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Vorrichtung für den Antrieb von Webstühlen Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung für den Antrieb von Webstühlen zur Verhütung des Übertrittes der
in den rotierenden Massen des Webstuhles auftretenden Energieschwingungen auf die
Welle eines Elektromotors mittels eines zwischen dem Motor und den rotierenden Massen
des Webstuhles vorgesehenen elastischen Zwischengliedes.
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Beim Betrieb von Webstühlen, die meist durch Elektromotoren angetrieben
werden, treten - bedingt durch den Aufbau des Webstuhles - Energieschwingungen auf,
die durch den ungleichförmigen Lauf des Webstuhles hervorgerufen werden und derart
groß werden können, daß sich die Richtung des Energieflusses von der Antriebsmaschine
nach dem Webstuhl vorübergehend sogar umkehrt. Diese Energieschwingungen bewirken
Winkelgeschwindigkeitsänderungen der rotierenden Teile des Webstuhles, deren Größe
von der Größe der Rotationsenergie und der Charakteristik des Antriebes abhängig
ist. Infolgedessen treten im Antriebsmotor durch diese Lastschwingungen, insbesondere
in der Ständer- und Läuferwicklung, zwangläufig hohe elektrische Verluste auf, die
im Hinblick auf die meist größere Anzahl von Webstühlen aus wirtschaftlichen Gründen
unerwünscht sind.
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Man hat im allgemeinen Maschinenbau vorgeschlagen, derartige unerwünschte
Rückwirkungen auf den Antrieb dadurch zu beseitigen, daß zwischen der Last und dem
Antrieb eine Feder eingebaut
wurde. Die bisher für diesen Zweck
vorgesehenen harten Federn sind erfahrungsgemäß jedoch nicht geeignet, den angegebenen
Übelstand bei Webstühlen zu beseitigen. Bei der Anwendung solcher Federn werden
nämlich die von den oszillierenden Teilen des Webstuhles verursachten Energieschwingungen
unter verhältnismäßig geringen Winkelgeschwindigkeits- und damit Energieänderungen
der rotierenden Massen noch zu einem wesentlichen Teil von der Feder aufgenommen.
Dadurch entstehen in der Feder größere Kraftänderungen, die auf den Motor übertragen
werden.
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Man hat ferner den allgemeinen Vorschlag gemacht, zur Entlastung des
Webstuhlmotors von den durch den ungleichförmigen Lauf des Webstuhles bedingten
Leistungs- und Stromschwankungen zwischen Motor- und Kurbel- bzw. Vorgelegewelle
nachgiebige elastische Übertragungsmittel einzuschalten, welche die Ungleichförmigkeit
nicht bzw. nur zum Teil von der Kurbelwelle auf den Läufer übertragen sollen. Als
solche elastische Glieder werden Flach- und Keilriemen genannt. Solche Mittel sind
jedoch für den vorgesehenen Zweck in keiner Weise geeignet, da einerseits eine starke
Wechselbeanspruchung der Riemen auftritt, und andererseits das Rutschen der Keilriemen
u. dgl. kaum zu vermeiden ist, was ebenfalls eine schnelle Abnutzung der Riemen
zur Folge hat und einen nicht unerheblichen Leistungsverlust bedeutet. Derartige
Mittel haben sich daher auch nicht in der Praxis bewährt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches elastisches
Zwischenglied derart auszubilden, daß die Energieschwingungen des Webstuhles fast
völlig kompensiert werden, so daß von dem Antriebsmotor nur noch das erforderliche
Gleichlastmoment abgegeben wird. Dies wird nach der Erfindung bei einer Vorrichtung
der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, daß das aus einer Spiral- oder Schraubenfeder
bestehende elastische Zwischenglied ein dem zu übertragenden Last-Drehmoment entgegengesetzt
gerichtetes Drehmoment ausübt und die Federkonstante so gewählt ist, daß der Verdrehungswinkel
zur Erzielung der gewünschten Vorspannung der Feder mindestens etwa das Dreifache
der maximal auftretenden Winkeländerung bei der Relativbewegung der rotierenden
Massen beträgt. Durch die Kombination dieser Merkmale, die allein als durch den
Hauptanspruch geschützt anzusehen sind, wird der erstrebte Erfolg, und zwar eine
fast völlige Kompensierung der Energieschwingungen des Webstuhles, erreicht. Da
nämlich bei einer solchen Ausbildung des Antriebes die Federkraftänderungen bei
der Relativbewegung des angetriebenen Teiles gegenüber dem antreibenden Teil sehr
klein sind, werden zur Deckung der Schwingungsenergie fast nur noch die rotierenden
Eigenmassen des Webstuhles herangezogen. Die Bewegungsungleichförmigkeiten der rotierenden
Massen des Webstuhles sind daher von der gleichförmigen Drehbewegung des Motorläufers
fast ganz abgetrennt, und die Restpulsation der Motorleistung beträgt infolgedessen
nur noch wenige Prozente der sonst üblichen Netzleistungsschwingung. Die Federkraftänderung
wird also, wie bereits erwähnt, sehr klein bleiben, jedenfalls aber unter der Größenordnung
von etwa Io bis 4o% der Federvorspannung liegen. Infolgedessen wird auch die spezifische
Beanspruchung der Feder sehr klein und dementsprechend ihre Haltbarkeit groß.
