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Warenbaumantrieb für eine Webmaschine
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Die Erfindung betrifft einen Antrieb für einen Warenbaum einer Web-
oder Wirkmaschine mit einer als Reibungskupplung ausgebildeten Rutschkupplung, bei
der das übertragbare Drehmoment zur Anpassung an den Durchmesser eines auf den Warenbaum
aufzuwickelnden Wickels einstellbar ist.
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Bei Webmaschinen und Breitwirkmaschinen wird die fertiggewebte Ware
von Warenabzugsrollen abgezogen. Sie wird dann - in der Regel nach der Umlenkung
über mehrere Umlenkrollen - auf einen Warenbaum aufgewickelt. Zum Antrieb des Warenbaums
ist eine als Reibungskupplung ausgebildete Rutschkupplung vorgesehen, deren Antriebsseite
in Abhängigkeit von der Drehzahl der Warenabzugsrollen - in der Regel über ein Getriebe
- angetrieben wird und deren Abtriebsseite mit dem Warenbaum in Verbindung steht.
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Eine Reibungskupplung - bei bekannten Ausführungsformen eine federgeschaltete
Reibungskupplung - wird benötigt, da der Wunsch besteht, die Zugkraft in der Warenbahn
vom kleinsten bis zum gr6ßten Wickeldurchmesser konstant zu halten, was voraussetzt,
daß das Drehmoment der übertragenden Kupplung variiert werden kann. Bei gleichbleibendem
Drehmoment würde nämlich aufgrund des zunehmenden Wickeldurchmessers die in der
Warenbahn wirksame Kraft immer kleiner werden.
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Das Erfordernis des veränderbaren Drehmoments wird durch eine Reibungskupplung
erfüllt. Bisher wurde die Anpassung des Drehmoments dadurch vorgenommen, daß die
Federn einer federgeschalteten Reibungskupplung von Hand verstellt, beispielsweise
angespannt, wurden. Die Anpassung der Federspannung an den steigenden Wickeldurchmesser
und damit die in der Warenbahn auftretende Zugkraft waren somit von der Aufmerksamkeit
der Bedienungsperson abhängig. Eine vollständige Konstanthaltung der Zugkraft konnte
hierdurch jedoch auch nicht erzielt werden, da die Verstellung der
Rutschkupplung
in diskreten Schritten erfolgte. Außerdem war dieses Verfahren personalaufwendig,
da immer wieder der Wickeldurchmesser des Warenbaums kontrolliert und die Rutschkupplung
entsprechend nachgestellt werden musste.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen Warenbaumantrieb
der eingangs genannten Art so fortzubilden, daß die in der Warenbahn wirkende Zugkraft
unabhängig vom Wickeldurchmesser automatisch konstant gehalten wird. Diese Aufgabe
wird dadurch gelöst, daß die Reibungskupplung eine elektromagnetische Reibungskupplung
ist, deren das übertragbare Drehmoment bestimmender Elektromagnet in Abhängigkeit
einer vom Wickeldurchmesser abhängigen Größe von einem Steuerglied angesteuert wird.
Anstelle einer bekannten federgeschalteten Reibungskupplung wird also eine elektromagnetisch
betätigbare Reibungskupplung eingesetzt. Diese Reibungskupplung wird von einem Steuerglied
angesteuert, dem als Sollgröße eine den Wickeldurchmesser anzeigende Größe zugeführt
wird. Mit steigendem Wickeldurchmesser steigt das dem Steuerglied zugeführte Sollsignal
ebenfalls an (bzw. nimmt ab) und bewirkt, daß die elektromagnetische Reibungskupplung
stärker angespannt wird.
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Die Folge ist, daß die Reibungskupplung ein größeres Drehmoment übertragen
kann, welches erforderlich ist, um trotz des gestiegenen Wickeldurchmessers die
in der Warenbahn wirkende Zugkraft konstant zu halten.
