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Elektromotorisch angetriebene Wickelrolle für Bandwalzwerke Bei Arbeitsmaschinen,
bei denen das bearbeitete Material auf- bzw. abzuwickeln ist, wie z. B. bei Kaltwalzwerken,
Papiermaschinen oder Ziehmaschinen usw., ist sorgfältig darauf zu achten, .daß die
auf das Wickelgut ausgeübte Zugspannung für alle Betriebszustände konstant gehalten
wird. Wird diese Bedingung nicht erfüllt, d. h. treten Schwankungen in der für das
jeweilige Material eingestellten Zugspannung auf, so ergibt sich ein unregelmäßiger
Arbeitsablauf. Dabei kann das Material aus seiner Bahn laufen, es kann reißen, aber
auf alle Fälle wird die gewünschte gleichmäßig feste Wicklung des Gutes nicht erzielt.
Ganz besonders nachteilig macht sich ein Nachlassen der Zugspannung bemerkbar, da
in diesem Falle die aufzubringende Walzleistung bedeutend ansteigen würde.
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Voraussetzung für einen gleichbleibenden Zug auf das Wickelgut bei
ebenfalls gleichbleibender Arbeitsgeschwindigkeit ist, daß das Produkt aus Zugspannung
und Umfangsgeschwindigkeit der Wickelrolle konstant gehalten wird: Da sich nun der
Durchmesser der Wickelrolle beim Auf- bzw. Abwickeln ständig ändert, ist es notwendig,
die Drehzahl des Wickelmotors bei wachsendem Wickeldurchmesser zu vermindern bzw.
bei abnehmendem Wickeldurchmesser zu steigern.
Bei Papiermaschinen,
bei denen die Wickelrollen mit einer der jeweiligen Papiergeschwindigkeit entsprechenden
Drehzahl angetrieben werden, hat man die für gleichbleibenden Zug notwendige Drehzahländerung
dadurch erreicht, daß man die Wickelrollen mit Rutschkupplungen versah. Diese geben
unter dem Einfluß des Papierzuges nach, und zwar um; so mehr, je größer der Aufwickeldurchmesser
ist. Da aber das zu übertragende Drehmoment ebenfalls mit dem Wickeldurchmesser
variiert, mußte der Anpreßdruck der Reibungsflächen auch geändert werden. Dies geschah
durch Nachregulieren von Hand und war daher restlos dem Gefühl des Maschinenwärters
überlassen. Neben diesem Nachteil «-ar der Wirkungsgrad dieser Anordnung sehr schlecht,
da ein großer Teil der Antriebsleistung durch Reibung vernichtet wurde.
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Man hat daher bald die Anwendung von Rutschkupplungen wieder aufgegeben
und die Aufgabe elektrisch gelöst. In diesem Falle treibt man die Wickelrollen und
die Arbeitsmaschine getrennt durch je einen besonderen Elektromotor an, und um auch
bei wechselndem Rollendurchmesser einen gleichmäßigen Zug auf das Wickelgut zu erzielen,
hat man die Antriebsmotoren der Wickelrollen mit Reglern versehen, die das Feld
der Wickelmotoren so beeinflussen, daß der aufgenommene Strom annähernd konstant
bleibt.
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Diese Einrichtung arbeitet im Normalbetrieb, d. h. bei annähernd gleichbleibender
Geschwindigkeit des Wickelgutes, einwandfrei. Bedeutend schwieriger liegen jedoch
die Verhältnisse beim Anlassen oder Stilisetzen der Motoren. Hier ist die Regelung
auf konstanten Strom geradezu schädlich, denn sie hindert den Wickelmotor, beim
Anfahren den zur Beschleunigung seines schnellaufenden Ankers und den für das Hochlaufen
des Getriebes erforderlichen höheren Strom aufzunehmen. Bei Verminderung der Arbeitsgeschwindigkeit
und beim Abstellen liegen die Verhältnisse nicht besser, da hier der Motorstrom
ebenfalls konstant gehalten wird und sich damit die frei werdende Verzögerungsarbeit
zu der Antriebsleistung addiert und sich in einer Verstärkung des Zuges auf das
Arbeitsgut auswirkt, so daß dieses sogar zerreißen kann.
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Nach der vorliegenden Erfindung werden diese Nachteile dadurch behoben,
daß die von den Wickelmotoren aufzubringenden Zugkräfte auf das Wickelgut durch
eine Drehmoment-@leßdose überwacht werden, die direkt auf der Welle der verhältnismäßig
langsam laufenden Wickelrolle angeordnet oder in diese selbst eingebaut ist, damit
alle Beschleunigungskräfte des Antriebsmotors und der Getriebeteile bei der Messung
außer Betracht bleiben.
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In den Abb. i bis 3 ist als Anwendungsbeispiel ein Kaltwalzwerk gewählt,
da sich für ein solches infolge der gegenüber einer Papier- bzw. Ziehmaschine u.
dgl. wesentlich schwierigeren Bedingungen die Erfindung besonders gut eignet. Bei
einem Kaltwalzwerk ist es nämlich häufig nicht nur erforderlich, daß die das fertige
Material aufnehmende Wickelrolle eine gewisse Kraft auf das Arbeitsgut ausübt, sondern
auch die zuliefernde Rolle das Material vor Auflieferung auf die Walzen streckt.
