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Verfahren und Vorrichtung zur selbsttätigen Drehzahlregelung von Aufwickelwalzen
Bei
den Vorrichtungen zum Aufwidkeln von Gewebe, Papier u. dgl. muß bekanntlich zwecks
Konstanthaltung des Zuges, mit dem das Material aufgewickelt wird, die Drehzahl
der Aufwickelwalze mit wachsendem Durchmesser stetig verringert werden, Für eine
selbsttätige Drehzahlregelung von elektrisch angetriebenen Aufwickelvorrichtungen
sind in der Papier- und Textilindustrie eine Reihe von Verfahren bekanntgeworden,
z. B. die vielfach bei Papiermaschinen angewandte, auf der Änderung des Zugmomentes
fußende Regelung auf konstanten Ankerstrom des Antriebmotors oder die in der Textilindustrie
meist übliche Regelung mit Hilfe einer Tänzerwalze.
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Diese Elegelverfahren können jedoch bei der Aufwicklung von elastischen
Stoffen, wie sie z. B. in der Bunafabrikation anfallen, wegen der Materialeigenschaften
nicht zur Anwendung kommen. So ist die Regelung auf konstanten Ankerstrom bei elastischen
Stoffen nicht möglich, weil mit Rücksicht auf die Dehnung des Materials der Zug
heim Aufwickeln einen bestimmten, verhältnismäßig kleinen Wert nicht überschreiten
darf und der Anteil des Zugmomentes an dem gesamten, vor allem durch die Getriebewiderstände
bedingten Moment so klein ist, daß seine Änderungen nicht mehr zur Steuerung des
Ankerstromes herangezogen werden können.
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Bei Anwendung einer Tänzerwalze als Steuerorgan eines Widerstandsreglers
wird das Einfäden der elastischen Stoffbahn wegen der Notwendigkeit einer mehrfachen
Umlenkung sehr umständlich. Weitere Schwierigkeiten ergeben sich aus den Schwankungen
der Stoffgeschwindigkeit, die sich nicht völlig vermeiden lassen. Sie verlangen
ein rasches Eingreifen des Reglers, damit die Zugschwankungen in erträglichen Grenzen
gehalten werden und das Band~nicht zerreißt.
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Eine einfache Fiihrung der Stoffbahn und ein bequemes Einfädeln des
Materials lassen sich bei Verwendung einer Pendelwalze als Steuerorgan verwirklichen,
die auf der Stoffbahn, bevor sie die Aufwickelwalze erreicht, pendelnd aufliegt
und die sowohl das Anwachsen des Aufwickeldurchmessers als auch die jeweiligen Schwankungen
in der Stoffzufuhr auf einen Regeiwiderstand überträgt. Die Pendelwalze sinkt, wenn
die Zulaufgeschwindigkeit steigt, sie wird angehoben bei Verringerung der Zulaufgeschm
indigkeit. Der Regelbereich zwischen leerer und aufgewickelter Walze ist bekanntlich
groß. Da aber der für die Regelung zur Verfügung stehende Winkelausschlag naturgemäß
sehr klein ist, muß der große Regelbereich in sehr viele Stufen unterteilt werden.
Die Unterbringung einer hohen Stufenzahl in dem Regler macht aber konstruktive Schwierigkeiten
und führt zu kostspieligen Modellen.
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Es wurde nun gefunden, daß diese Schwierigkeiten behoben werden,
wenn man den Gesamtregelbereich in zweckmäßig gleiche Teilbereiche einteilt, von
denen nur ein Teilbereich feinstufig geregelt wird, während die übrigen Teilbereiche
als feste Widerstände nach erfolgter Aussteuerung des feinstufigen Teilbereiches
diesem einzeln nacheinander durch an sich bekannte, durch die Pendelffalse beeinflußte
Schaltvorrichtungen selbsttätig zu- bzw) abgeschaltet werden.