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Durch diese Ausgestaltung ergibt sich zum einen der Vorteil, daß eine
manuelle Bedienung der Reibungskupplung nicht mehr erforderlich ist. Die Anpassung
der Zugkraft an den Wickeldurchmesser erfolgt außerdem kontinuierlich und nicht
mehr diskret, so daß immer exakt dieselbe Zugkraft in der Warenbahn gewährleistet
werden kann. Schließlich entfällt auch die Möglichkeif der Fehlbedienung der Reibungskupplung,
beispielsweise durch falsches Anspannen der Federn oder durch Versäumen des Zeitpunkts,
zu dem eine Nachstellung einer von Hand betätigten Reibungskupplung erforderlich
wäre.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Antriebsseite der elektromagnetisch
betätig.ten Reibungskupplung an einen eigenen Antrieb angeschlossen, der yon einem
Regler gesteuert wird, welchem die Drehzahl der Warenabzugsrollen als Sollwert zugeführt
wird. Vorteilhafter ist es allerdings, die Antriebsseite der Reibungskupplung direkt
mechanisch mit den Warenabzugsrollen oder dem An-Antrieb dieser Warenabzugsrollen
zu koppeln. Bevorzugt wird hierfür ein Übersetzungsgetriebe vorgesehen, welches
so ausgelegt ist, daß die Antriebsseite der Reibungskupplung stets eine höhere Drehzahl
aufweist als die notwendige Drehzahl der Abtriebsseite, die diese aufweisen muß,
um die Warenbahn mit konstanter Zugkraft auf den Warenbaum auf zuwickeln. Bevorzugt
ist das übersetzungsgetriebe so ausgelegt, daß die Schlupfdrehzahl, d.h. die Drehzah.ldifferenz
zwischen An- und Abtriebsseite der Reibungskupplung, bei der langsamsten Warengeschwindigkeit
und dem kleinsten Wickeldurchmesser zwei Umdrehungen pro Minute beträgt. Der Einsatz
des Übersetzungsgetriebes hat den Vorteil, daß ein eigener Antriebsmotor für den
Warenbaum eingespart werden kann.
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Häufig wird gewünscht, daß bei im wesentlichen während des gesamten
Wickelvorgangs konstanter Zugkraft in der Warenbahn die letzten Lagen des Wickels
nicht ganz so stramm aufgewickelt werden wie der innere Kern. Dieser Effekt stellt
sich bei dem erfindungsgemäßen Warenbaumantrieb dadurch etn, daß sich bei höherem
Wickeldurchmesser die Schlupfdrehzahl erhöht und der Reibwert hierdurch erniedrigt.
Dieser erwünschte Effekt kann weiterhin noch verstärkt werden, wenn das Steuerglied
ein den durch den Elektromagneten fließenden Strom in Abhängigkeit einer vom Wickeldurchmesser
abhängigen Größe regelnder Stromregler ist. Es wird also nicht die Spannung, sondern
der durch den Elektromagneten fließende Strom geregelt.
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Bei größerem Wickeldurchmesser, d.h. höherem Strom durch den Elektromagneten
der Reibungskupplung, tritt im Magnetkreis eine Sättigung auf, so daß der erzielbare
Momentenverlauf insofern vom Stromverlauf abweicht, als er unterproportional zu
diesem
wächst. Tn diesem Betriebszustand wächst das von der Reibungskupplung
übertragene Drehmoment also nicht proportional mit dem Wickeldurchmesser, so daß
die äußeren Lagen des Wickels weniger stramm aufgewickelt werden als die inneren
Lagen.
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Bei kleinem Wickeldurchmesser, d.h. geringem Strom durch den Elektromagneten
der Reibungskupplung, verläuft das Drehmoment dagegen proportional zum Strom, so
daß in diesem Fall die Zugkraft in der Warenbahn exakt konstant gehalten wird.
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Der Einsatz eines Stromreglers hat darüber hinaus den Vorteil, daß
keine Streuung auftritt, wie sie sich aus der Erwärmung des Elektromagneten in der
Reibungskupplung bei Spannungsregeglung ergeben würde.
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In einer Ausführungsform ist das dem Steuerglied zugeführte Signal
das Signal eines den Durchmesser des Wickels feststellenden Sensors. Eine wesentlich
einfachere Lösung ergibt sich jedoch, wenn der Wickeldurchmesser nicht direkt gemessen
wird, sondern die Umdrehungen des Warenbaums gezählt werden. In einer vorteilhaften
Ausführungsform der Erfindung ist daher ein über einen Mitnahmeantrieb mit dem Warenbaum
verbundene wieder rückstellbarespotentiometer vorgesehen, wobei die am Abgriff dieses
Potentiometers anliegende Spannung dem Steuerglied als die vom Wickeldurchmesser
abhängige Größe zugeführt wird. Die Rückstellbarkeit des Potentiometers erlaubt
eine einfache Anpassung der an das SteuerClied abgegebenen Sollgröße, wenn ein neuer
Wickelvorgang beginnt.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung umfasst der Mitnahmeantrieb
ein vom Warenbaum angetriebenes, mit Mitnehmerstiften versehenes erstes Rad, welches
mit einem zweiten, Stifte aufweisenden Rad kämmt. Das mit Mitnehmerstiften versehene
erste Rad kann direkt auf der Warenbaumachse angeordnet sein oder von dieser über
eine Kraftübertragungsvorrichtung, beispielsweise einen Zahnriemen, angetrieben
werden.
