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Einrichtung zum Überwachen und Aufrechterhalten eines begrenzten Schlaufendurchhanges
von langgestreckten, biegsamen Werkstoffen, wie Papier-, Gummibahnen, Metallblechen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum CTberwachen und Aufrechterhalten eines
begrenzten Schlaufendurchhangs von langgestreckten, biegsamen Werkstoffen, wie Papier,
Gummiibahnen, Metallblechen u. dgl., welche über aufeinanderfolgende, durch ein
steuerbares Regelgetriebe unter sich verbundene Walzen laufen und dazwischen eine
zugspantiungsfreie Schlaufe bilden, :deren Durchhang beim Überschreiten einer oberen
oder unteren Grenzlage von elektromechanischen oder photoelektrischen Steueranordnungen
überwacht wird. Es sind den Schlaufendurchhang überwachende Steueranordnungen bekannt,
bei welchen die Walzen, zwischen denen sich die Schlaufe bildet, unabhängig voneinander
angetrieben werden. Dabei wird .das Drehzahlverhältnis der Einzelantrichsmotoren
selbsttätig nachgeregelt, wenn der überwachte Schlaufendurchhang die obere oder
untere Grenzlage überschreitet. Bei andern bekannten Anordnungen haben die Walzen
einen gemeinsamen Antrieb, indem die eine Walze über ein Getriebe oder auch unmittelbar
mit
der Welle des gemeinsamen Antriebsmotors gekuppelt ist, während
die zweite Walze über mechanische oder auch elektrische Zwischengetriebe mit veränderlichem
übersetzungsverhältnis von demselben Motor angetrieben wird.
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Die Erfindung betrifft Anordnungen der zweiten Art, und zwar solche,
bei welchen die biegsame Werkstoffbahn über aufeinanderfolgende, durch ein steuerbares
Regelgetriebe, beispielsweise ein Doppelkonusgetriebe, gekuppelte Walzen läuft und
dazwischen eine zugspannungsfreie Schlaufe bildet. Die selbsttätige Einstellung
des jeweils betriebsmäßig erforderlichen Übersetzungsverhältnisses des Regelgetriebes
erfolgt dabei beispielsweise mittels eines Hilfsmotors, welcher von den Überwachungsvorrichtungen
über elektromagnetische Relais in dem einen oder andern Drehsinne- gesteuert wird.
Bei Doppelkonus_ getrieben kann der Hilfsmotor in bekannter Weise den Übertragungsriemen
mittels einer Spindel verstellen.
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Die Überwachung des Durchhangs der Warenschlaufe kann bei beiden Antriebsarten
durch die Warenbahn selbst bewirkt werden, indem diese beim Erreichen einer der
Grenzlagen auf mechanischem Wege Kontaktvorrichtungen betätigt, welche über Schützensteuerungen
auf elektrischem Wege das Drehzahlverhältnis der beiden Walzen in einem den Schlaufendurchhang
verbessernden Sinne ändern. Werden zur Überwachung des Durchhangs Lichtzellenanordnungen
gewählt, dann ist für jede Grenzlage ein Lichttaster vorzusehen, dessen Strahlengang
von der Warenschlaufe entweder freigegeben oder unterbrochen wird, so daß wieder
Schätzsteuerungen verwendbar sind, welche das Geschwindigkeitsverhältnis der beiden
Arbeitsmaschinenteile zueinander verändern.
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Die bekannten Einrichtungen haben den grundsätzlichen Nachteil, daß
sie bis zur vollständigen Behebung des Durchhangfehlers nur mit jeder Umdrehung
des Servomotors größer werdende, bleibende Änderungen des Drehzahlverhältnisses
der Walzen einregeln. Die Folge ist, daß bei Schlaufenfehlern, welche nur eine einmalige
Richtigstellung der Schlaufe ohne bleibende Änderung des Drehzahlverhältnisses der
Walzen verlangen, die eingeregelt bleibende Änderung des Drehzahlverhältnisses nach
kurzer Zeit zum entgegengesetzten Durchhängfehler führen muß, mit anderen Worten
also, daß zwangläufig eine Überregelung stattfindet. Um dieser Überregelung wenigstens
teilweise zu begegnen, hat man sich in der Weise geholfen, daß man zwischen die
das Geschwindigkeitsverhältnis ändernden Schaltorgane Zeitrelais einschaltete, welche
nur eine schrittweise Rege-Jung desselben ermöglichten, so daß nur gei zng bleibende
Geschwind! gkeitsänderungen pro Ansteuerungsfall erfolgten. Genügte der erste Änderungsschritt
nicht, dann konnten die Überwachungsorgane nach einer Zeitrelaispause "abermals
einen Änderungsschritt bewirken, und so fort.