Hieraus ergibt sich, daß die das Material aufnehmende Rolle motorisch angetrieben
wird, während die das Material abgebende Rolle entsprechend der erforderlichen Streckkraft
abgebremst werden muß. Die Leistungen können hier ganz erheblich sein, da es Kaltwalzwerke
gibt, die mit einer Zugkraft von vielen Tonnen arbeiten.
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In Abb. i ist das Kaltwalzwerk schematisch durch die Walzen a und
b mit ihrem Antriebsmotor c dargestellt. Die Wickelrolle d, nimmt das Material auf
und wird motorisch angetrieben, während die abgebende Wickelrolle d1 gebremst wird.
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In der Abbildung wird das Material von links nach rechts bearbeitet,
wobei sich beide Wickelrollen wohl mit wechselnder Winkelgeschwindigkeit (c», und
w2) jedoch im gleichen Sinne drehen. Wird von rechts nach links gewälzt, so ändert
sich auch der Drehsinn beider Rollen, wobei jedoch die Rolle dz angetrieben und
die Rolle dl gebremst wird. Wesentlich für die Erfindung ist jedoch, daß die Drehrichtung
der Drehmomente in allen Fällen die gleiche bleibt.
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Die Wickelrollen «-erden sich also immer in der Richtung zu drehen
versuchen, auf deren Seite die größere Zugkraft aufgebracht wird.
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Aus den obigen Überlegungen ergibt sich daher, daß für den Betrieb
von Wickelrollen praktisch nur der elektrische Antrieb in Frage kommt, da sich dieser
in seiner Wirkung leicht beeinflussen läßt, andererseits aber auch die Möglichkeit
besteht, die Bremsenergie der abgebenden Wickelrolle wieder nutzbar zu machen.
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In Abb. a wurde als Beispiel für den Antrieb ein Gleichstrom-Leonard-Satz
gewählt. Dieser besteht aus dem Generator e und dem Motor f. Durch letzteren wird
die Wickelwalze dl über ein Übersetzungsgetriebe g angetrieben. Zwischen das Getriebe
und die Wickelwalze ist eine Drehmoment-illeßdose h eingeschaltet. Diese Meßdose
ist zweckmäßigerweise so ausgebildet, daß sie einem durch sie hindurchgeleiteten
Strom mit wachsendem Drehmoment einen entsprechend kleiner werdenden
Widerstand
bietet, d. h. also, je größer das Drehmoment, um so stärker wird der Strom, der
durch die Meßdose hindurchgeht.
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Es kann -hier außer Betracht bleiben, daß man in der Praxis neuerdings
häufig auch Meßdosen verwendet, bei denen die Messung durch Veränderung eines Luftspaltes
erzielt wird. Solche Meßdosen arbeiten selbstverständlich nur mit Wechselstrom,
und da hier auch nur mit sehr geringen Strömen gearbeitet werden kann, ist dann
wohl meistens eine Verstärkereinrichtung erforderlich. Alle diese Nebenapparate
sind jedoch bei vorliegender Erfindung ohne Bedeutung und wurden daher in der Zeichnung
auch nicht wiedergegeben.
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Die Meßdose h arbeitet nun auf das Meßsystem i eines Reglers. In der
Abbildung wurde wegen der einfachen Darstellung ein Kohledruckregler gewählt, der
im Stromkreis des Generatorfeldes l liegt. Das Feld m des Motors f wird zweckmäßigerweise
von dergleichen konstanten Gleichstromquelle n gespeist.
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Wird nun die Wickelvorrichtung in Betrieb genommen, so übt der Motor
f über sein Getriebe g ein bestimmtes Drehmoment aus. Erreicht nun dieses einen
solchen Wert, daß das Magnetsystem i in der Lage ist, die Gegenkraft der Reglerfelder
o zu überwinden, so bewegt sich der Magnetanker p nach oben und vergrößert damit
den Widerstand der Kohlesäule k. Damit wird aber das Feld L
des Generators
geschwächt und somit auch das Drehmoment auf die Wickelrolle dl wieder herabgesetzt..
Die Einrichtung ist also in der Lage, ein ganz bestimmtes Drehmoment und damit auch
eine ganz bestimmte Zugkraft z1 aufrechtzuerhalten. Durch Einstellung der Feder
o läßt sich diese Zugkraft in beliebigen Grenzen verändern. Die Geschwindigkeit
und die Bewegungsrichtung des Arbeitsgutes spielen hierbei praktisch keine Rolle,
da die Meßdose h unter allen Betriebsbedingungen dafür sorgt, daß stets das gleiche
Drehmoment auf die Wickelrolle ausgeübt wird. Je nach Bewegungsrichtung arbeitet
der Motor f als Antriebsmaschine oder gibt die abgebremste Energie über den Generator
e wieder an das vorhandene Netz zurück.
