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Aufwickelvorrichtung mit über ein Friktionsglied geregelter Zugspannung
im Wickelgut für Kabelmaschinen od. dgl.
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Wenn sehr lange und im Verhältnis zu ihrer Länge dünne Gebilde, wie
es z. B. blanke oder elektrisch isolierte Drähte, Seile, Kabel, Textilfäden und
-garne, Papierbahnen u. dgl. sind, mit gleichbleibender Geschwindigkeit aus Fabrikationsmaschinen
oder deren Abzugsvorrichtungen angeliefert werden und maschinell auf Spulen, Trommeln
usw. aufgewickelt werden sollen, ist es erstens notwendig, die Aufwickelvorrichtungen
mit einer mit dem Wickeldurchmesser von Lage zu Lage abnehmenden Drehgeschwindigkeit
und mit entsprechend zunehmendem Drehmoment anzutreiben. Die sich hieraus ergebende
Aufgabe für den Bau von Aufwickelvorrichtungen wird noch dadurch erschwert, daß
zweitens das Wickelgut mit in ihm stets gleichbleibender Zugspannung aufgewickelt
und eine gelegentliche von der Maschine oder dem Abzug herrührende Zugsp annungsschwankung
ausgeglichen werden soll.
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Die Lösung dieser doppelten Aufgabe auf maschinellem Wege ist bereits
mit vom lagenweise zunehmenden Wickeldurchmesser abhängigen, mehr oder weniger komplizierten
Steuerungen und mit Friktions- oder Rutschkupplungen in sehr verschiedener Weise
unternommen worden. Es sind hierfür sowohl mechanisch z. B. mit Fühlrollen als auch
elektrisch z. B. mit Elektromagneten oder Elektronenröhren geregelte und schließlich
auch schon gemischt elektrischmechanisch geregelte Aufwickelvorrichtungen bekanntgeworden,
die sogar ihren Prinzipien nach aufzuführen in Anbetracht ihrer großen Zahl zu weit
fiihren würde. Als maßgebliche Beispiele für den durch die Erfindung zu verbessernden
Stand der Technik sollen jedoch drei Arten von bekannten Aufwickel vorrichtungen
besonders erwähnt werden.
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Bei einer bekannten Vorrichtung, die ein Beispiel für die erste Art
bildet und zur Regelung der Spannung in einem z. B. fadenförmigen Wickelgut dient,
ist einerseits die das Wickelgut aufnehmende Spule mit einer Bremsscheibe versehen,
die in einem mit einem Regulierwiderstand einstellbaren, von glockenförmigen Elektromagneten
gelieferten Kraftlinienfel d umläuft, und es ist andererseits als Sicherheitsvorrichtung
bei Fadenriß eine weitere elektromagnetische Bremse an der Ablauf- oder an der Aufwickelspule
angeordnet, die durch von einer Fadenspannungsfühlrolle gesteuerte Kontakte im Bedarfsfall
eingeschaltet wird. Bei dieser Vorrichtung muß die Fadenspannung laufend beobachtet
und danach der Regulierwiderstand noch von Hand verstellt werden. Es ist in dieser
Hinsicht aber auch schon bekannt, vor der Aufwickelvorrichtung in einer künstlich
gebildeten Schleife des Wickelgutes eine sogenannte Tänzerwalze oder Tänzerrolle
anzuordnen, die bei einer Änderung der Zugspannung im Wickelgut gehoben oder gesenkt
wird und über einen elektrischen Regler die Drehzahl des Aufwickelmotors auf Konstanz
der Zugspannung einregelt.
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Bei einer anderen bekannten, ein Beispiel für die zweite Art bildenden
und ebenfalls elektromotorisch angetriebenen Aufwickelvorrichtung wird ein Regler
für den Antriebsmotor mittels einer Zugspannung-Meßvorrichtung so gesteuert, daß
die Zugspannung trotz zunehmendem Wickeldurchmesser konstant bleibt. Zu diesem Zweck
ist die Wickelwalzenachse mit dem Antriebsmotor über eine Drehmoment-Meßvorrichtung
gekuppelt, die das vom Wickelgut auf die Wickelwalze ausgeübte Drehmoment mit dem
vom Antriebsmotor aufgebrachten Drehmoment vergleicht.