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Derartige Einrichtungen haben zwei Nachteile: Erstens werden die einzelnen
Änderungsschritte immer nur während gleicher Zeitintervalle bewirkt, nicht auch
abhängig von der Größe des richtig zu stellenden Durchhangfehlers, so daß während
der eingelegten Pausen bei größeren Fehlern bis zur Fehlerbehebung lange Zeit vergeht.
Zweitens aber besteht bei größeren Fehlern die Gefahr, daß die ganze Einrichtung
versagt, weil die ersten Änderungsschritte nicht so viel verbessernd eingreifen
können, als während der Pausen versäumt wird, so daß schließlich erst nach vielen
Änderungsschritten und Zeitverlusten eine sehr große, bleibende Änderung des Drehzahlverhältnisses
der beiden Walzen eingeregelt ist, die sehr rasch zu einem entgegengesetzten Schlaufenfehler
führen muß.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der eingetretene
Schlaufenfehler in kürzester Zeit behoben werden muß und daß die dazu zunächst notwendig
gewordene großeÄnderung desDrehzahlverhältnisses der beiden Walzen anschließend
durch eine besonders ausgebildete Anordnung zur völligen oder nahezu völligen Wiederherstellung
des vor Beginn des Richtigstellungsvorgangs des Schlaufendurchhangs vorhanden gewesenen
Drehzahlverhältnisses der beiden Walzen ganz oder fast ganz wieder rückgängig gemacht
werden muß. Damit ist die Erfindungsaufgabe und gleichzeitig der Lösungsweg gekennzeichnet.
Die Erfindung besteht darin, daß die den Schlaufendurchhang überwachende. elektromechanische
oder photoelektrische Steueranordnung beim Übertritt der Schlaufe über die obere
-oder untere Grenzlage einen das Übersetzungsverhältnis des Regelgetriebes stetig
immer mehr verändernden Hilfsmotor ansteuert und dessenDrehrichtungbeimRücktritt
der Schlaufe über die Grenzlage während einer der vorangehenden Verstellzeit verhältnisgleichen
Zeit umsteuert, so daß das ursprüngliche Übersetzungsverhältnis ganz oder nahezu
ganz wiederhergestellt und der Schlaufendurchhang noch etwas von der Grenzlage abrückend
richtiggestellt wird.
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An sich ist der Gedanke der Anordnung einer Rückführeinrichtung an
den Bahnlauf regelnden Steuermitteln bei Vorrichtungen zur Erzeugung einer gleichbleibenden
Stoff-, Bahnspannung bei Umwickelv orrichtungen aller Art nicht neu. Es handelt
sich dort aber nicht wie im vorliegenden Falle um eine Grenzlagensteuerung
bei
zugspannungsfreier Stoffbahnführung an durchhängender Schlaufe, sondern um eine
unter dem Einfluß von Zugspannungsänderungen erfolgende und am Ragler immer mit
Rückführung auf einen Sollzustand arbeitende Steuerung.
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Einzelheiten .der Erfindung werden zweckmäßig im Zusammenhang mit
der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels .an Hand der Zeichnung erläutert.
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Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Wickelwalze i, welche
die ablaufende Bahn trägt, die über die Rollen. 2 und 3 der Schlaufenkontrolleinrichtung
zur Aufwickelwalze 4 gelangt. Die Walzen i und 4 gehören nicht zu der zu beschreibenden
erfindungsgemäßen Schlaufenüberwachungseinrichtung, sondern zu anderen Teilen der
betreffenden Arbeitsmaschine oder Arbeitsmaschinen. Aufgabe der Schlaufenüberwachungscinrichtung
ist nur: das Drehzahlverhältnis der Walzen 2 und 3 zueinander so zu regeln, daß
der Durchhang der Schlaufe 5 der Warenbahn sich ungestört nur innerhalb der Grenzlagen
ändern kann.
