DE3713915A1 - Elektrische zugkraft-regelvorrichtung fuer wickelvorgaenge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Zugkraft- Regelvorrichtung für Wickelvorgänge.

Bei Auf- und Abwickelvorgängen, z. B. in Papierverarbei­ tungsmaschinen, Textilmaschinen oder auch Faserverarbeitungs­ maschinen besteht die Forderung, die Zugkraft im Wickelgut während der Wickel- und/oder Transportvorgänge möglichst kon­ stant zu halten, um homogene Verarbeitungsqualität zu gewähr­ leisten und um einen Abriß bei einem empfindlichen Wickelgut in Bahnen- oder Strangform zu vermeiden. Dabei dürfen insbeson­ dere ruckartige Zugkraftspitzen nicht auftreten (siehe z. B. Maschinenmarkt, Würzburg 90 (1984) 92).

Im besonderen besteht das Problem der Regelung der Zug­ kraft in einem Wickelgut bei Abwickelvorgängen eines bandförmi­ gen oder auch strangförmigen Wickelgutes von einer ortsfest angeordneten, um ihre Achse drehbaren Abwickelrolle. Dabei muß das von der Abwickelrolle abgezogene Gut hinsichtlich der auf das Gut ausgeübten Zugkraft während des gesamten Abwickelvor­ ganges konstant gehalten werden. Ändert sich während des Ab­ wickelvorganges die an dem Wickelgut angreifende Zugkraft, so erfährt das Wickelgut eine zusätzliche Dehnung, was zu Fehlern des Endproduktes bei nachgeschalteten Arbeitsprozessen führen kann.

Werden beispielsweise bein Bedrucken von Stoffen die Stoffe von einer Abwickelrolle abgezogen und den Druckwalzen zugeführt, so führen Änderungen der Zugkraft im Wickelgut zu Dehnungen des Stoffes, was Verzerrungen des Druckmusters bei den fertig gedruckten Stoffen zur Folge hat. Vergleichbare Fehler treten bei der automatischen Durchlaufbeschichtung von dünnwandigen Folien auf. So bewirken Änderungen der Zugkraft elastische Dehnungen der Folien, was sich in unterschiedlichen Beschichtungstärken des Endproduktes bemerkbar macht.

Aber auch bei Aufwickelvorgängen, z. B. bei der Faserver­ arbeitung, führen unterschiedliche Zugkräfte im Wickelgut zu inhomogenen Faserfloren, was notwendigerweise auch zu ungleich­ mäßigen Endprodukten führt, wenn das zunächst ungleichmäßig aufgewickelte Faserflor für eine spätere Verarbeitung wieder und gegebenenfalls sogar mit streng konstanter Zugkraft abge­ zogen wird.

Für die Regelung der Zugkraft im Wickelgut bei Auf- und Abwickelvorgängen sind Regelvorrichtungen bekannt geworden, die aus einem Meßglied für die Erfassung der Zugkraftänderung in dem Wickelgut und aus einem auf die Wickelrolle wirkenden Stellglied bestehen, das über einen Regler derart geregelt wird, daß die an dem Wickelgut angreifende Zugkraft beim Auf­ oder Abwickeln konstant gehalten wird (siehe "TIDLAND-Bremse" der Fa. TIDLAND GmbH, D-4422 Ahaus oder "Zugkraftregler" der Fa. ICM, I-20141 Milano).

Dabei besteht das Meßglied meistens aus einer sogenannten Tänzerrolle bzw. -walze. Die Rolle bzw. Walze ist mit ihrer Achse an dem freien Ende einer Schwinge gehalten, deren Dreh­ achse ortsfest gelagert ist. Bei einer derartigen Ausbildung wird die auf das Wickelgut ausgeübte Zugkraft durch das an der Rolle bzw. Walze angreifende Gewicht bestimmt und bleibt so lange unverändert, wie sich die Rolle bzw. Walze in einer un­ veränderten Schwebeposition befindet. Bei Veränderung der Zug­ kraft wird die Rolle bzw. Walze angehoben bzw. abgesenkt und die Bewegung über die Schwinge einem Meßglied, im allgemeinen einem Drehwertmeßgeber, wie beispielsweise einem Potentiometer, zugeführt, so daß die Abweichung unmittelbar als elektrisches Signal zur Verfügung steht.

