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Reibkraftregler
Die durch Reibkupplungen übertragenen Kräfte sind bekanntlich
einerseits von dem jeweils aufgewendeten Anpreßdruck der Gleitflächen und andererseits
vom Reibungskoeffizienten der Gleitorgane abhängig. Der Reibungskoeffizient ändert
sich seinerseits nach Maßgabe der Schmierung, des Abnutzungszustandes der Oberflächen
und ihrer Temperatur.
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Dadurch wird die Erzielung einer genauen Regelung der Reibkupplungen
erschwert. Dies führt bei ihrer Anwendung zum Aufspulen von band- oder fadenförmigem
Werkstoff, wie Papier, Gewebe, Kunststoff, Textilfäden u. dgl., zu Schwankungen
seiner inneren Spannung und zum Zerreißen.
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Nach der Erfindung wird eine Antriebsübertragung durch Reibiing vermittelt,
wobei die von Organen geeigneter Art und üblicher I;orm ausgeübten tbertragungskräfte
vom Reibungskoeffizienten der Reibflächen praktisch unabhängig sind. In weiterer
Ausgestaltung der Erfindung ist eine einfache Regelung der von dem Reibungsvermittler
übertragenen Kraft vorgesehen. Dabei erfolgt insbesondere eine Regelung der Reibungskraft
in Abhängigkeit vom Radius der Spule, wenn die Anordnung zum Aufspulen bei kon--stanter
Spannung Verwendung findet. Die Erfindung kann auch zum Bremsen benutzt werden,
indem auf eine umlaufende Welle eine Bremskraft von genau bestimmter Größe ausgeübt
wird, die vom Reibungskoeffizienten der Kupplungsteile unabhängig ist.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind aus der nachstehenden Beschreibung
und der Zeichnung ersichtlich,
in denen verschiedene Ausführungsbeispiele
behandelt sind. Es zeigt Fig. I in schematischer Darstellung einen Schnitt des Reibkupplungsreglers
mit Schneckenantrieb, Fig. 2 ebenfalls in schematischer Darstellung einen Schnitt
des Reibkupplungsreglers mit einem eine Schraubenlinienverzahnung aufweisenden Antrieb,
Fig. 3 eine andere Ausführung der Erfindung nach Fig. 2, Fig. 4 die Anwendung des
Reibkupplungsreglers auf eine Aufspulvorrichtung bei konstanter Spannung, Fig. 5
eine Vorrichtung, mit der eine schnelle Änderung der Regelung des Reibungsvermittlers
herbeigeführt werden kann, Fig. 6 eine Vorrichtung, die zwischen demRadius der aufgewickelten
Spule und dem ihre Nabe betätigenden Kupplungsregler eine Verbindung herstellt,
Fig. 7 eine Anordnung mit photoelektrischer Zelle, die die Kupplungsvorrichtung
in Abhängigkeit vom jeweiligen Radius der sich bildenden Spule regelt, Fig. 8 eine
mechanische Verbindung zwischen den Organen des Kupplungsreglers und einem Geschwindigkeitsregler
zur Herabsetzung der Gleitarbeit.
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Nach Fig. I wird von dem elektrisch oder auf andere Weise angetriebenen
Motor I die Schnecke 2 in Umlauf versetzt, die in ein Zahnrad 3 eingreift. Auf letzteres
wirkt die Gegenkraft ein. Die Welle 4 der Schnecke 2 ist in Zapfenlagern drehbar
und in der Längsrichtung verschiebbar. Sie ist mit der Motorwelle durch einen Reibungsvermittler
verbunden, dessen Scheiben 5 und 6 auf der Welle 4 sitzen, während seine dazwischen
angeordneten Scheiben 7 mit der Welle des Motors I verbunden sind, z. B.
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System Hale Shaw, und zwar mittels der Glocke 8.
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Diese Vorrichtung wirkt wie eine klassische Reibungskupplung. Sie
kann auf die Schnecke 2 Kräfte übertragen, die eine Funktion der am Ende der Welle
4 einwirkenden axialen Druckkraft E sind. Der Reibungsvermittler kann auch als Zweischeiben-
oder als Konuskupplung ausgebildet sein, wie sie an sich bekannt sind.