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Die bei einem Unterschied der beiden Drehmomente auftretende Relativbewegung
zwischen den beiden entsprechenden Teilen der Drehmoment-Meßvorrichtung bewirkt
dann die Verstellung des Drehzahlreglers für den Antriebsmotor.
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Zur dritten Art schließlich gehören diejenigen für verschiedene Zwecke
und in dementsprechend verschiedener Ausführung, u. a. beispielsweise unter dem
Namen D ifferentialj igger bekannten Aufwickelvorrichtungen, bei denen zwischen
das Antriebsorgan (meist ein Elektromotor) und einen oder mehrere Aufwickelhaspel
(oder die zur Aufwicklung benutzten Spulen, Trommeln, Rollstangen u. dgl.) in den
direkten Kraftübertragungsweg ein Differentialgetriebe geschaltet ist, das mitunter
auch an der Regelung der Zugspannung mitwirkt. So ist z.B. zur Beseitigung des Nachteils,
daß der Regelbereich von Elektromotoren begrenzt ist und manchen Forderungen beim
Auf-oder Umwickeln in Betrieben der Papier-, Textil- und anderen Industrie nicht
genügt, bei einer bekannten
Regeleinrichtung ein der- Vergrößerung
des Wickelbereichs dienendes Differentialgetriebe zwischen Antriebsmotor und Rollstange
geschaltet. Dieses regelbare Getriebe wird in Abhängigkeit von einer Drehzahlüberwachungseinrichtung
beim Erreichen des Endregelzustandes des Motors selbsttätig durch Lüften einer Reibungsbremse
an seinem Gehäuse umgeschaltet wird, wodurch der Motor wieder auf seinen Anfangsregelzustand
zurückgeführt wird, und es kann zur Erzielung eines stoßfreienUbergangs aus der
einen in die andere Regelstufe über eine Reibungskupplung angetrieben werden. Bei
einer anderen bekannten Vorrichtung dieserArt wird zu einem mit gleichbleibender
Geschwindigkeit laufenden elektromotorischen Antrieb der Wickeltrommel von D rahtaufwickelmaschinen
über ein Differentialgetriebe ein für verschiedene Geschwindigkeiten eingerichteter
und zur Steigerung der Anfangsantriebsgeschwindigkeit dienender zusätzlicher Elektromotor
hinzugekuppelt, dessen Drehzahl bei fortschreitendem Aufwickeln allmählich selbsttätig
vermindert wird, wodurch auch die effektive Wickeltrommelgeschwindigkeit abnimmt.
Auf diese Weise wird die sonst übliche Abbremsung der Wickeltrommel mittels einer
auf sie mit von der Drahtspannung abhängiger veränderlicher Kraft einwirkenden Reibungsbremse
und damit der Nachteil der Umwandlung eines Teiles der Antriebskraft durch Bremsarbeit
in verlorene Wärme vermieden. Die Drehzahländerung des Zusatzmotors kann hierbei
entweder durch die zwar veränderliche, aber als gleich groß bleibend angesfrebte
Spannung des zur Wickeltrommel laufenden Drahtes oder durch den jeweiligen Wickeldurchmesser
auf der Trommel geregelt werden, zu welchem Zweck eine an dem Draht anliegende und
einen Motorschalterhebel schwenkende Tastrolle vorgesellen ist.
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Bei einer der eben erwähnten Vorrichtung im Zweck verwandten Regeleinrichtung
sind zwischen den Hauptantriebsmotor und die Wickeltrommel sogar zwei Differentialgetriebe
geschaltet, die mechanisch sowohl gemeinsam mit dem Hauptantriebsmotor als auch
einzeln mit einem weiteren Motor bzw. einem Generator gekuppelt sind, die ihrerseits
elektrisch zusammengeschaltet sind und die Drehzahl und das Drehmoment an der Wickeltrommel
an den jeweiligen Aufwickelzustand anpassen.