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Es ist besonders zweckmäßig, wenn die Mitnehmerstifte des ersten Rades
an diesem auswechselbar oder verschiebbar gelagert sind.
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Die Zahl der mit demweiten, Stifte aufweisenden Rad in Eingriff kommenden
Mitnehmer stifte des ersten Rades kann somit eingestellt werden, indem Mitnehmer
stifte des ersten Rades entweder entfernt oder hinzugefügt werden, oder indem diese
Mitnehmer stifte in ihrer Position verschoben werden, wobei sie in der ersten Position
mit den Stiften des zweiten Rades kämmen, in der zweiten Position jedoch nicht.
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Hierdurch ist in sehr einfacher Weise eine Anpassung der Zahlvorrichtung
an verschiedene Material stärken der Warenbahn möglich.
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Ein zwischen dem Getriebe und dem Steuerglied angeordneter Zugkrafteinsteller,
vorzugsweise ein Potentiometer., gestattet überdies eine vorzugsweise stufenlose
Einstellung der in der Warenbahn auftretenden Zugkraft.
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Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen
sowie aus der Beschreibung zur Zeichnung, in der eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung dargestellt ist.
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Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Webmaschinenantriebs,
Fig. 2 das Mitnehmergetriebe in Draufsicht, Fig 3 die Seitenansicht des Mitnehmergetriebes
und Fig. 4 einen Querschnitt durch eine mögliche Ausführungsform der elektromagnetisch
betätigbaren Reibungskupplung.
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In der Fig. 1 ist eine von einer Web- oder Wirkmaschine abgezogene
Warenbahn mit 1 bezeichnet. Nach der mit 2 bezeichneten Fachbildung, wo der Schußfaden
durch die einzelnen Kettfäden gezogen wird und der eigentliche Webvorgang erfolgt,
wird die Warenbahn über Warenabzugsrollen 3a und 3b abgezogen. über Umlenkrollen
4 und 5 wird die Warenbahn dann auf den Warenbaum 6 aufgewickelt. Die Drehrichtung
der Umlenkrolle 4 ist durch
den Pfeil 7 gekennzeichnet und die Drehrichtung
des Warenbaums 6 durch den Pfeil 8.
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Die Warenabzugsrollen bzw. der Antrieb der Warenabzugsrollen ist über
ein Ubersetzungsgetriebe mit der Antriebsseite einer Reibungskupplung 12 verbunden,
deren Abtriebsseite auf den Warenbaum 6 wirkt, im Ausführungsbeispiel über einen
Ketten-oder Zahnriementrieb 10.
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Die als Schlupfkupplung wirkende Reibungskupplung 12 gewährleistet,
daß der Warenbaum beim Aufwickeln der Warenbahn stets unter Spannung steht. Da sich
der Radius des auf den Warenbaum aufgewickelten Warenbahnwickels mit fortschreitendem
Aufwickelvorgang vergrößert, muß, wenn die durch den Pfeil 11 angedeutete, in der
Warenbahn wirksame Zugkraft während des gesamten Aufwickelvorgangs konstant bleiben
soll, das am Warenbaum 6 angreifende Drehmoment im Verlauf des Aufwickelvorgangs
ebenfalls größer werden. Die Reibungskupplung 12 muß daher so ausgebildet sein,
daß das von ihr übertragbare Drehmoment veränderbar ist.
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Erfindungsgemäß ist die Reibungskupplung 12 daher als elektromagnetisch
betätigbare Reibungskupplung ausgebildet. Das Ubersetzungsgetriebe 9 ist so ausgelegt,
daß die Antriebsseite dieser Kupplung bei der langsamsten Warengeschwindigkeit (dies
entspricht der größten Schußdichte) um zwei Umdrehungen pro Minute schneller läuft
als die Abtriebsseite dieser Kupplung bei dem kleinsten Wickeldurchmesser des Warenbaums.
Bei langsamster Warengeschwindigkeit und kleinstem Wickeldurchmesser beträgt die
Schlupfdrehzahl, d.h. die Drehzahldifferenz zwischen An- und Abtriebsseite, also
zwei Umdrehungen pro Minute. Wird die Warengeschwindigkeit auf das Zehnfache erhöht
(d.h. die Schußdichte reduziert sich auf ein Ze1ntel'), so erhöht sich linear dazu
die Antriebsdrehzahl der Kupplung, ebenso wie die Abtriebsdrehzahl und die Schlupfdrehzahl.