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Nach jeder Zuschaltung eines festen Widerstandes zu dem Regelwiderstand
verringert sich die Drehzahl des Aufwickelmotors, so daß sich Reglerstellung und
Drehzahlsollwert nicht mehr in iYbereinstimmung befinden. Zur Aus regelung der Abweichung
geht der Regler, da infolge der relativ größeren Zulaufgeschwindigkeit des auf zuwickeln
den Materials die Pendelwalze sinkt, in die Anfangslage bzw. in eine der Gleichheit
von Drehzahl-Ist und -Sollwert entsprechenden Lage zurück. Hat der Regler t Stufen
und unterteilt man den Regelbereich in n Teilbereiche, so erscheint bei voller Austeuerung
der Teilbereiche der gesamte Regelbereich in n- t Stufen unterteilt.
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Die Regelung erfolgt so, als ob ein Regler mit X t Stufen eingebaut
wäre. Auch bei Verwendung von Reglern mit geringer Stufenzahl t erfolgt die Regelung
der Drehzahl mit genügender Feinheit, wenn der Gesamtregelbereich in genügend viele
Teilbereiche unterteilt ist.
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Die Unterbringung einer geringen Stufenzahl des Regdwiderstandes
und einer größeren Zahl fester Widerstände bereitet konstruktiv auch dann keine
Schwierigkeiten, wenn bei großem Regelbereich bei Gleichstromantrieben Anker- und
Feldregelung kombiniert werden müssen.
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Zur Ausübung des Verfahrens werden die ein zelnen Teilwiderstände
des Gesamtregelhereiches zweckmäßig in der Weise zur Drehzahlregelung verwendet,
daß der feinstufige Regeiwiderstand in den Ankerstromkreis und die festen Widerstände
in den Erregerstromkreis und,oder in den Ankerstromkreis des Aufwickelmotors geschaltet
sind.
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Bei Leonardschaltung des Aufwickelantriebes wird man den vorteilhafterweise
als Potentiometer geschalteten Regler in - das Feld des Leonardgenerators legen.
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Das Schalten der Widerstände kann über einen Kontakt an der Pendelwalze
und ein oder mehrere Schütze erfolgen, wobei für das Einschalten einer neuen Stufe
stets erst eine erneute Kontaktbetätigung erforderlich ist. Das läßt sich z. B.
in einfacher Weise mit Hilfe eines Forts chaltrelais od. dgl. erreichen. Die Schaltung
der Widerstände kann natürlich auch ohne Verwendung von Schützen durch einen Schalter
oder eine Schaltwalze, die von der Pendelwalze betätigt werden, vorgenommen werden.
Schließlich kann unter Vermeidung der Kontakte und Schalter an der Pendelwalze die
Schaltung der Widerstände über ein spannungsabhängiges Relais erfolgen, des sein
Spulenspannung durch einen getrennten, mit der Pendelwalze gekuppelten Regelwiderstand
oder den Regler selbst so beeinflußt wird, !daß das Relais bei einem bestimmten
Ausschlag der Pendelwalze anspricht.
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Neben der Regelung der Drehzahl mit genügender Feinheit, auch bei
Verwendung einer geringen Stufenzahl, bietet die Aufwickelsteuerung noch den Vorteil,
daß jeder Stellung der Pendelwalze innerhalb eines jeden Teilbereiches eindeutig
eine bestimmte Motordrehzahl zugeordnet ist.
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Ferner können kurzzeitige Schwankungen in der Materialzufuhr entsprechend
den Bewegungen der Pendelwalze rasch ausgeglichen werden. Steigt z. B. aus irgendeinem
Grunde die Zulaufgeschwindigkeit, so steuert die sinkende Pendelwalze auf hohe Ankerspannung,
also auf hohes Moment. Umgekehrt wird bei Verringerung der Zulaufgeschwindigkeit
die Pendelwalze rasch angehoben und dadurch dieAnkersp,annungentsprechend herabgesetzt.
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Um an den Grenzen der Teilbereiche die fabrikationsmäßig bedingten
Schwairkungen in der Materialgeschwindigkeft aufnehmen zu können, ist es zweckmäßig,
die Teilbereiche sich gegenseitig überschneiden zu lassen.