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Die Walze 2 wird direkt vom Rotor 7 des Motors 6 angetrieben und bildet
somit den mit konstanter Geschwindigkeit umlaufenden Teil der Einrichtung. Die Walze
3 dagegen wird über ein Doppelkonus:getriebe 9, io angetrieben, welches eine einstellbare
Veränderung .des Drehzahlverhältnisses beider Walzen ermöglicht. Mittels der Verstellvorrichtung
12 kann die Lage des Riemens i i auf den beiden Konusscheiben 9 und io verstellt
werden.
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Da die Abwickelrolle i und die Walze 2 im Arbeitsprozeß zusammengehörende
Teile einer Arbeitsmaschine sein werden, kann man sie kurz als den die konstante
Durchlaufgeschwindigkeit bestimmenden Antriebsteil bezeichnen, im Gegensatz zu dem
geschwindigkeitsveränderlichen Teil, welcher mit der Walze 3 beginnt und die Aufwickelrolle
4 mit umfaßt. Die jeweilige Einstellung des Riemenverstellorg.ans 12 bestimmt
- dann das Drehzahlverhältnis beider Antriebsteile.
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Die Riemenverstellvorrichtung 12 wird eingestellt mittels einer Schraubenspindel
13, welche über ein Zahnradgetriebe 14 von einem in Drehrichtung umsteuerbaren Hilfsmotor
15 angetrieben werden kann. Die Umsteuerungskontakte 36 und 35 der Schütze 37 und
38 bewirken .die Stromzufuhr zum Stator des Motors 15 für den einen oder den anderen
Drehsinn und damit Verstellung des Riemens i i iri der einen oder .anderen Richtung.
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Die Wirkungsweise der gesamten Anordnung wird verständlich, wenn man
sie an Hand der Zeichnung im einzelnen verfolgt.
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Die Gesamtanordnung wird angelassen durch Schließen des Schalters
33, so daß die Schützspule 34 Strom erhält und die Kontakte 32 schließt, wodurch
der Stator 8 des Motors 6 an die Netzleitungen 51, 5: und 53 angeschlossen wird.
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Die eigentliche Überwachungsanordnung für den Durchhang der Warenschlaufe
besteht aus den Photozellen i9 und 20, welche mit entsprechend angeordneten Lichtquellen
17 und 18 zusammenwirken. Ein Speisestromzweig mit den Leitern 21 ermöglicht die
Betätigung der Schützspulen 24 oder 25, der Schütze 22 und 23, wenn das Licht von
17 oder 18 eine der zugehörigen Photozellen i9 oder 2o trifft. Der Stromzweig 2i
speist außerdem den Verstärker 49 mit seinen Verstärkerröhren, welcher einen Teil
der Lichtzellenanordnung bildet.
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Bis hierher wäre das Wirkungsprinzip der Schlaufenkontrolleinrichtung
auch ersetzbar durch eine der bekannten Einrichtungen, bei welchen an Stelle photoelektrischerZellenkontaktgebende
Anordnungen verwendet werden, welche von der durchhängenden Warenbahn 5 selbst unmittelbar
betätigt werden und die Schütze 24 und 25 steuern.
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Für die Erfindung kennzeichnend ist aber ein besonderes Wirkungsprinzip,
welches sich durch die Verwendung nicht üblicher, zeitabhängiger Umsteuerungsrelais
39 und 4o als Rückführvorrichtung ergibt. Zur Erläuterung der Zeichnung sind
nur einfache elektromechanische Umsteuerungsrelais mit einer Dämpfung gezeichnet;
es können aber ebensogut an sich bekannte gittergesteuerte Elektronenröhrenanordnungen
Verwendung finden.
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Betrachtet man zunächst das zeitabhängige Umsteuerungsrelais 39. Wenn
die Spule 41 erregt wird, werden die Kontakte 45 sofort durch die Kontaktscheibe
geschlossen, welche mit dem Kern nicht fest verbunden ist, sondern auf der Kernstange
gleiten kann und von einer Druckfeder gehalten wird; der Kern des Relais ist danach
noch weiter frei beweglich und wird fortfahren, den Kolben 47 der Dämpfung zu bewegen,
solange die Spule 41 erregt bleibt, und dabei die Druckfeder 43 spannen. Mit anderen
Worten: je länger die Spule 41 erregt bleibt, -um so höher wird der Kolben 47 bewegt
und um so mehr wird die Feder 43 gespannt werden. Wird die Spule41 wieder entregt,
dann sucht die Druckfeder 43 den Kolben 47 in entgegengesetzter Richtung, das ist
nach unten, zu bewegen. Während dieses Kolbenrückgangs werden die Kontakte 45 so
lange geschlossen bleiben, bis der Kolben wieder seine Ausgangsstellung erreicht
hat. Die konstruktive Anordnung der Dämpfung wird dabei zweckmäßig so gewählt, daß
die Druckfeder 43 den Kolben ein wenig schneller in die Ausgangsstellen zurückbringt,
als die Spule 41 ihn anheben kann. Dies hat den
Zweck, die Kontakte
45 nach .dem Abschalten der Spule 41 noch eine Zeitspanne lang geschlossen zu halten,
die ein wenig kleiner ist als die, während welcher die Spule 41 erregt gewesen war.