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In Fig. I ist ein Ausführungsbeispiel eines solchen gemäß der Erfindung
ausgebildeten Antriebes schematisch dargestellt. Darin bedeutet A die rotierende
Schwungmasse des Läufers eines Elektromotors, B die rotierenden Schwungmassen eines
Webstuhles zum Antrieb der hin- und hergehenden Teile C des Webstuhles und D einen
Kurbeltrieb, durch den die hin- und hergehenden Teile C mit den rotierenden Schwungmassen
B verbunden sind. Die letzteren sind mit den rotierenden Massen des Antriebes A
durch eine Schraubenfeder E elastisch gekuppelt, welche die oben angegebene Charakteristik
besitzt.
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Fig. 2 zeigt nun den erheblichen Fortschritt einer solchen Anordnung
gegenüber dem bisherigen Stand der Technik, und zwar sind zu diesem Zwecke in Fig.
2 die Schwankungen der Drehkraftbelastung der elastischen Kupplung dargestellt,
die jeweils auftreten, wenn Federn mit verschiedener Konstante verwendet werden,
bei denen also verschieden große Verdrehungswinkel zur Erzielung der zur Übertragung
des Gleichlastmomentes notwendigen Vorspannung erforderlich sind. Bei den bisher
bekannten Anordnungen beträgt dieser Verdrehungswinkel zur Erzielung der Vorspannung
der Kupplungsfeder bei Gleichlast höchstens etwa 3o bis 50°. Er ist gegenüber den
auftretenden größten Winkeländerungen der ungleichförmig rotierenden Massen so klein,
daß die in der Kupplungsfeder außer der durch das Gleichlastmoment hervorgerufenen
Drehkraftbelastung zusätzlich auftretende Drehkraftbelastung bei etwa 30° Verdrehungswinkel
etwa 4I3% des die Feder belastenden Gleichlastmomentes beträgt. Bei Verwendung einer
Feder mit etwa 5° Verdrehungswinkel bei Gleichlast beträgt die durch die Winkelgeschwindigkeitsänderungen
hervorgerufene Änderung der Federbelastung sogar 8go0/o der Gleichlast. Derartig
hohe Belastungen beanspruchen nicht nur die Kupplungsfeder sehr stark, sondern üben
vor allem die starken, unerwünschten Rückwirkungen auf den mit der Kupplung verbundenen
Energieträger, also den Läufer A des Antriebsmotors, aus. Wenn dagegen gemäß der
Erfindung der Verdrehungswinkel der Kupplung zur Erzielung der Vorspannung der Kupplungsfeder
so groß gewählt ist, daß er das Mehrfache der größten Winkeländerung bei der Relativbewegung
der rotierenden Massen ausmacht, so beträgt in diesem Falle die Änderung der Federbelastung,
wie Fig. 2 zeigt, nur etwa z8,30/0 des Gleichlastmomentes und besitzt also nur noch
einen Bruchteil des Wertes bei den bisherigen Ausführungen.
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Bei der Verwendung eines elektromotorischen Antriebes kann sich die
erfindungsgemäße Verbindung
irgendwo zwischen Motorläufer und den
rotierenden Massen des Webstuhles befinden, so daß eine Relativbewegung dieser Massen
gegenüber dem Läufer möglich ist und trotz allen Ungleichförmigkeiten der Bewegung
dieser Massen ein annähernd konstantes Drehmoment, nämlich das Gleichlastmoment,
übertragen wird. Das elastische Zwischenglied kann erfindungsgemäß auch zwischen
Motorläufer und Motorwelle angeordnet sein, wobei die Motorwelle gegenüber dem Läufer
drehbar gelagert und die Antriebsscheibe fest mit der Welle verbunden ist. Hierbei
können wenigstens an dem einen der beiden, durch das elastische Zwischenglied miteinander
gekuppelten Energieträger zusätzliche Schwungmassen vorgesehen sein. So kann die
gegenüber dem Motorläufer drehbar gelagerte und federnd mit ihm verbundene Antriebsscheibe
mit der zusätzlichen Schwungmasse versehen sein, die ebenfalls zum Ausgleich der
Energieschwingungen beiträgt. Dabei sind ferner erfindungsgemäß zum Begrenzen der
Drehbeweglichkeit zwischen dem antreibenden Teil und dem angetriebenen Teil Vorsprünge
bzw. Anschläge vorgesehen.
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In Fig. 3 bis 6 sind mehrere konstruktive Ausführungsbeispiele einer
solchen gemäß der Erfindung ausgebildeten Antriebsanordnung dargestellt. In Fig.