Abhängig von diesem Signal wird dann die auf die Aufwickel­ rolle ausgeübte Antriebskraft erhöht oder erniedrigt bzw. die an einer Abwickelrolle vorgesehene Bremse in ihrer Bremswirkung verstärkt oder verkleinert, bis die gewünschte Soll-Zugkraft im Wickelgut wieder hergestellt ist.

Für die Regelung von Aufwickelvorgängen sind dabei Regel­ vorrichtungen mit Reibungsschlupfkupplungen bekannt geworden. Diese haben stets den Nachteil, daß die Differenz zwischen Haft- und Gleitreibwert zur Drehmomentspitze beim Wechsel von Synchron- in Schlupfbetrieb führt.

Ansich sind auch Lösungen mit geregelten Gleichstrommoto­ ren bekannt. Diese haben jedoch einen hohen apparativen Aufwand und sind daher entsprechend kostenaufwendig und benötigen viel Raum.

Als einstellbar veränderbare Bremsen für das Abbremsen einer Abwickelrolle, abhängig von der Zugkraft, werden in der Regel elektromagnetische Scheibenbremsen eingesetzt.

Für die Auswertung der über die Tänzerrolle bzw. -walze gemessenen Zugkraft werden Regler eingesetzt, und zwar je nach den zulässigen Toleranzen der an dem Wickelgut angreifenden Zugkraft mit einer einfachen Zweipunktcharakteristik bis zu einer PID-Charakteristik (Proportional-Integral-Differential- Charakteristik).

Der Einsatz einer Tänzerrolle bzw. -walze für das Messen der Zugkraft hat den Nachteil, daß für die Schlaufe mit der schwebenden Rolle bzw. Walze ein Raumbedarf erforderlich ist, der bei vielen Anwendungsfällen nicht verfügbar ist. Der Raum­ bedarf wird gegebenenfalls noch vergrößert, wenn die Zugkraft in einen mehr oder weniger großen Bereich, beispielsweise mit Hilfe einer Federwaage oder dergleichen, verstellbar sein soll.

Bei den für das Abbremsen der Abwickelrolle verwendeten elektromagnetischen Scheibenbremsen können insbesondere bei Regelvorgängen im unteren Drehzahlbereich der Abwickelrolle Zugkraftspitzen in dem Wickelgut auftreten, die aus kurzzeiti­ gen Wechseln zwischen Haftzuständen und Gleitzuständen an den Bremsflächen herrühren. Die Zugkraftspitzen führen zu kurzzei­ tigen Dehnungen des Wickelgutes und können, wie erwähnt, bei nachgeschalteten Arbeitsgängen Fehler an dem Endprodukt zur Folge haben.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zugkraft-Regelvorrich­ tung für Wickelvorgänge anzugeben, deren Elemente das Auftreten von Zugkraftspitzen im Wickelgut sicher verhindert und ver­ schleißarm sowie platzsparend im wesentlichen Bereich der Wickelrolle selbst untergebracht werden können. Dabei sollte die Vorrichtung zuverlässig und wirtschaftlich arbeiten und doch einfach aufgebaut sein.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen einer Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1.

Gemäß der Erfindung wird als Stellglied für die Verände­ rung der Drehbewegung der Wickelrolle, also zur Beeinflussung der Antriebskraft an einer Aufwickelrolle bzw. der Bremswirkung an einer Abwickelrolle, eine Hysteresekupplung bzw. Hysterese­ bremse vorgesehen, deren Hystereseteil vorzugsweise mit der Wickelrolle gekuppelt ist und deren Erregerteil mit dem Ständer der Wickelrolle verbunden ist. Eine Hysteresekupplung bzw. -bremse ermöglicht es, das an der Wickelrolle angreifende Dreh­ oder Bremsmoment stufenlos über eine Veränderung des Erreger­ stromes in der Spule des Erregerteils den jeweiligen Erforder­ nissen anzupassen. Die Veränderung des Erregerstromes erfolgt über einen Regler, der seine Eingangssignale von einem neuarti­ gen Meßglied für die Erfassung der Zugkraftabweichung im Wickel­ gut erhält (siehe auch: "Die Hysteresekupplung, ein neues und vielseitiges Antriebselement", elektrotechnische Zeitschrift 06.65).

Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Gestaltung ist das Meßglied aus zwei Rollen bzw. Walzen aufgebaut, die von dem Wickelgut gegensinnig umschlungen werden. Die Walzen sind an einem gemeinsamen Träger drehbar gelagert. Der Träger ist selbst um eine im gemeinsamen Schwerpunkt der Rollen bzw. Wal­ zen befindliche Achse am Gehäuse der Wickelrolle entgegen einer Federkraft zumindest in einem vorgegebenen Bereich schwenkbar gelagert. Das Wickelgut wird so in einer Schleife um die Rollen bzw. Walzen geführt, daß diese sich beim Wickelvorgang gegen­ sinnig drehen. Dabei ist die Normalführung des Wickelgutes so, daß die Zugkraft in einem annähernd rechten Winkel auf die Ver­ bindungslinie der Rollen- bzw. Walzenachsen wirkt, so daß diese Einheit entgegen einer Federkraft verschwenkt wird, wenn die im Wickelgut auftretende Zugkraft die Rückstellkraft einer die Rollen- bzw. Walzeneinheit vorspannenden Federkraft überschrei­ tet.

Ein Verschwenken des Rollenträgers wird über einen Meßfüh­ ler in Form eines Drehwinkelgebers, vorzugsweise in Form eines einfachen Potentiometers, gemessen und als elektrisches Signal dem Regler zugeführt. Im Regler wird das jeweils abgetastete Signal mit einem Sollwert verglichen und in eine entsprechende Stromänderung für die Erregerspule der Hysteresekupplung bzw. -bremse umgesetzt.

Eine Ausführungsmöglichkeit einer Regelvorrichtung wird im folgenden in Verbindung mit der anliegenden Zeichnung erläutert. Dabei wird die Regelung der Zugkraft bei einem Abwickelvorgang beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombina­ tionen der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Regelvorganges,

Fig. 2 eine Frontansicht einer Ausführung des Meßgliedes,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch das Meßglied nach Fig. 2 und

Fig. 4 eine Rückansicht des Meßgliedes.

Anhand der Fig. 1 wird zunächst schematisch der Aufbau und die Wirkungsweise einer Regelvorrichtung nach der Erfindung erläu­ tert. Dabei ist davon ausgegangen, daß die Zugkraft bei einem Abwickelvorgang durch Verstellen der auf die Abwickelrolle ein­ wirkenden Bremskraft konstant gehalten werden soll.

Im einzelnen ist in der Zeichnung schematisch eine Ab­ wickelrolle 2 wiedergegeben, von der das Wickelgut 3 abgezogen wird.

Die Abwickelrolle 2 kann mit Hilfe einer nur schematisch angedeuteten Hysteresebremse 4, die vorzugsweise unmittelbar auf der Achse der Abwickelrolle angeordnet ist, mehr oder weni­ ger stark gebremst werden.

Zur Messung der auf das Wickelgut 3 ausgeübten mehr oder weniger großen Zugkraft, die durch einen Pfeil am rechten Ende des Wickelgutes 3 dargestellt ist, dient ein Meßglied 5. Dieses Meßglied 5 besteht aus zwei Umlenkrollen 6 und 7, die drehbar auf einen scheibenförmigen Rollenträger 8 befestigt sind. Das Wickelgut 3 ist dabei um die obere Walze 6 rechts herum ge­ schlungen und um die untere Walze 7 über die linke Seite ge­ führt. Die beiden Rollen drehen sich beim Abziehen des Wickel­ gutes 3 in entgegengesetzten Richtungen.