Da die Aufwärtsbewegung des Kolbens 47 somit verhältnisgleich der Verstellzeit,
das ist die Zeitdauer der Erregung der Spule .l1, ist, muß die Kolbenrückgangszeit,
das ist die Umsteuerungszeit, ebenfalls verhältnismäßig dieser Zeitdauer sein. Die
Kontakte :I5 bleiben also nach dem Abschalten der Spule .I1 noch geschlossen, und
zwar um so länger, je länger die Spule .I1 vordem eingeschaltet war.
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Hierdurch wird erreicht, daß sich der Riemen i i nach dem Ansprechen
der Verstellvorrichtung 12 in richtigem Sinne verstellt und die Drehzahl der Walze
3 je nach der Durchhangslage der Schlaufe 5 ändert. Ist die Durchhangslage in den
Bereich der zugelassenen Grenzen gebracht, dann wird die Verstellvorrichtung sofort
in umgekehrtem Sinne weiterbetätigt und bringt den Riemen annähernd wieder in seine
frühere Lage zurück. Diese Wirkungsweise läßt sich in der Zeichnung leicht verfolgen.
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Die normale Schlaufenanlage ist vorhanden, wenn der Durchhang tiefer
liegt als der obere Lichtstrahl zwischen Lichtquelle 17 und Photozelle i9, aber
höher als der untere Lichtstrahl zwischen Lichtquelle 18 und Photozelle 2o. Bei
jeder Lage der Warenbahn, zwischen den von den Lichtstrahlen überwachten Grenzen,
bleibt die Regelungseinrichtung unwirksam, weil keine Richtigstellung nötig ist.
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Es werde nun angenommen, die Schlaufe 5 erreiche einen Durchhangswert,
bei der der Lichtstrahl zwischen Lichtquelle 18 und Photozelle 2o unterbrochen ist.
Dann wird die Erregung der Schützspule 25 aufhören zu wirken, die Kontakte 29 und
30 schließen sich, und die Kontakte 31 werden geöffnet. Die Kontakte
29 schließen aber den Stromkreis der Schützspule 38, welcher von den K etzleitungen
52 und 53 gespeist wird. Hierdurch werden die Kontakte 36 des Anlaßstromes für den
Stator 16 des Verstellmotors 15 geschlossen, und die Riemenverschiebung erhöht die
Geschwindigkeit der Konusscheibe io relativ zur Geschwindigkeit der Konusscheibe
9, so daß sich der Durchhang der Warenschlaufe 5 verkleinert. Währenddessen haben
aber die Kontakte 3o des Schütz 23 den Erregerstromkreis für die Spule 41 des Verzögerungsrelais
39 geschlossen, der von den Leitungen 52 und 53 gespeist wird. Die Kontakte 4.5
dieses Relais schließen daraufhin zwar sofort, da aber die Vorkontakte 31 des Schütz
23 in Offenstellung sind, führen sie noch keinen Strom.
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Eine gewisse Zeit später hat sich die Schlaufe wieder so viel gehoben,
daß der Lichtstrahl zwischen der Lichtquelle i8 und der Photozelle 2o wieder freigegeben
ist und die Spule 25 des Schützes 23 wieder erregt wird. Dadurch werden auch die
Kontakte 29 und 30 wieder geöffnet und die Kontakte 31 geschlossen.
Die Kontakte 3 i vervollständigen nunmehr den Stromkreis, der von der Leitung 53
über die Kontakte 31 zu den Kontakten 45 des Verzögerungsrelais 39 und weiter
über die Schützspule 37 zurück zur Leitung 52 führt. Es wird also die Schützspule
37 erregt, und die Kontakte 35 werden geschlossen, welche -den Stator 16 des Verstellmotors
nunmehr in umgekehrtem Drehsinne speisen, derart, daß die Riemenverstellung wieder
rückgängig gemacht wird.