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Die Wirkungsweise der im vorstehenden beschriebenen Anordnung ist
folgende: Der Motor I treibt über die Glocke 8 und die Scheiben 5 bis 7 die Schnecke
2 an. Die Kraftübertragung ist dabei von dem Druck abhängig, mit welchem die Scheiben
5, 6 an die Scheiben 7 gepreßt werden. Die auf die Scheiben 5, 6 einwirkende Druckkraft
setzt sich aus der Kraft E und einer Kraft D zusammen, die der beim Aufspulen vorhandenen
Gegenkraft entspricht.
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Die Kraft E kann dabei entweder durch einen Hebel oder durch eine
Feder auf die Welle 4 übertragen werden.
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Als Druckkraft zwischen den Scheiben 5, 6 einerseits und 7 andererseits
ergibt sich jeweils eine Kraft P = E-D. Bei geeigneter Wahl des Werkstoffs für die
Scheiben des Reibungsvermittlers, ihrer Anzahl sowie ihrer Abmessungen läßt sich
ein Betrieb erzielen, bei welchem P im Verhältnis zur GegenkraftD sehr gering ist.
Jede auch noch so geringe Vergrößerung der Gegenkraft übersetzt sich somit in eine
beträchtliche Verminderung der Kuppelwirkung, was sofort ein Gleiten zur Folge hat.
Durch das axiale Verschieben der Schnecke läßt sich eine sehr genaue Regelung des
Reibungsvermittlers erzielen, wobei eine weitgehende Unabhängigkeit vom Reibungskoeffizienten
der Reibflächen vorhanden ist.
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Gemäß Fig..2 treibt der Motor g über die Welle 10 die Reibscheibe
12 an. Die Welle 10 läuft dabei im Lager II, durch das sie in ihrer axialen Richtung
gezuhalten wird. Die Scheibe 12 treibt durch Reibungskraft die Scheibe 13 an, auf
deren Welle 14 ein schraubenlinienförmig verzahntes Ritzel 15 angebracht' ist, welches
in das Rad x6 eingreift. Dieses Rad I6 sitzt auf der Welle I7, die in den Lagern
i8 und I9 läuft und dadurch gegen axiale Verschiebung gesichert ist.
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Wie bei der Ausführung nach Fig. I ruft eine auf die Welle7 ausgeübte
Gegenkraft im Ritzel 15 eine axial gerichtete Kraft D hervor. Dadurch wird jeweils
die Andruckkraft der Reibscheiben P = E1).
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Auch sonst gilt hinsichtlich der Wirkungsweise das gleiche, was bereits
im Zusammenhang mit Fig; I erörtert wurde.
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In Fig. 3 ist die vorbeschriebene Anordnung in Verbindung mit einer
Maschine veranschaulicht, wobei Richtung, Umlaufgeschwindigkeit und Drehsinn der
ursprünglich vorhandenen Maschinenwelle nach dem Einbau des Reibungsvermittlers
erhalten bleiben.
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Diese Welle 20, die als Motorwelle für den Vermittler dient, ist-mit
dem Zahnrad 2I fest verbunden. Fluchtend zur Welle 20 ist unabhängig von ihr die
Welle 22 angeordnet, auf der das mit schraubenlinienförmiger Verzahnung versehene
Rad 23 fest angebracht ist.
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Die Welle 22 und das Zahnrad 23 sind in axialer Richtung unverschiebbar
montiert. Auf die Welle 22 wirkt die Gegenkraft ein. Diese Welle dient also als
Arbeitswelle. Wie bereits erwähnt, wird somit durch den Einbau des Reibungsvermittlers
in die vorhandene Maschine hinsichtlich der Lage und der Flucht der Welle 20, die
ursprünglich mit der Welle 22 übereinstimmte, nichts verändert.
