DE1499122C3 - Anordnung zur Konstanthaltung der Zugspannung des Wickelgutes bei einer Abwickeleinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Konstanthaltung der Zugspannung des Wickelgutes bei einer Abwickeleinrichtung, mit das Wickelgut abziehenden Abzugsroilen und unter Verwendung einer Wirbelstrombremse mit hyperbelförmiger abfallender Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie sowie mit einem Polradteil und einem mit der Abwickelwelle direkt gekuppelten Ankerteil, wobei die Erregung der Wirbelstrombremse additiv aus einer konstanten einstellbaren Spannungsquelle und einer weiteren Spannungsquelle zusammengesetzt ist, deren Spannung sich proportional zur Abziehgeschwindigkeit des Wickelgutes ändert. Die Aufgabenstellung bei Wickelanordnungen besteht im allgemeinen darin, unabhängig vom Wickeldurchmesser eine möglichst gleichbleibende Zugspannung auf das zu wickelnde Gut aufzubringen. Je nach Art des Wickelgutes sowie der Verarbeitungsbedingungen sind die Anforderungen an die Genauigkeit, mit der diese Zugspannung eingehalten werden soll, sehr unterschiedlich.

Es sind nun Anordnungen mit Regeleinrichtungen für Induktions- und Wirbelstrombremsen bekannt, die auf konstante Wickelleistung regeln und die Zugspannung des Wickelgutes bei gleichbleibender Geschwindigkeit konstant halten. Beim Beschleunigen und Verzögern treten hierbei jedoch Abweichungen von dem gewünschten Wickelzug auf, die in manchen Fällen, insbesondere bei empfindlichem Wickelgut oder bei großer Schwungmasse des gewickelten Bundes, nicht mehr zulässig sind.

Es sind weiterhin Anordnungen bekannt, bei denen mit Hilfe einer Bandzug-Meßvorrichtung die Zugspannung des Wickelgutes direkt gemessen und diese Größe zur Regelung benutzt wird. Hierbei läßt sich die Zugspannung unabhängig vom Wickeldurchmesser und von Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgängen konstant halten. Die Verwendung solcher Bandzug-Meßeinrichtungen weist den Nachteil eines zusätzlichen konstruktiven Aufwandes (z. B. Druckmeßdosen, Tänzerwalzen oder Druckwalzen) auf, was aus Platzgründen oder wegen besonderer Oberflächenempfindlichkeit des Wickelgutes vielfach nicht erwünscht ist.

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Weiterhin wurden Regeleinrichtungen für Induktionsund Wirbelstrombremsen bekannt, die mit Hilfe von Einrichtungen zur mechanischen oder optischen Abtastung des Wickeldurchmessers eine Regelung auf konstanten Wickelzug bewirken. Auch bei diesen Anordnungen liegt der Nachteil in dem zusätzlichen, konstruktiven Aufwand und in einer Behinderung bei der Bedienung der Maschine.

Bei einer bekannten Aufwickelvorrichtung (GB-PS 5 44 925) wurde versucht, eine möglichst gleichmäßige Zugspannung durch eine Annäherung der Drehmoment-Drehzahl-Charakteristik einer Wirbelstromkupplung an die ideale Hyperbelform zu erzielen. Bei dieser Lösung stehen vor Beginn des Wickelvorganges jedoch beide Teile der Kupplung still, so daß im Stillstand selbst kein Bandzug erzeugt werden kann. Dieser muß vielmehr zu Beginn des Wickelvorganges zunächst aufgebaut werden. Weiterhin weist die genannte Anordnung auch noch die Nachteile auf, daß sowohl Trägheitsvorgänge wie auch die Abwickelgeschwindigkeit völlig unberücksichtigt bleiben.

Bei einer bekannten Abwickelanordnung (US-PS 24 69 706) wird der eine Teil einer Wirbelstrombremse gegenüber dem anderen, mit einer Abwickelwelle verbundenen Teil ständig gegenläufig angetrieben, wodurch auch im Stillstand bereits der Aufbau eines Bandzuges ermöglicht ist. Diese bekannte Anordnung weist jedoch den Nachteil auf, daß sie nur bei einem bestimmten Anfangsdurchmesser des Wickelgutes eine wirklich genaue Zugspannungsregelung ergibt, während bei von diesem bestimmten Anfangsdurchmesser abweichenden Anfangsdurchmessern des Wickelgutes Regelabweichungen auftreten, und weiterhin sind auch keine speziellen Vorkehrungen für die Kompensation von Beschleunigungs- bzw. Verzögerungskräften vorgesehen.