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Die Vorrichtung kann durch einfache Umkehrung der Schaltfolge auch
für Abwickelvorgänge Verwendung finden; desgleichen besteht die Möglichkeit, durch
Kombination beider Ätisführungsformen die Einrichtung zur Konstanthaltung von Drehzahlen
innerhalb großer Regelbereiche zu verwenden.
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In der Zeichnung ist als Beispiel für eine nach dem neuen Verfahren
arbeitende Aufwickelsteuerung eine Steuerung bei beonardschaltung des Aufwiclçelmotors
dargestellt.
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Das aufzuwickelnde auflaufende Bunaband I wird über die Umlenkwalze
2 und die Pendelwalze 3 zur Aufwickelwalze 4 geführt, die vom Motor 5 angetrieben
wird. Da der Zug, mit dem das Material aufgewickelt wird, konstant bleiben soll,
muß die Drehzahl des Motors 5 in Abhängigkeit von dem Füllungszustand der Aufwickelwalze
4 geregelt werden. Stimmen Umfangsgeschwindigkeit von 4 und die Zulaufgeschwindigkeit
von I überein, so bleibt die Pendelwalze 3 in Ruhe. Steigt dagegen im Verlauf des
Aufwickelvorganges infolge des wachsenden Durchmessers der Walze 4 die Umfangsgeschwindigkeit,
so wird sich die Pendelwalze 3 heben. Dabei verstellt sie über ein Gestänge 7 den
Gleitkontakt 8 eines Potentiometers 9. An 8 ist die Erregerwicklung des Leonardgenerators
6 angeschlossen. Durch die Änderung der Stellung von 8 wird der Erregerstrom des
Generators 6 und damit seine Klemmenspannung beeinflußt, so daß sich auch die Drehzahl
des Motors 5 bzw. der Aufwickelwalze, ändert.
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Die Verstellung von 8 erfolgt so lange, bis wieder Gleichgewicht zwischen
der Zulaufgeschwindigkeit von I und der Umfangsgeschwindigkeit von 4 besteht. Am
Ende des Regelvorganges hat die Pendelwalze eine neue Stellung angenommen.
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Ist der gesamte vom Potentiometer g beschriebene Regelbereich ausgesteuert,
hat sich also die Pendelwalze 3 so weit gehoben, daß der Schalter 10 betätigt wird,
so wird bei weiterem Anheben der Pendelwalze über den Stößel II das Sperrad I3 der
Schaltwalze Iß um einen Zahn verstellt. Die Sperrklinke 12 verhütet dabei ein Zurückgehen
des Sperrades, wenn der Schalter 10 wieder geöffnet wird. Durch die Drehung der
Schaltwalze I4 aus der Stellung 0 in die Stellung I wird der Vorwiderstand 16a eingeschaltet
und der Widerstand I7a kurzgeschlossen. Der Widerstand 16a ist ebenso groß wie der
Widerstand des Potentiometers 9. Durch das Einschalten von I6a wird der Erregerstrom
von 6 herabgesetzt. Die Drehzahl von 4 wird dadurch verkleinert, so daß jetzt mehr
Stoff zugefördert als aufgewickelt wird. Die Pendelwalze geht also zurück und verstellt
dabei den rGleitkontakt 8 in Richtung A, bis die Anfangslage erreicht ist bzw. eine
Stellung, in der Zulauf-und Umfangsgeschwindigkeit gleich sind. Das Spiel wiederholt
sich nun, bis der Schalter IO von neuem geschlossen und die Walze 14 in die Stellung
II gedreht wird. Nunmehr wird der Widerstand I69 zugeschaltet und der Widerstand
17b kurzgeschlossen, worauf der Erregerstrom sinkt und die Pendelwalze wieder in
die Ausgangslage zurückgeht. Auf diese Weise wird nach und nach in mehreren Teilbereichen
der ganze Regelbereich überstrichen, wobei in jedem Teilbereich die Regelung feinstufig
über das Potentiometer 9 erfolgt.
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Die in der Skizze außerdem noch dargestellten Widerstände 15 und
I7a bis I7C dienen zur Einjustierung der Drehzahl bzw. zur Einstellung des Regelumfanges
eines Teilbereiches.