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Das Zahnrad 2I greift in das Ritzel 24 ein, welches auf der Welle
25 angebracht ist. Der Zapfen dieser Welle läuft in einem Kugellager, das in einer
tiefen Nut 26 sitzt und das sie gegen axiale Verschiebungen sichert. Der als Doppel-
oder Mehrscheibenkupplung oder als Konuskupplung ausgebildete Reibungsvermittler
27 führt eine Reibungsverbindung zwischen der Welle 25 und der Welle 28 herbei.
Letztere trägt das Ritzel 29 mit schraubenlinienförmiger Verzahnung, das mit dem
Rad 23 zusammenwirkt. Da sich die Welle 25 schneller dreht als die Welle 20, lassen
sich die Abmessungen des Reibungsvermittlers 27 kleiner halten.
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Wie bereits bei den vorbehandelten Ausführungsformen beschrieben,
wirkt die axiale Schubkraft D, die von dem. Ritzel erzeugt wird, gegen die Kraft
E.
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Letztere wird durch das auf den Winkelhebel 30 einwirkende Gewicht
32 erzeugt und über den festen Drehpunkt 3I auf das Ende der Welle 28 übertragen.
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Im übrigen entspricht die Wirkungsweise der Ausführung nach Fig.
2.
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Die vorstehende Anordnung kann ohne Abweichung vom Prinzip der Erfindung
folgende Änderungen aufweisen: a) Die Verzahnungen können derart bemessen
sein,
daß bei einer ohne Gleiten vor sich gehenden Bewegungsübertragung des Reibungsvermittlers
27 die Welle 22 eine andere Geschwindigkeit hat als die Motorwelle 20; b) die schraubenlinienförmige
Verzahnung 23 kann auf der Hauptwelle 20 und die zylindrische Verzahnung 21 auf
der Nebenwelle22 vorgesehen werden.
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In Fig. 4 ist eine Spule 33 strichpunktiert dargestellt. Ihr Locheisen
oder ihr Kern ist mit dem Antrieb verbunden. Die Spule 33 kommt durch das Aufwickeln
des Bandes 35 zustande, das unter der Zugspannung T steht. Diese Spannung ist der
Aufwickelrichtung entgegengesetzt und dient dazu, die einzelnen Lagen der Spule
aufeinanderzudrücken.
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Die Antriebskraft für das Aufspulen wird hierbei durch den Elektromotor
36 geliefert, der die Anordnung z. B. über einen Treibriemen in Bewegung setzt.
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Die Anordnung besteht im wesentlichen aus der Schnecke 37, die mittels
der Drehzapfen 38 und 39 gelagert ist und die die Reibscheibe 40 trägt. Diese ist
auf dem Zapfen 39 festgekeilt. Die Reibungsscheibe 41 steht mit der Motorwelle 42
in Verbindung.
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Die Schnecke 37 greift in das Zahnrad 43 ein, das mit der Welle 34
verbunden ist. Diese Welle treibt das Locheisen bzw. den Kern der Spule und damit
sie selbst an.
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Bei Vorhandensein einer bestimmten Andruckskraft zwischen den Reibscheiben
40 und 41 kann mit diesem Reibungsvermittler, wie oben beschrieben, eine Herabsetzung
der Antriebskraft erzielt werden. Es ist auch ersichtlich, daß bei Übertragung der
Antriebskraft von der Schnecke 37 auf das Zahnrad 43 eine Gegenkraft D wirksam wird,
die bei konstantem T eine Funktion des Radius R der Spule ist. Diese Gegenkraft
versucht, die Scheibe 40 von der Scheibe 41 zu trennen und dadurch die übertragene
Kraft zu vermindern.
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Da die auf die Spulenwelle 34 einwirkende Kraft eine Funktion des
Produktes T X R ist (T = konst.), ist auch die vom Motor 36 auf die Schnecke 37
übertragene Kraft eine Funktion von R. Die Reibscheiben 40 und 41 müssen daher mit
einer solchen Kraft aufeinandergedrückt werden, die dem Radius der Spule in jedem
Augenblick proportional ist. Dies wird mittels eines um 44 drehbaren Hebels zustande
gebracht, dessen einer Arm 45 auf das Ende des Zapfens 38 in Richtung E einwirkt.