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Die Regeleinrichtung nach Abb.2 würde nun ihren Zweck schon restlos
erfüllen, wenn sich der Durchmesser der Wickelrolle- durch das Auf- und Abwickeln
des Arbeitsgutes nicht laufend verändern würde. Mit zunehmendem Aufwickeldurchmesser
ändert sich aber der Hebelarm q, so daß, wenn die Zugkraft z erhalten bleiben soll,
auch das Drehmoment mit wachsendem Durchmesser vergrößert bzw. mit abnehmendem Durchmesser
vermindert werden muß. Zwischen Zugkraft und Drehmoment besteht also die einfache
lineare Beziehung M = z - q.
Nach Abb. 3 besteht nun ein einfacher Weg, diese
Bedingung zu erfüllen, darin, daß die Reglerfeder o im gleichen Verhältnis zum zunehmenden
Wickeldurchmesser gespannt bzw. zum abnehmenden Wickeldurchmesser entspannt wird.
Zu diesem Zweck kann z. B. in an sich bekannter Weise ein Tasthebel r dienen, an
dessen Ende eine Rolle s befestigt ist, die durch eine Feder t auf das Arbeitsgut
gedrückt wird. Mit zu- oder abnehmendem Rollendurchmesser wird dann die Spannung
der Feder o verändert. Ist nun das Meßsystem p des Reglers so bemessen, daß auch
dessen elektromagnetische Zugkraft genau wie die der Feder o linear ansteigt, und
steigt außerdem mit wachsendem Drehmoment auch der über die Meßdose fließende Strom
linear an, so ist es möglich, die Zugkraft z für jeden Wickeldurchmesser der Rolle
d1 konstant zu halten.
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In der Praxis wird es allerdings nicht immer möglich sein, den Regler
durch den Abtasthebel direkt zu verstellen. In solchen Fällen kann man aber den
Abtasthebel z. B. auf einen Wfderstand wirken lassen, mit Hilfe dessen dann eine
Fernwirkung auf den Regler ausgeübt wird. Selbstverständlich kann auch an Stelle
des Kohledruckreglers ein Wälzregler oder ein_ beliebiges anderes System
gewählt werden. Zur Vervollständigung des Reglers gehört z. B. auch eine Dämpfungseinrichtung,
durch die in bekannter Weise verhindert wird, daß das Regelsystem ins Pendeln gerät.
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Betriebsmäßig ist es erforderlich, die Zugkraft auf das Arbeitsgut
in bestimmten Grenzen einstellen zu können. Bei vorliegender Erfindung ist dies
in einfacher Weise dadurch möglich, daß in dem Stromkreis zwischen Meßdose und Regler
ein auf Zugkraft geeichter Widerstand u eingeschaltet wird. Bei Verwendung von Wechselstrom
könnte selbstverständlich an Stelle dieses Widerstandes auch eine Regeldrossel oder
ein Kondensator treten.
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Es sei hier noch darauf hingewiesen, daß es bei der Anordnung wichtig
ist, den Zugkrafteinsteller u und den Abtasthebel y vollständig unabhängig voneinander
auf den Regler einwirken zu lassen. Nur dann ist es möglich, daß die einmal eingestellte
Zugkraft bei jedem Rollendurchmesser die gleiche bleibt. Man läßt daher z. B. den
Widerstand u auf das Meßsystem p des Reglers einwirken, während der Abtasthebel
auf die Rückholfeder o einwirkt. Selbstverständlich kann man die Beeinflussung auch
vertauschen. Eine ähnliche Wirkung läßt sich auch dadurch erreichen, daß man auf
dem Meßsystem des Reglers zwei getrennte Spulen aufbringt, von denen die eine vom
Abtasthebel, die andere
vom Zugkräfteinsteller beeinflußt wird.
So ist es möglich, daß sich die Wirkungen der beiden Spulen je nach Wahl addieren
bzw. subtrahieren.
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Auf alle Fälle wäre es falsch, die beiden Steuergeräte r und ts
*in ihrer Wirkung hintereinander zu schalten, da sie sich dann in ihrer Wirkung
gegenseitig beeinflussen würden. Im Gegensatz hierzu ist es bei .der vorgeschlagenen
Ausführung möglich, daß der Abtasthebel nur ein einziges Mal bei der Inbetriebsetzung
der Anlage auf die Drehmomentänderung durch den Wickeldurchmesser eingestellt wird.
Zur Einstellung der absoluten Zugkraft wird dann betriebsmäßig nur der Zugkrafteinsteller
zc verstellt.
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Die Anwendung der Erfindung ist natürlich nicht auf Gleichstromantriebe
beschränkt. In ähnlicher Weise lassen sich die angeführten Mittel auch für andere
elektrische Antriebe v ewenden. Bei Induktionsmotoren wird man z. B. die Rotorwiderstände
verändern, bei Iiollektormotoren die Bürstenbrücken verschieben, usw.