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Bei der Erfindung handelt es sich um eine insbesondere für Kabelmaschinen
bestimmte, aber auch für andere Zwecke geeignete Aufwickelvorrichtung mit über ein
Friktionsglied geregelter Zugspannung im Wickelgut, bei der zwischen das Antriebsorgan
und den Aufwickelhaspel in den direkten Kraftübertragungsweg ein an der Regelung
der Zugspannung mitwirkendes Differentialgetriebe geschaltet ist. Die Erfindung
besteht darin, daß bei einer solchen Aufwickelvorrichtung die mechanisch oder elektrisch
gewonnene Zugspannungsregelkraft die Erregerstromstärke einer elektromagnetischen
Friktionsbremse beeinflußt, die in einem Kraftübertragungs-Nebenweg an dem dem Antriebszahnrad
gegenüberliegenden Zahnrad des Differentialgetriebes angreift.
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Durch diese Ausführung unterscheidet sich die neue Aufwickelvorrichtung
von den bisher bekannten Ausführungen derjenigen Aufwickelvorrichtungen, die schon
mit Friktionsbremsen und D ifferentialgetrieben ausgerüstet sind, in vorteilhafter
Weise. Durch die Anordnung der von der jeweiligen Zugspannungsregelkraft beeinflußten
elektromagnetischen Friktionsbremse in einem Nebenweg der Kraftübertragung werden
nämlich zunächst die Nachteile beseitigt, die sich bei im direkten Kraftübertragungsweg
liegenden
Friktionsbremsen auswirken, insbesondere die für die angestrebte Feinfühligkeit
im ganzen Regelbereich ungenügende Reproduzierbarkeit zwischen Regel- und Bremskraft
und auch das zwischen ihnen bestehende ungünstige Größenverhältnis. Bei der Ubertragung
der im Vergleich zu den Antriebskräften mehrfach kleineren Regelkräfte arbeiten
die Friktionsbremsen jedenfalls viel günstiger. Gegenüber den Ausführungen mit stufenweiser
Regelung der Drehzahlen eines Antriebsmotors besteht der Vorteil der bei allenfalls
nur etwa gleich großem Aufwand feinerstufigen oder sogar kontinuierlichen und außerdem
die Drahtspannung berücksichtigenden Regelung; dagegen besteht gegenüber den Ausführungen
mit zusätzlichen Antriebsmotoren der Vorteil des weitaus geringeren Aufwandes bei
keineswegs schlechterer Regelung. Bei der praktischen Erprobung der Aufwickelvorrichtung
gemäß der Erfindung hat sich nämlich schon gezeigt, daß mit ihr sowohl die normalen
betrieblichen Änderungen und Schwankungen als auch die anormalen Verhältnisse beim
Anfahren und Stillsetzen sicher beherrscht werden.
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Die Erfindung läßt sich in verschiedener Weise ausführen. Um sie
weiter zu erläutern, ist in der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das
nunmehr erläutert werden soll.
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Fig. 1 zeigt die Gesamtanordnung, während die Fig. 2 und 3 Einzelteile
zeigen.
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In Fig. 1 ist die das Wickelgut aufnehmende Trommel 1 auf die Aufwickelwelle
2 aufgesetzt, die über das Differentialgetriebe direkt angetrieben wird. Dieses
Differentialgetriebe enthält die Kegelräder3 und 4, die Planetenräder 5 und 6 und
das mit einem äußeren Zahnkranz 7 versehene umlaufende Gehäuse. Der Zahnkranz 7
greift in das Zahnrad 8 ein, das auf der Antriebswelle 9 sitzt, die mit Hilfe der
Scheibe 10 über Keilriemen, Ketten od. dgl. von einem nicht dargestellten Antriebsmotor
angetrieben wird.