3 ist das treibende Element I mit dem getriebenen Element 2, also der rotierenden
Masse eines Webstuhles, durch eine Spiralfeder 3 gekuppelt. Diese ist mit ihrem
inneren Ende auf der Nabe 4 des treibenden Elementes I und mit ihrem äußeren Ende
an einem Mitnehmerbolzen 5 auf dem getriebenen Element 2 befestigt. In dem treibenden
Element I ist eine teilkreisförmige Aussparung (Schlitz) 6 vorgesehen, die den Bereich,
in welchem Relativbewegungen zwischen treibendem und getriebenem Element möglich
sind, begrenzt. Dieser Pendelbereich ist in Fig. 3 durch Pfeil 7 dargestellt. Die
Spiralfeder 3 hat eine solche Vorspannung, daß der Druckunterschied der Feder zwischen
den beiden Endstellungen der Relativbewegungen, d. h. zwischen den beiden durch
den Pfeil 7 angegebenen Endstellungen des Mitnehmerbolzens 5, möglichst gering ist,
d. h. sich dem Werte Null nähert. Um dies zu erreichen, ist der Verdrehungswinkel
zur Erzielung der gewünschten Vorspannung der Feder 3 möglichst groß gewählt, z.
B. viermal so groß, wie die größte Winkeländerung ist, die sich bei der Relativbewegung
der Schwungmasse des Webstuhles ergibt. Die Vorspannung der Feder muß natürlich
gleich groß wie das zu übertragende Gleichlastmoment, aber entgegengesetzt zu diesem
gerichtet sein. Der teilkreisförmige Schlitz ermöglicht dabei außerdem noch einen
erleichterten Anlauf für den Antriebsmotor dadurch, daß der Läufer vom Stillstand
bis zu etwa zwei Drittel der Betriebsdrehzahl beschleunigt wird, ehe der Mitnehmerbolzen
5 von der Anschlagstelle in der Ruhestellung bis zu der entgegengesetzten Anschlagstelle
des anzutreibenden Elementes bewegt wird. Durch diese stoßartige Übertragung der
Energie des Läufers beim Anlauf der Vorrichtung wird der Vorteil erzielt, daß das
Anlaufmoment des Antriebsmotors wesentlich herabgesetzt werden kann.
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Anstatt einen Bolzen an dem getriebenen Element und einen Schlitz
an dem antreibenden Element anzubringen, kann der Bolzen auch auf dem treibenden
und der Schlitz an dem angetriebenen Element vorgesehen sein. Wesentlich ist nur,
daß eine gewisse Teildrehung des antreibenden Elementes gegenüber dem angetriebenen
Element möglich ist. In Fig. 4 ist eine in solcher Weise ausgebildete Vorrichtung
gezeigt, bei der jedoch an Stelle der Spiralfeder 3 (Fig. 3) eine Schraubenfeder
8 vorgesehen ist.
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Erfindungsgemäß kann ferner an den Anschlagstellen, also z. B. an
den Stellen des Schlitzes, auf die der am getriebenen Element angebrachte Bolzen
beim Anlauf des Antriebsmotors auftrifft, eine Pufferung, z. B. eine Feder, ein
Gummipuffer od. dgl., vorgesehen sein, die die Anlaufstoßkraft herabsetzt. Ferner
kann der Schlitz 6 gegenüber dem Bolzen 5 zwecks Anpassung der Vorspannung an das
Gleichlastmoment einstell- und feststellbar eingerichtet sein.
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Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes, bei
dem der treibende Teil von einem Elektromotor gebildet wird, dessen Läufer io das
treibende Element bildet und drehbar auf der Welle i i angeordnet ist, die das getriebene
Element darstellt, das mit den hier der Einfachheit halber fortgelassenen rotierenden
Schwungmassen des Webstuhles fest verbunden ist. Die Kupplung zwischen dem Läufer
io und der diesen tragenden Welle i i wird durch den Mitnehmerbolzen 12 bewirkt,
der in die teilkreisförmige Aussparung 13 der fest auf der Welle i i sitzenden Scheibe
14 eingreift und mit dieser durch die Spiralfeder 15 verbunden ist. Das federnde
Zwischenglied 15 ist somit zwischen Motorwelle und Läufer angeordnet. Die Welle
i i kann außerdem auf der der Scheibe 14 gegenüberliegenden Seite mit zusätzlichen
Schwungmassen 16 besetzt sein, die zum Energieausgleich mit beitragen und die maximale
und minimale Geschwindigkeit der Webstuhlmassen in hinreichenden Grenzen halten.
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In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem
das getriebene Element 17 mit einer zusätzlichen Schwungmasse 18 verbunden ist.
Das federnde Zwischenglied i9 liegt hier unmittelbar zwischen dem treibenden Element
20 und dem die zusätzliche Schwungmasse bildenden Teil 18. Der Bolzen 21 dient als
Anschlag für das mit einer entsprechenden teilkreisförmigen Aussparung versehene
Antriebselement 2o.