Der andere Arm 46 dieses Hebels ist der Einwirkung des Gewichts 47 ausgesetzt, dessen
Angriffspunkt durch den auf der Spule abrollenden Taster 48 verschoben wird. Dieser
Taster und das Gewicht 47 stehen ständig unter dem Einfluß der Schnur 49 und des
Gegengewichts 50, wodurch das Anliegen der Rolle 48 auf der Spule 33 gesichert wird.
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Diese Vorrichtung läßt in jedem Augenblick für das Gewicht 47 einen
dem Radius R der Spule entsprechenden Hebelarm entstehen. - Auf diese Weise wird
durch den anderen Hebelarm 45 ein Reibungsdruck E auf die Scheiben übertragen, der
ebenfalls jeweils eine Funktion des Spulenradius ist.
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Aus dem Vorstehenden folgt, daß der Druck der Reibscheiben aufeinander
P E - D ist. Da E und D Funktionen des Spulenradius sind, ist ihre Differenz ebenfalls
eine Funktion dieses Radius.
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Schließlich ist auch P eine Funktion des Radius R der Spule, was die
Konstanz der Aufwickelspannung T zu gewährleisten erlaubt.
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Wenn sich der Reibungskoeffizient der Scheiben aus irgendeinem Grund
vergrößert, z. B. durch Festlaufen, Schmierungsfehler, Erhitzung, hat die Spannung
des aufzuwickelnden Materials ebenfalls die Neigung, sich zu vergrößern, was eine
Verstärkung der Kraft P mit sich bringt. Diese wirkt dann auf die Reibungskupplung
als Korrektur, so daß man eine gewisse Unabhängigkeit der Aufwickelspannung T von
dem Reibungskoeffizienten der Reibungsscheiben erhält.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist nicht auf die Anwendung einer
Doppelscheibenkupplung als Reibungsvermittler beschränkt. Es können vielmehr auch
die Anordnungen der Fig. I bis 3 zur Anwendung kommen.
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Nach Fig. 5 ist der Winkelhebel, auf dessen dem Spulenradius entsprechenden
Hebelarm ein Gewicht oder eine Feder einwirkt, so angeordnet, daß die auf die Schnecke
wirkende axiale Kraft E geregelt werden kann. Diese Kraft E soll die axiale Gegenkraft
ausgleichen und den Kupplungsdruck erzeugen.
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Der Hebel 5I, 52, 53 ist um eine Welle 52 schwenkbar, die in einer
Kulisse 54 befestigt ist. Die Kulisse ist senkrecht zur Bewegungsrichtung der auf
die Schnecke einwirkenden Schubstange 55 verschiebbar Durch Betätigung der Kurbel
56 wird über die Schraube 57 die Kulisse 54 in der mit der Maschine verbundenen
Führung 58 und 59 bewegt. Auf diese Weise kann man die Länge L des einen Arms 52
bis 53 des Winkelhebels ändern. Hierbei wird keine Einwirkung auf den Angriffspunkt
60 des Gewichts 61 hervorgerufen, so daß sich die Kraft E umgekehrt zur Länge L
ändert und man die Aufwickelspannung während des Betriebes regeln kann.
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Nach Fig. 6 läuft die Tastrolle 63 auf der sich aufwickelnden Spule
62. Die Rolle 63 wird von einem Kolben 64 getragen, der in einem Rohrstück 65 gleitet,
das seinerseits von dem am Boden abgestützten Ständer 66 befestigt ist. Das Rohrstück
65 ist auf dem Ständer 66 mittels der Achse 67 beweglich, wodurch die Verschwenkung
der gesamten Anordnung ermöglicht wird, um die Spule 62 abnehmen zu können.