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Wie bereits beschrieben, wirkt das zeitabhängige Umsteuerungsrelais
(Rückführung) 39 so, daß die Kontakte .IS näherungsweise noch so lange nach der
Abschaltung der Relaisspule geschlossen bleiben, als die Spule vordem erregt gewesen
war. Der Motor wird demzufolge in der umgekehrten Drehrichtung näherungsweise dieselbe
Anzahl Umdrehungen vollführen, derart, daß die Verstellvorrichtung 1a den Riemen
i i fast in dieselbe Stellung zurückbringt, welche er vor dem Einsetzen der Schlaufenrichtigstellung
hatte. In der Praxis gleicht man die Dämpfung des Umdrehungsrelais so ab, daß die
Schließungsdauer der Kontakte ;I5 nach Abschaltung der Spule 41 ein klein wenig
kürzer ist als die Zeit der vorangegangenen Erregung dieser Spule, um zu erreichen,
daß das Verstellorgan den Riemen i i in eine ein klein wenig geänderte Stellung
zurückbringt, geändert im Sinne der vorangegangenen Richtigstellung der Schlaufe,
in dem beschriebenen Falle also in eine Stellung, in der die Konusscheibe io bleibend
etwas rascher läuft als früher. Es wird damit eine kleine bleibende Änderung des
Geschwindigkeitsverhältnisses beider Konusscheiben erzielt, durch welche der Wiederhehr
eines neuen gleichsinnigen Durchhangfehlers der Warenbahn vorgebeugt wird.
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Eine Schlaufenrichtigstellung in entgegengesetztem Sinne wird erforderlich
und erzielt, wenn die Schlaufe sich hebt, derart, daß der obere Lichtstrahl der
Lichtquelle 17 die Photozelle i9 trifft. Dann wird das Schütz 22 über die Spule
24 zum Ansprechen gebracht, und es schließen sich die Kontakte 26 und 27, während
sich die Kontakte 28 öffnen. Die Kontakte 26 erregen die Schützspule 37, so daß
der Verstellmotor 15 über die Kontakte 35 Strom erhält und die Verstellvorrichtung
in dem Sinne betätigt, daß sich die Drehzahl der Konusscheibe io relativ zur Drehzahl
der Konusschei.be 9 vermindert. Gleichzeitig wird durch die Kontakte 27 die Spule
:I2 des Relais .1o erregt, die Druckfeder 44 zusammengedrückt
und
der Kolben 48 des Dämpfungszylinders gehoben. Das Öffnen der Kontakte 28 verhindert,
daß Strom über die Kontakte 46 des Umsteuerungsrelais 4o fließen kann. Hat sich
die Schlaufe wieder so weit gesenkt, daß die Warenbahn den Lichtstrahl der oberen
Grenzlage unterbricht, dann hört die Erregung der Schützspule 24 auf, die Kontakte
28 schließen sich und stellen den Stromkreislauf über die Kontakte 46 des Um.steuerungsrelais
4o her, durch welchen die Schützspule 38 erregt wird, so daß der Verstell.motor
15 in umgekehrtem Drehsinne wieder anläuft und den Riemen in seine Anfangslage zurückbringt.
Die zeitliche Abstimmung des Umsteuerungsr:elais 4o ist dabei, wie früher beschrieben,
so, daß eine Rückführung des Riemens nur bis in die Nähe seiner Ausgangslage stattfindet.
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Die gesamte Verstellvorrichtung 9, ro, i i, 12, 13, 14 und 15 ist
so ausgewählt, daß eine rasche Änderung des Drehzahlverhältnisses der Walzen 3 und
2 zueinander einsetzt, wenn die Schütze, wie beschrieben, zum Ansprechen kommen.
Der Durchhangfehler wird dadurch äußerst rasch. richtigäestellt, aber auf diese
rasche Änderung des Drehzahlverhältnisses folgt unmittelbar eine rückläufige Umsteuerung
auf ein Drehzahlverhältnis, das fast gleich ist dem ursprünglichen.
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überregelung wird -dabei sicher vermieden, weil der Riemen sofort
wieder in die Nähe seiner Normallage zurückverstellt wird.
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Die Erfindung ist nicht auf das gezeichnete Ausführungsbeispiel beschränkt
und kann auch mit gleichwertigen anderen zeitabhängigen Umsteuerungsvorrichtungen
verwirklicht werden.