Der Rollenträger 8 ist um eine im gemeinsamen Schwerpunkt der beiden Rollen 6 und 7 des scheibenförmigen Rollenträgers 8 liegende Achse 22 schwenkbar gelagert. An dem scheibenförmigen Rollenträger 8 ist ein Hebel 9 angebracht, der über eine Feder 10 so vorgespannt ist, daß er die Einheit Rollenträger 8, Rollen 6 und 7 und Hebel 9 nach rechts zu verdrehen versucht. Wird auf das Wickelgut ein Zug ausgeübt, dann stellt sich die in der Zeichnung in etwa angegebene Lage ein, d. h., die Zug­ kraft im Wickelgut 3 entspricht genau der Zugkraft der Feder 10, die unmittelbar oder aber auch über einen - nicht dargestellten - Meßwertgeber gemessen werden kann.

Es ist ersichtlich, daß beim Erhöhen der Zugkraft im Wickelgut 3 der Hebel nach links geschwenkt wird, während bei einer Verringerung der Zugkraft der Hebel zurückgeführt und schließlich nach rechts verschwenkt wird.

Die Stellung des Hebels 9 bzw. der Kraft der Feder 10 wird als Istwert für die Zugkraft einem Regler 11 zugeführt, der im gewählten Ausführungsbeispiel als elektronischer Analog-PID- Regler ausgebildet ist. Der Regler erhält als Vergleichswert den Sollwert von einem einstellbaren Sollwertgeber 12. Die Vor­ spannung ist durch eine - nicht gezeigte - Schraube einstellbar.

Der Regler 11 gibt nach Vergleich von Ist- und Sollwert den entsprechen den Steuerstrom für die Hysteresekupplung 4 an diese ab.

In den Fig. 2, 3 und 4 ist der konstruktive Aufbau eines Meßgliedes, wie es in Fig. 1 pauschal mit 5 bezeichnet ist, in drei Ansichten wiedergegeben. Dabei zeigt die Fig. 2 die Vorder­ ansicht, die Fig. 3 einen Längsschnitt durch das Meßglied 5 und die Fig. 4 die Rückansicht.

Wie schon bei der schematischen Erläuterung dieses Meßglie­ des anhand der Fig. 1 beschrieben, sind zwei Umlenkrollen 6 und 7 jeweils für sich frei drehbar auf Achsen 16 und 17 vorge­ sehen, um die das Wickelgut 3 wie dargestellt geführt ist. Die Rollen 6 und 7 sind frei drehbar auf dem gemeinsamen Rollenträ­ ger 8 befestigt. Der Rollenträger selbst ist in sich drehbar auf der Achse 22 befestigt, die in Wälzlager 23 und 24 in einem Gehäuse 18 drehbar gelagert ist. Das Gehäuse ist ortsfest, ge­ gebenenfalls mit dem Ständer der Abwickelrolle verbunden. Die Welle 22 trägt den Hebelarm 9 (Fig. 1), der in einen Ausschnitt des Gehäuses 18 mit der Welle 22 verschwenkt wird.

Am Ende der Welle 22 ist ein Potentiometer 14 vorgesehen, über das die Lage der Einheit der Rollen 6 und 7 mit Rollenträ­ gern 8 elektrisch abgetastet wird. Der elektrische Wert wird über ein Ausgangskabel 15 dem Regler 11 (Fig. 1) zugeführt.

An Fig. 2 ist zu ersehen, daß das Wickelgut 3, wie schon anhand der Fig. 1 erläutert, in einer Schleife um die Umlenk­ rollen 6 und 7 derart geführt ist, daß sich die Umlenkrollen beim Abwickelvorgang gegensinnig drehen. An den freien Enden des von der Welle 22 des Rollenträgers gehaltenen Hebelarmes 9 ist eine in tangentialer Richtung an dem Hebelarm angreifende Zugfeder 10 befestigt, die mit ihrem anderen Ende an einem mit dem Gehäuse 18 verbundenen Halteteil 20 befestigt ist. In der wiedergegebenen Sollposition des Rollenträgers bildet die Ver­ bindungslinie durch die beiden Rollenachsen 16 und 17 einen angenähert rechten Winkel zu der Zugrichtung des zu- bzw. ab­ laufenden Wickelgutes 3, wobei die Zugkraft der Zugkraft der Feder 10 entspricht.

Die Fig. 4 zeigt die Rückansicht des Meßgliedes 5 mit den anhand der Fig. 2 und 3 schon erläuterten Teilen Potentiome­ ter 14, Ausgangskabel 15, Halteteil 20, Gehäuse 18, Hebelarme 9 und Feder 10.