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Ein aus der Zeichnung nicht ersichtliches Federsystem drückt die Tastrolle
63 dauernd gegen die Spulenoberfläche. Der Kolben64 und das Rohrstück 65 sind mit
je einem Befestigungsstutzen ausgestattet, an denen Führung und Hebel eines Bowdenzugs
68 angebracht sind. Dieser Bowdenzug kann den Erfordernissen entsprechend angebracht
werden. Er überträgt dem Wagen 69 und seinem Gewicht die Verschiebungen des Tasters
63 und des mit ihm verbundenen Kolbens 64. Die Verlagerungen des Wagens 69 auf dem
Hebel 70 können also derart sein, daß die Entfernung des Wagens 69 zur Drehachse
71 des Hebels stets dem Spulenradius R entspricht, der fortlaufend durch den Taster
63 bestimmt wird. Da ein Bowdenzug nur in einer Richtung wirkt, ist der Hebel 70
derart geneigt, daß das Kabel des Bowdenzugs ständig gespannt ist. Wenn man bei
dieser Anordnung
den Taster anhebt, dann bringt ihn seine Federanordnung
sofort in die Lage, die dem kleinsten Spulenradius entspricht. Der Wagen 69 selbst
nimmt daraufhin die Stellung ein, in der die kleinste Kraft auf den Drehzapfen der
Spule übertragen wird. Die Vorrichtung erlaubt auch, die Tastrolle außer Betrieb
zu setzen und sie an dem günstigsten Platz anzubringen.
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Fig. 7 gibt eine Ausführung wieder, bei der der Taster durch eine
photoelektrische Zelle ersetzt ist.
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Während sich die Spule 72 aufwickelt, dreht sich die Achse 73 in zwei
nicht veranschaulichten Lagern, die an der Maschine selbst fest angebracht sind.
Mit der Achse 73 sind die beiden Arme 74 und 75 fest verbunden, deren Abstand voneinander
größer als die Länge der Spule ist. Die beiden Arme können ohne Verstellung zueinander
seitlich zur Spule verschwenkt werden. Die Verlängerung 76 des Arms 75 kann durch
unmittelbare oder anderweitige Anordnung ein Verschieben des Gewichts 77 auf dem
Hebel 78 herbeiführen. Der Hebel 78 ist um 79 drehbar und überträgt durch seinen
Arm 80 eine axiale Kraft auf die Achse der Schnecke, wie es bereits beschrieben
worden ist. Der Arm 74 trägt eine in dem zylindrischen Gehäuse 8I angeordnete elektrische
Lampe, deren schmales Lichtbündel auf eine photoelektrische Zelle gerichtet ist.
Die Zelle befindet sich in einer zu dem Gehäuse 81 koaxialen Umldeidung.
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Die durch den Abstand R bestimmten Stellungen des Gegengewichts sind
derart, daß man jeweils Rlr = konst. erhält, wenn r gleich dem Spulenradius ist.
Nimmt man an, daß die Gabel 73, 74, 75 vorübergehend eine bestimmte ortsfeste Lage
hat, dann wird der Lichtstrahl beim weiteren Aufwickeln infolge der Durchmesservergrößerung
der Spule unterbrochen.
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Die Photozelle wird nicht mehr belichtet und' wirkt auf das Relais
83. Dadurch wird der Motor 84 in Betrieb gesetzt und das Zahnrad 85 über die Schnecke
86 angetrieben. Die Drehung bewirkt die Verschwenkung der Gabel 73, 74, 75 über
die Kurbel 87, die Kurbelstange 88 und den Zapfen 89. Diese Bewegung wird unterbrochen,
wenn eine ausreichende Verschwenkung der Gabel 73, 74, 75 stattgefunden hat und
dementsprechend der Strahl der Lichtquelle 81 von neuem auf die Zelle 82 einwirkt.
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Der Arm 75 bewegt bei seiner Verschwenkung, deren Größe vom Durchmesser
der Spule abhängt, das Gegengewicht 77 entlang dem Hebel 78. Der Hebelarm 80 wirkt
dann, wie im vorstehenden beschrieben, auf die Kupplung der Schnecke der Reibvorrichtung.