In diesem Fall liegt also eine Schlupfdrehzahl von 20 Umdrehungen pro Minute vor.
Mit steigendem Radius des Warenbahnwickels steigt aufgrund des mit dem Radius wachsenden
Umfangs auch die Schlupfdrehzahl.
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Der Elektromagnet der Reibungskupplung 12 wird von einem Stromregler
13 angesteuert. Diesem Stromregler wird eine vom Wickeldurchmesser des Warenbaums
abhängige Spannung zugeführt, der entsprechend dieser Soll-Spannung den durch den
Elektromagneten der Reibungskupplung fließenden Strom einstellt. Mit steigendem
Strom werden die Reibflächen der Reibungskupplung 12 stärker gegeneinander gepreßt,
so daß von der Kupplung ein größeres Drehmoment übertragen werden kann. Dies bedeutet,
daß mit steigendem Wickeldurchmesser der durch den Elektromagneten fließende Strom
ebenfalls größer werden muß.
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Durch diese Anordnung kann also gewährleistet werden, daß die in der
Warenbahn wirkende Zugspannung, wie sie durch den Pfeil 11 angedeutet ist, unabhängig
vom Wickeldurchmesser stets konstant gehalten werden kann. Die Steuerung des durch
den Elektromagneten fließenden Stroms hat gegenüber einer Spannungs steuerung den
Vorteil, daß keine Streuung auftritt, die sich bei Spannungsregelung aus der Erwärmung
des Elektromagneten in der Kupplung ergeben würde. Da der gesamte Aufwickelvorgang
sehr langsam vor sich geht und tage- bzw. wochenlang dauert, kann also hierdurch
den Elektromagneten der Reibungskupplung fließende Strom als kurzzeitig konstant
angesehen werden. Bei der Betrachtung über längere Zeiträume steigt er dagegen in
Abhängigkeit von dem ebenfalls ansteigenden Wickeldurchmesser.
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Häufig ist es erwünscht, daß die in der Warenbahn wirkende Zugkraft
bei den letzten Lagen des Wickels etwas verringert wird, so daß diese letzten Lagen
nicht ganz so stramm aufgewickelt werden wie der innere Kern. Ein derartiges Verhalten
wird einerseits durch den veränderten Reibwert in der Reibungskupplung erreicht,
der sich aus der höheren Schlupfdrehzahl bei großem Wickeldurchmesser ergibt. Die
vorgesehene Stromregelung verstärkt diesen Effekt, da bei hohen Strömen (großem
Wickeldurchmesser) eine Sättigung im Magnetkreis auftritt, die eine Abweichung des
Momentenverlaufes vom Stromverlauf zur Folge hat.
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Das von der Kupplung übertragbare Drehmoment wächst bei großem Wickeldurchmesser
also unterproportional zum Strom, während bei geringen Strömen (geringer Wickeldurchmesser)
eine Proportionalität zwischen Drehmoment und Strom gegeben ist.
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Dem Stromregler 13 wird ein vom Wickeldurchmesser abhängiges Signal
zugeführt. Dies kann einmal eine von einem den Wickeldurchmesser abtastenden Sensor
abgegriffene Größe sein. Eine einfachere Lösung ergibt sich jedoch, wenn stattdessen
die Umdrehungen des Warenbaums gezählt werden. Es ist daher ein mit Mitnehmerstiften
versehenes erstes Rad vorgesehen, das in der Fig. 1 schematisch angedeutet und mit
14 bezeichnet ist. Dieses erste Rad kann auf der Warenbaumachse sitzen oder mit
dieser über einen Kraftübertragungsantrieb, beispielsweise einen Zahnriemen, verbunden
sein. Die Mitnehmerstifte des ersten Rades 14 greifen in Stifte eines zweiten Rades
15 ein, welches über ein Untersetzungsgetriebe 16 mit einem rücksSllbaren Potentiometer
17 verbunden ist. Die am Potentiometer 17 abgegriffene Spannung ist somit proportional
den Umdrehungen des Warenbaums. Die Rückstellbarkeit des Potentiometers gewährleistet
eine Anpassung, wenn ein neuer Wickel begonnen wird.
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Der Abgriff des Potentiometers 17 ist über ein weiteres Potentiometer
18, welches eine Anpassung der Zugkraft gewährleistet, mit dem Eingang des Stromreglers
13 verbunden. Dieser Stromregler erhält somit eine Spannung, die proportional zu
den Umdrehungen des Warenbaums und daher abhängig vom Wickeldurchmesser und mit
diesem ansteigend ist.