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Das Kegelzahnrad 3 stellt das Abtriebsrad des Planetengetriebes dar,
während über das ihm gegenüberliegende Kegelzahnrad 4 die Zugspannungsregelkraft
am Getriebe angreift. Dieses Zahnrad 4 sitzt am einen Ende einer Welle 11, die mit
der Welle 2 gleichachsig ist und zusammen mit der Welle 9 in den auf dem Maschinenständer
12 aufgesetzten Lagerböcken 16 gelagert ist. Das andere Ende der Welle 11 sitzt
drehbar in dem feststehenden Innengehäuse einer elektromagnetischen Bremse, das
an dem zugehörigen äußeren Lagerbock 16 befestigt ist oder mit ihm auch aus einem
Stück bestehen kann. Konzentrisch zu dem Gehäuse sitzt fest auf der Welle 11 der
glockenförmige Lamellenhalter 13 für die Außenlamellen 14. Ihnen stehen die Innenlamellen
15 gegenüber, die an dem in die Glocke hineinragenden zylindrischen Teil 17 des
Gehäuses befestigt sind, in dem in einer zur Welle 11 konzentrischen kreisrunden
Bohrung die Erregerspule 18 sitzt. Vor der der Außenglocke 13 zugekehrten Seite
des Gehäuses bzw. seines zylindrischen Teiles 17 ist der axial verschiebbare Magnetanker
20 angeordnet, der von einem am Ende des Teiles 17 ausgebildeten Bund oder dort
angebrachten Sprengring gesichert wird. Dieser Magnetanker hat die Form einer Tellerscheibe,
die mit ihrem äußeren umgelegten oder aufgeflanschten Rand gegen die Lamellen und
die zwischen ihnen eingebrachten Filzringe 19 drückt.
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Der Anpreßdruck oder die Ruhestellung der Lamellen der Bremse kann
mit Hilfe eines auf dem Gehäuse vor und zurückdrehbaren Stellrings 21 eingestellt
werden.
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Die Belegung einer der beiden Lamellengruppen mit festen, vorzugsweise
aufgeklebten Filzringen hat sich
besonders bewährt, wenn die Lamellen
aus Stahl bestehen. Es können aber auch graphithaltige selbstschmierende Metallbeläge,
z. B. aus Kupfer, Aluminium oder weichem Eisen verwendet werden, die auf die Stahllamellen
aufgesintert sind.
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Im Betriebszustand wird der Bremsdruck durch den der Erregerspule
18 zugeführten Strom geregelt, dessen Stärke von einem Regelwiderstand 22 durch
Verstellung des als Schwinghebel ausgebildeten Steuerhebels 23 bestimmt wird. Dieser
Regelwiderstand liegt in einem Gleichstromkreis 24, in dem noch der Vorschaltwiderstand
25 und eine Gleichrichteranordnung 26 liegt, die von einem Wechselstromkreis gespeist
wird, von dem nur der Ausgangstransformator 27 dargestellt ist. Die im Stromkreis24
jeweils vorhandene Stromstärke kann an einem Stromzeiger24' abgelesen werden.
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Die Ausbildung dieses elektrischen Regelstromkreises ist nur ein
Beispiel. Die Verwendung von Gleichstrom ist bekanntlich bei elektromagnetischen
Bremsen wegen Vermeidung von Hystereseerscheinungen und wegen des besseren elektrischenWirkungsgrades
zweckmäßig. Die Regelung der Stromstärke in dem Erregerstromkreis 24 kann aber auch
wechselstromseitig mit Hilfe von Drosseln, Tauchspulen oder anderen bekannten Schaltmitteln
erfolgen. Sowohl die Gleichstrom- als auch die Wechselstromregelung kann in bekannter
Weise stufenweise oder kontinuierlich bewirkt werden.