Bei einer weiteren bekannten Lösung (FR-PS 12 33 778) wird eine Wirbelstrombremse mit hyperbelförmiger Kennlinie verwendet, deren Erregung additiv aus einer konstanten einstellbaren Spannungsquelle und einer sich proportional zur Abziehgeschwindigkeit des Gutes ändernden weiteren Spannung gebildet wird. Bei dieser bekannten Anordnung ist das Polradteil der Wirbelstrombremse jedoch ortsfest angeordnet, so daß der Aufbau eines Bandzuges bereits im Stillstand nicht möglich ist. Mittels eines Schalters ist es bei dieser Anordnung zwar möglich, daß ein Tachometer, das eine der Abziehgeschwindigkeit des Wickelgutes proportionale Spannung liefert, von der Erregung der Wirbelstrombremse abgetrennt und dafür eine spannungsführende Leitung angeschlossen werden kann. Dies hat jedoch den Nachteil, daß die an dieser Leitung anliegende Spannung nicht gleichzeitig mit der Spannung des Tachometers der Wirbelstrombremse eingespeist werden kann. Dies hat wiederum den Nachteil zur Folge, daß gerade bei kritischen Geschwindigkeitsänderungen des Bandes die Vorrichtung nicht in der Lage ist, die Wirkung der Wirbelstrombremse fein zu steuern und dadurch eine konstante Zugspannung im Abwickelgut aufrechtzuerhalten.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Anordnung zur Konstanthaltung der Zugspannung des Wickelgutes bei einer Abwickeleinrichtung zu schaffen, bei der sowohl Beschlrunigungs- bzw. Verzögerungskräfte völlig kompensiert werden, als auch während des Stillstands der Abwickeleinrichtung ständig eine konstante Zugspannung auf das Wickelgut ausgeübt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise das Polradteil der Wirbelstrombremse drehbar ist und mit einem Motor gekuppelt ist, der auch beim Stillstand des Ankerteils der Wirbelstrombremse das Polradteil gegenläufig zu der Ankerteildrehrichtung mit einer solchen Drehzahl antreibt, daß bei stillstehendem Ankerteil der Arbeitspunkt der Wirbelstrombremse am Beginn des hyperbelförmigen Teils ihrer Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie liegt, und daß zur Kompensierung der Beschleunigungs- bzw. Verzögerungskräfte beim Beschleunigen bzw. Verzögern des mit der Abwickelwelle verbundenen Ankerteils zusätzlich zu den beiden Spannungsquellen eine weitere Spannungsquelle vorgesehen ist, die eine konstante Spannung liefert und während des Beschleunigen bzw. Verzögerns über eine Umpolschalteinrichtung entweder mit der einen oder der entgegengesetzten Polarität an einen Widerstand anlegbar ist, dessen über ihm abfallende Spannung additiv zu der Summe der von den beiden Spannungsquellen gelieferten Spannungen hinzukommt.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird sichergestellt, daß zu jedem Abwickelzeitpunkt die Zugspannung — auch bei unterschiedlichen Anfangsdurchmessern des Wickelgutes — wirklich ganz konstant gehalten wird, wobei insbesondere auch im Stillstand der Aufbau der gewünschten Zugspannung möglich ist. Die Konstanz der Zugspannung wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen sowohl bei sich ändernden Geschwindigkeiten (etwa Anfahrperiode) wie auch bei konstanter Geschwindigkeit völlig gewährleistet. Auftretende Beschleunigungs- bzw. Verzögerungskräfte werden durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen mit höchstem Genauigkeitsgrad kompensiert, was insbesondere bei der Abwicklung empfindlicher, leicht beschädigbarer Folien, wie z. B. Aluminiumfolien, außerordentlich wichtig ist. Durch den Aufbau der gewünschten Zugspannung auch während des Stillstandes der Abwickelrolle wird vorteilhafterweise verhindert, daß bei Anschaltung der Abzugsrollen die ansonsten lose hängende Aluminiumfolie plötzlich etwa gespannt und durch diese starke Belastung so beansprucht wird, daß es zu einem Riß kommt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Drehmoment-Drehzahl-Charakteristik der Bremse sowie den Verlauf des Drehmomentes beim Anlauf der Wickeleinrichtung (letzteres gestrichelt),

F i g. 2 die Spulstrom-Drehzahl-Kennlinie der gesteuerten Bremse,

F i g. 3 den Verlauf der Widerstandskurve des Beschleunigungs- und Verzögerungsschaltkreises und

F i g. 4 die Prinzipdarstellung einer Anordnung zur Konstanthaltung der Zugspannung des Wickelgutes bei einer Abwickeleinrichtung.