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Ein Umschalter go erlaubt den Motor 84 entweder auf das Relais 83
oder auf den Abzweig 91 der Hauptleitung zu legen und somit entweder den Motor durch
die photoelektrische Zelle zu steuern oder die Gabel 73, 74, 75 und das Gewicht
77 schnell in die Ausgangsstellung zurückzuführen.
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Die im vorstehenden behandelte Einrichtung ermöglicht also die notwendigen
Verschiebungen des Gewichts 77 auf seinem Hebel 78, um der Erfindung entsprechend
eine Aufwicklung unter konstanter Spannung herbeizuführen, ohne eine Beeinträchtigung
der Oberfläche des aufzuwickelnden Werkstoffs zustande kommen zu lassen. Außerdem
ist hierbei die Spule im Betrieb stets gut zugänglich.
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Nach Fig. 8 wirkt der Taster mit einem Geschwindigkeitsregler zusammen.
Dieser Regler vermittelt dem Locheisen der Spule eine Geschwindigkeit, die etwas
höher ist als die gewünschte Geschwindigkeit. Die Reibungsvorrichtung dient hierbei
nur dazu, die Geschwindigkeit zu korrigieren und die Spannung gleicht mäßig werden
zu lassen.
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Die Aufspulung erfolgt durch den Antrieb der Welle 92, die eine Nutenrolle
mit spreizbaren Seitenwänden 93 und 94 trägt. Die verschiebbare Seitenwand 94 unterliegt
dem Einfluß der Feder 95, die auf den Treibriemen 96 eine Druckkraft ausübt und
ihn in Richtung zur Peripherie der Nutenrolle zu drängen sucht. Der Riemen 96 treibt
die mit den spreizbaren Seitenwänden 97 und 98 versehene Nutenrolle an, die mit
der Schnecke 106 fest verbunden ist.
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Die Seitenwand 98 gleitet mit der Hülse 99 auf der Welle 100. Gegen
diese Hülse wirkt das Ende 101 des um den Drehpunkt IO3 schwenkbaren Hebels 102.
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Dieser Hebel unterliegt seinerseits der Einwirkung der Kuppelstange
IO4, die mit dem Gegengewicht 105 verbunden ist. Die Stellungen des Gegengewichts
entsprechen dem Durchmesser der Spule. Bei geeigneter Bemessung der Nutenrollen
und der Hebelarme kann man mit einem Motor von konstanter Tourenzahl von der Welle
92 aus die Schnecke IO6 betätigen und dabei das Locheisen der Spule mit einer solchen
Geschwindigkeit antreiben, daß das Gleiten in der Reibvorrichtung 107 sehr gering
bleibt.
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Man kann selbstverständlich bei der Anordnung nach Fig. 8 das Verhältnis
der Geschwindigkeiten des Reglers auch durch eine einfache mechanische Verbindung
des Hebels IO2 mit einem der Regelorgane bestimmen, und zwar dann, wenn man für
die Abtastung der Spule eine Ausführung nach den Fig. 6 und 7 benutzt, z. B. gemäß
Fig. 7 eine Verbindung zwischen der Kurbelstange IO4 des Hebels IO2 und der Kurbel
87 oder einer anderen Anordnung.
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Bei sämtlichen im vorstehenden behandelten Ausführungen ist vorausgesetzt,
daß sich die Welle des Motors 1 (Fig. I) bzw. IO (Fig. 2), 20 (Fig. 3), 42 (Fig.
4) dreht. Wenn man sich diese Wellen jedoch stillstehend vorstellt und wenn man
weiterhin annimmt, daß auf die Spulenwellen eine Kraft ausgeübt wird, die sie umgekehrt
antreibt, ergibt sich, daß die Reibungsvorrichtung wie eine Bremse wirkt, deren
Betriebsweise durch die Gleichung P=E -D bestimmt ist. Diese Bremse besitzt die
gleichen Eigenschaften der selbsttätigen Regelung wie der Kraftvermittler. Hierdurch
wird es möglich, ein und dieselbe Vorrichtung einerseits zum Aufwickeln unter konstanter
Spannung und andererseits zum Abwickeln unter konstanter Spannung zu benutzen, wenn
der Motor stillsteht.