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In den Fig. 2 und 3 ist als Beispiel eine mechanische Anordnung dargestellt,
die die gewünschte Regelkraft liefert. Der schon in Fig. 1 schematisch dargestellte
Steuerhebel 23 steht unter der Wirkung einer ihn in die Ruhestellung nach rechts
ziehenden Feder 35 und gleitet mit seinem Gegenkontakt36 auf der Kontaktbahn des
auch schon in Fig. 1 schematisch dargestellten Regelwiderstandes 22. Das von rechts
aus der Fabrikationsmaschine kommende und auf der Spule 1 aufzuwickelnde Wickelgut,
z. B. eine elektrisch isolierte Ader 28 läuft zunächst ein- oder mehrmals über eine
Scheibe29, die zugleich die Abzugsscheibe der Fabrikationsmaschine sein kann, und
dann über die ebenfalls einen festen Drehpunkt habende Scheibe 30 und schließlich
über die am beweglichen Ende des Steuerhebels sitzende Schwingscheibe31. Das andere
Ende des Steuerhebels 23 ist auf dem festen Drehpunkt 32 an dem Halter33 gelagert,
der an der Säule 34 befestigt ist. Bei dieser Anordnung wirkt dem nach rechts gerichteten
Zug der einstellbaren Feder 35 der nach links gerichtete Zug der aufzuwickelnden
Ader 28 entgegen, der vom Umlauf der Aufwickeltrommel 1 herrührt. Je größer diese
Aderzugspannung mit zunehmendem Wickeldurchmesser werden will, um so mehr Widerstand
22 wird in den Stromkreis24 eingeschaltet und um so kleiner wird deshalb die von
der Erregerspule 18 verursachte Bremskraft. Infolgedessen dreht sich der glockenförmige
Außenlamellenhalter 13 um so leichter und mit ihm laufen die Welle 11 und das Kegelrad
4 des Differentialgetriebes schneller. In Auswirkung davon wird die Drehgeschwindigkeit
der Aufwickeltrommel 1 verlangsamt und die in der Ader 28 herrschende Zugspannung
wird auf den gewünschten konstanten Wert zurückgebracht.
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Die Aufwickelvorrichtung arbeitet somit in folgender Weise zwischen
zwei Extremstellungen: Bei zu straffer Ader 28 ist im Erregerstromkreis 24 der Bremse
der Widerstand 22 zu klein und damit der Strom und die Bremskraft zu groß; infolgedessen
steht das Kegelzahnrad 4 fast still und die Aufwickeltrommel 1 läuft zu schnell,
weil an ihr ein zu großes
Drehmoment wirkt. Bei zu schlaffer Ader ist dagegen der
Widerstand zu groß und damit Strom und Bremskraft zu klein; das Zahnrad4 dreht sich
leicht und die Aufwickeltrommel läuft mit kleinem Drehmoment zu langsam. Im normalen
Betriebszustand arbeitet die Regelung zwischen diesen Werten, d. h. ohne bis zu
den Endstellungen hinzupendeln, und ist um so feinfühliger, je mehr Stufen der Regelwiderstand
hat oder wenn sie kontinuierlich veränderbar ist, und sie geht dabei wie wie angestrebt
damit mit dem zunehmenden Wickeldurchmesser selbsttätig mit. Die Regelanordnung
spricht infolge des in ihr enthaltenen Differentialgetriebes sehr leicht an und
die Regelstromstärke wird nicht durch variable Übergangswiderstände an Schleifringen
beeinflußt.
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Die Steuerung der Aufwickelvorrichtung durch einen Steuerhebel, der
etwa senkrecht zur aufzuwikkelnden Ader zwischen der Abzugsscheibe und der Aufwickeltrommel
steht, ist nur ein Beispiel. Die Steuerung kann nämlich auch von der Aufwickeltrommel
aus erfolgen, wenn diese in Richtung der auflaufenden Ader - z. B. durch Anordnung
auf einem Hebel und Antrieb mit einer Gelenkwelle - beweglich ist und durch die
Aderzugspannung gegen eine Rückhaltfeder zum Abzug hingezogen wird. An Stelle eines
Hebels kann auch eine Gleitkulisse für das Trommellager verwendet werden, insbesondere
um momentane Zugspannungsschwankungen auszugleichen und die T-rommellagerung horizontal
in Richtung auf den Abzug beweglich zu machen.