Das Wickelgut wird durch die Treibrollen 1 von der Abwickeleinrichtung 2 abgezogen. An die Wickelwelle ist eine Wirbelstrom- oder Induktionsbremse 3 angebaut. Sie besteht aus zwei drehbar gelagerten Hälften, dem sogenannten Polrad und dem Anker. Das Drehmoment wird durch Magnetkraft übertragen und ist mit Hilfe des Stroms der Spule 4 einstellbar. Die eine Hälfte der Wirbelstrom- oder Induktionsbremse ist mit der Wickelwelle gekuppelt, die zweite Hälfte wird von einem Drehstromgetriebemotor 5 mit konstanter

Drehzahl, entgegen der Abwickeldrehrichtung, angetrieben. Die Drehzahl ist so bemessen, daß sie im Wendepunkt der Drehmoment-Drehzahl-Charakteristik liegt (F i g. 1). Unter Wendepunkt ist der Punkt zu verstehen, in dem die Rechtskrümmung der Kennlinie in eine Linkskrümmung übergeht. Damit wird erreicht, daß der steil ansteigende Teil der Charakteristik bis zum Wendepunkt vermieden und ausschließlich der gleichsinnig gekrümmte, annähernd hyperbelförmige Teil durchfahren wird. Die Spule 4 wird von einem elektrischen Verstärker 6 gespeist. Er enthält eine Stromregelung mit Soll-Ist-Vergleich, die dafür sorgt, daß der Spulenstrom von der Erwärmung der Spule und der damit verbundenen Erhöhung des ohmschen Widerstandes nicht beeinflußt wird.

Im Eingangskreis des Verstärkers 6 liegen die Drehwiderstände 7, 8 und 9. Die Drehwiderstände 7 und 8 sind mechanisch miteinander gekuppelt und werden mittels eines Handdrehknopfes auf den Anfangs-Wikkeldurchmesser eingestellt. Der Widerstand 9 dient zur Einstellung des gewünschten Wickelzuges. Er ist mit den Widerständen 10 und 11 in Reihe geschaltet. Diese Widerstände liegen an der Spannung des Drehzahlgebers 12 und der konstanten Gleichspannung 13. Der Drehzahlgeber 12 ist mit den Treibrollen 1 gekuppelt.

Im Stillstand der Wickeleinrichtung ist bereits eine Relativdrehzahl zwischen den beiden Hälften der Induktions- oder Wirbelstrombremse vorhanden, so daß die Zugspannung des Wickelgutes zwischen den Treibrollen 1 und dem Abwickler 2 mit Hilfe des Widerstandes 9 bereits bei stehendem Haspel auf den gewünschten Wert eingestellt werden kann.

Setzt man voraus, daß beim Anlauf der Wickelvorrichtung bis zum Erreichen der vollen Geschwindigkeit der Wickeldurchmesser nur unwesentlich abnimmt, so muß zur Erzielung einer konstanten Zugspannung das Bremsmoment der Induktions- oder Wirbelstrombremse konstant bleiben. Das läßt sich dadurch erreichen, daß der Spulenstrom (F i g. 2) von dem im Stillstand eingestellten Wert a auf den Wert b hochgesteuert wird und nach Erreichen der vollen Geschwindigkeit des Wickelgutes konstant bleibt.

Die Kennlinie, nach der die Verstellung des Spulenstroms erfolgen muß, läßt sich aus der natürlichen Drehmoment-Drehzahl-Charakteristik der verwende-.ten Induktions- oder Wirbelstrombremse auf graphischem Wege punktweise ermitteln. Dabei ergibt sich eine leicht gekrümmte Kennlinie, die sich durch eine Gerade genügend genau annähern läßt.

Nach Erreichen der vollen Geschwindigkeit soll die weitere Abwicklung bei abnehmendem Wickeldurchmesser ebenfalls mit konstanter Zugspannung erfolgen. Das Drehmoment, das sich aus dem Produkt von Zugkraft und Wickelradius ergibt, muß also im gleichen Maße wie der Wickeldurchmesser abnehmen. Bei konstanter Geschwindigkeit ergibt sich daraus eine Veränderung des Drehmoments im umgekehrten Verhältnis zur Wickeldrehzahl, d. h. nach einer Hyperbel. Die annähernd hyperbelförmige Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie der Bremse bewirkt selbsttätig den Ausgleich des Wickeldurchmessers, so daß die Zugspannung des Wickelgutes bei abnehmendem Durchmesser annähernd konstant bleibt. Der Spulenstrom der Induktionsbremse wird nach einer geknickten Kennlinie (F i g. ?) zunächst in Abhängigkeit von der Wickelgeschwindigkeit aufwärts gesteuert und dann konstant gehalten.