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Die Einzelheiten des Mitnehmertriebes sind in den Fig. 2 und 3 gezeigt.
Wie aus diesen Figuren erkennbar ist, ist das erste Rad 14 mit in Achsrichtung vorspringenden
Mitnehmerstiften ausgerüstet, die mit den Stiften des zweiten Rades 15 kämmen. Die
Stifte des zweiten Rades 15 sind mit 15a bis 15e bezeichnet. Das erste Rad 14 weist
mehrere Bohrungen auf, in die Mitnehmerstifte eingesetzt werden können. Einer dieser
Mitnehmerstifte trägt in der Fig. 3 das Bezugszeichen 19. Die Zahl der Mitnehmerstifte
des ersten Rades 14 kann verändert werden. Beispielsweise ist es möglich, in die
in der Fig. 2 mit 14a bis 14d bezeichnetenBohrungen Mitnehmerstifte einzusetzen
oder die Mitnehmerstifte aus diesen Bohrungen zu entfernen. Hierdurch ist es möglich,
die auf den Stromregler 13 als Soll-Wert gelangende Spannung der Materialstärke
des Wickelguts anzupassen. Dies ist erforderlich, da der Durchmesser des Warenbahnwickels
nicht direkt gemessen wird,
sondern die Umdrehungen des Warenbaums.
Bevorzugt werden zehn Bohrungen o.dgl. vorgesehen, so daß eine Anpassung an Materialstärken
im Verhältnis 1 10 möglich ist.
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Es kann auch vorgesehen werden, daß die an dem ersten Rad 14 vorgesehenen
Mitnehmerstifte in zwei verschiedene Positionen drückbar ausgebildet sind. In einer
dieser Positionen kommen die Mitnehmerstifte in Kontakt mit den Stiften des zweiten
Rades 15, während sie in der zweiten Position außer Eingriff mit diesen Stiften
stehen. Durch Eindrücken der Mitnehmerstifte von der Rückseite her können diese
also in Eingriff mit den Stiften des zweiten Rades gebracht werden, während ein
Druck von der Vorderseite diesen Eingriff wieder aufhebt.
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Die Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch eine elektromagnetisch schaltbare
Reibungskupplung, wie sie bei der Erfindung zum Einsatz kommen kann. Diese Kupplung
ist als Polreibungskupplung ausgebildet und im ganzen mit dem Bezugszeichen 20 versehen.
Ein Spulenkörper 21 ist ortsfest und an einem hier nicht gezeigten Teil befestigt
sowie gegenüber der sich drehenden Welle 22 über Wälzlager 23 drehbar gelagert.
Ein Zwischenring 24 ist mit dem Spulenkörper 21 über Schrauben 25 verbunden. Das
Wälzlager 23 sitzt auf einem fest mit der Welle 22 verkeilten Teil 26.
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Der Spulenkörper 21 umfaßt die ringförmige Spule 27. Da der Spulenkörper
21 ortsfest angeordnet ist, kann eine schleifringlose Stromzuführung über die Zuführleitung
28 erfolgen.
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Ein Rotor 29 ist über Schrauben 30 mit dem fest mit der Welle verkeilten
Teil 26 verbunden und trägt einen Reibbelag 31.
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-Die Ankerscheibe 32 ist gegenüber dem Abtriebsteil 33, welches gegenüber
der Welle 22 über Wälzlager 34a und 34b drehbar gelagert ist, in Umfangsrichtung
fest, in Axialrichtung dagegen verschiebbar verbunden. Mehrere über den Umfang des
Abtriebteils 33 verteilte
Bolzen 35 erlagen Sicherungsringe 36,
an welchen Schraubendruck-@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ die vom Rotor
29 @@@@@@ : wegweisende Richtung drücken.
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Beim Einschalten der Spule 27 wird die Ankerscheibe 32 gegen die Kraft
der Schraubendruckfedern 37 gegen den Reibbelag 31 des Rotors 29 gepreßt. Das zwischen
der Ankerscheibe und dem Rotor übertragbare Drehmoment hängt dabei von dem durch
die Spule fließenden Strom ab. An der Ankerscheibe angebrachte Kühlrippen sorgen
für eine gute Wärmeabfuhr. Dies ist beim vorstehenden Anwendungsfall besonders wichtig,
da durch den permanent vorhandenen Schlupf in der Reibungskupplung eine Wärmebelastung
auftritt. Die in der Fig. 4 gezeigte Polreibungskupplung ist für den Anwendungszweck
auch deshalb sehr gut geeignet, weil sie nachstellfrei und schleifringlos ist.
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