelwalze.
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