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Es sind jedoch im Rahmen der Erfindung nicht nur Anderungen im mechanischen
Teil der Regelung der Aufwickelvorrichtung möglich, sondern auch Änderungen im elektrischen
Teil. Es soll deshalb nunmehr noch ein in dieser Hinsicht abweichendes Ausführungsbeispiel
- soweit möglich in Anlehnung an die in der Zeichnung dargestellte Anordnung - beschrieben
werden.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Regelkräfte nicht zuerst
mechanisch wie z.B. mit den in den Fig.2 und 3 dargestellten Regel gliedern gewonneu
und dann in elektrische Stromschwankungen übersetzt, sondern gleich als elektrische
Regelkräfte gewonnen, die beispielsweise von zwei gleichen Tourendynamos geliefert
werden. Es ist in diesem Fall eine erste Touren dynamo mit der elektromagnetischen
Bremse und eine zweite Tourendynamo mit der Abzugsscheibe der Fabrikationsmaschine
gekuppelt. Die beiden von ihnen gelieferten Spannungen werden einer z. B. aus einer
Wheatstone-Brücke bestehenden Spannungsvergleichsanordnung zugeführt, an die im
einen Außenzweig die konstante Netzspannung und im anderen Außenzweig ein Verstellmotor
für den Regelwiderstand im Erregerstromkreis der elektromagnetischen Bremse gelegt
ist. Dieser Verstellmotor ändert den Widerstand selbsttätig so lange, bis an der
Wheatstone-Brücke wieder Gleichgewicht herrscht und die gewünschte Wickelgutspannung
wieder erreicht ist. Infolge der Zwischenschaltung des Differentialgefriebes wird
mit wachsendem Wickeldurchmesser auch die Drehzahl an der Friktionsbremse vergrößert
und durch die zugehörige Tourendynamo, die ihrerseits über den Verstellmotor den
Regelwi derstand verstellt, wird das Drehmoment der Bremse in gleichem Maß verstärkt,
wie die Drehzahl zunimmt. In dieser Anordnung hat die erste Tourendynamo also zunächst
die Aufgabe, das jeweilige Drehmoment der Bremse zu regulieren. Dagegen liefert
die andere Tourendynamo, deren Regelung im normalen Betrieb beim Nachlassen der
Arbeits- oder
Aufwickelgeschwindigkeit einsetzt und bis zum Abschalten
der Anlage wirkt, eine der Steuerung der ersten Dynamo entgegenwirkende Größe und
teilt ihr mit, mit welcher augenblicklichen Wickelgeschwindigkeit gearbeitet bzw.
Wickelgut angeliefert wird; auf diesem Wege wird die Aufgabe der ersten Dynamo darauf
beschränkt, die Steuerung des Drehmoments in Abhängigkeit vom Wickeldurchmesser
zu bringen.
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Im Endergebnis läßt zwar die Wickelleistung in gleichem Maße nach
wie die Arbeits- oder Wickelgeschwindigkeit, jedoch bleibt die Zugspannung konstant
und diese Konstanz ist in jedem Fall auch beim Stillstand, Stillsetzen und Anfahren
gewährleistet.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden jedoch nicht wie
bei der zuvor als Beispiel zweiter Art des Standes der Technik erwähnten und mit
einer Drehmoment-Meßvorrichtung ausgerüsteten Aufwikkelvorrichtung zwei Drehmomente
verglichen, sondern zwei Drehzahlen, und es wird auch nicht die Drehzahl des Antriebsmotors
geändert, sondern die zur Steuerung des Differentialgetriebes benutzte Friktionsbremse
beeinflußt.