Die Erfindung wurde anhand eines konkreten Ausführungsbei­ spieles im Falle der Regelung der Zugkraft bei einem Abwickel­ vorgang und einem, wie die Abmessung der Rollen 6 und 7 zeigen, strangförmigen Wickelgut erläutert.

Für den auf dem Sachgebiet tätigen Fachmann ergeben sich nach dem gleichen Grundprinzip ausführbare konstruktive Abwand­ lungen, wenn beispielsweise ein bahnenförmiges Wickelgut verar­ beitet werden soll. Auch die Ausgestaltung des Meßgliedes selbst kann im Rahmen der Erfindung variiert werden. So ist es beispielsweise möglich, die Rückstellkraft auf die Welle 22 des Rollenträgers 8 auch mit Hilfe einer Spiralfeder anstelle des Hebelarms 9 mit Zugfeder 10 zu erzeugen. Auch eine bauliche Zu­ sammenfassung von Istwertgeber und Sollwertgeber, beispielsweise unmittelbar im Meßglied, ist im Rahmen der Erfindung möglich.

• Bezugszeichen  2 Wickelrolle
   3 Wickelgut
   4 Hysteresebremse
   5 Meßglied
   6 Umlenkrolle
   7 Umlenkrolle
   8 Rollenträger
   9 Hebelarm
  10 Zugfeder
  11 Regler
  12 Sollwertsteller
  14 Potentiometer
  15 Kabel
  16 Achse
  17 Achse
  18 Gehäuse
  19 Welle
  20 Halteteil
  22 Achse
  23 Wälzlager
  24 Wälzlager

Claims (7)

1. Elektrische Zugkraft-Regelvorrichtung für Wickelvor­ gänge, insbesondere beim Abwickeln eines Wickelgutes von einer ortsfest angeordneten, um ihre Achse drehbaren Abwickelrolle mit einem Meßglied zur Messung der Abweichung der Zugkraft im Wickelgut von einem vorgegebenen Sollwert und einem die An­ triebs- bzw. Bremskraft an der Wickelrolle verstellenden Stell­ glied zum über einen vom Meßglied gesteuerten Regler einstell­ baren Antrieb bzw. Abbremsen der Wickelrolle, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Stellglied für die Dreh­ bewegung der Wickelrolle (2) eine Hysteresekupplung bzw. -bremse (4) vorgesehen ist.

2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet,

• - daß als Meßglied (5) für die Messung der Zugkraft im Wickelgut (3) zwei vom Wickelgut umschlungene, an einem gemeinsamen Träger (8) drehbar befestigte Rollen (6, 7) dienen, wobei ein Träger, der um eine im gemeinsamen Schwerpunkt der Rollen ortsfest angeordnete Achse (22) schwenkbar gelagert ist,
• - und daß das Wickelgut (3) derart gegenläufig um die Rollen (6, 7) geführt ist, daß die an dem Wickelgut (3) angreifende Zugkraft ein Verschwenken des Trägers (8) ent­ gegen einer Federkraft bewirkt,
• - und daß das Meßglied einen Meßfühler aufweist, der das Verschwenken des Rollenträgers (8) auswertet.

3. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Meßfühler für die Meßung des Ver­ schwenkens des Rollenträgers (8) ein mit dem Rollenträger (8) gekuppelter Drehwinkelgeber vorgesehen ist.

4. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Drehwinkelgeber ein Potentiome­ ter (14) vorgesehen ist.

5. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Federelement für das Vorspannen der Verschwenkbewegung des Rollenträgers (8) eine tangential an dem Rollenträger (8) angreifende Zugfeder (10) vorgesehen ist, die mit ihrem anderen Ende am Gehäuse der Abwickelrolle (2) und/oder des Meßgliedes befestigt ist.

6. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Zugfeder (10) mittels einer Ver­ stelleinrichtung in ihrer Vorspannung einstellbar ist.

7. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Federelement für die Vorspannung der Verschwenkbewegung des Rollenträgers (8) eine in der Drehachse des Rollenträgers (8) angeordnete Spiralfeder vorgesehen ist.