Diese geknickte Stromkennlinie wird durch die Reihenschaltung des Drehzahlgebers 12 und der konstanten Gleichspannung 13 erzielt. Die Gleichspannung ist ein Maß für den Anfangswert a des Spulenstroms im Stillstand des Haspels. Beim Hochlauf gibt der mit den Treibrollen gekuppelte Drehzahlgeber 12 eine Spannung ab, die mit der Geschwindigkeit des Wickelgutes proportional ansteigt und nach Erreichen der vollen Geschwindigkeit konstant bleibt.

Anfangspunkt a (Fig.2) und Neigung der Stromkennlinie ist über das bisher Gesagte hinaus noch abhängig von dem Anfangsdurchmesser des Wickelgutes. Dieser Einfluß wird durch den Widerstand 10 berücksichtigt. Der kleinstmögliche Wickeldurchmesser, d. h. derjenige des Wickeldorns, ist durch den Widerstand 11 gegeben.

Beim Beschleunigen und Verzögern der Wickelvorrichtung treten zusätzliche Kräfte auf, die von der Größe der Schwungmassen und der Drehzahldifferenz pro Zeiteinheit abhängen. Es wird vorausgesetzt, daß der Bunddurchmesser als Maß für das Gesamt-Schwungmoment angesehen werden kann und Hochlauf und Bremsen mit konstanter Beschleunigung bzw. Verzögerung erfolgen. Beim Beschleunigen schließt der Schalter 14 und beim Verzögern der Schalter 15. Dabei wird jeweils in umgekehrter Richtung eine Gleichspannung auf die Widerstände 7 und 8 geschaltet, die über den Verstärker 6 den Strom der Spule 4 so verändert, daß die Beschleunigungs- bzw. Verzögerungskräfte an der Wickelwelle kompensiert werden. In der F i g. 3 ist ein Beispiel für den Verlauf der Beschleunigungswerte in Abhängigkeit vom Wickeldurchmesser angegeben. Im allgemeinen fällt die Kennlinie zunächst ab und steigt nach einem Minimum wieder an. Dieser Verlauf ist dann gegeben, wenn das Schwungmoment des Wickeldorns mit den mechanisch gekuppelten Teilen so groß ist, daß es gegenüber dem Schwungmoment des gewikkelten Bundes nicht vernachlässigt werden darf.

Diese Kennlinie kann dadurch angenähert werden, daß die beiden mechanisch gekuppelten Drehwiderstände 7 und 8 eine Stufenwicklung zur Erzielung eines geknickten Widerstandsverlaufs erhalten (gestrichelt in F i g. 3) und gegenläufig so in Reihe geschaltet werden, daß die Summe beider Widerstandswerte bei Verstellung des Drehwinkels zunächst abnimmt und dann wieder zunimmt, so daß der für die Beschleunigungsaufschaltung erwünschte Widerstandsverlauf mit guter Annäherung erreicht wird.

Der Widerstand 16 dient zur Erfassung der mechanischen Reibung. Der aufgeschaltete Beschleunigungswert muß größer sein als der Verzögerungswert, da die Reibungskräfte an der Wickelwelle bremsend wirken.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   l.Anordnung zur Konstanthaltung der Zugspannung des Wickelgutes bei einer Abwickeleinrichtung, mit das Wickelgut abziehenden Abzugsrollen und unter Verwendung einer Wirbelstrombremse mit hyperbelförmiger abfallender Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie sowie mit einem Polradteil und einem mit der Abwickelwelle direkt gekuppelten Ankerteil, wobei die Erregung der Wirbelstrombremse additiv aus einer konstanten einstellbaren Spannungsquelle und einer weiteren Spannungsquelle zusammengesetzt ist, deren Spannung sich proportional zur Abziehgeschwindigkeit des Wikkelgutes ändert, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise das Polradteil der Wirbelstrombremse (3) drehbar ist und mit einem Motor (5) gekuppelt ist, der auch beim Stillstand des Ankerteils der Wirbelstrombremse (3) das Polradteil gegenläufig zu der Ankerteildrehrichtung mit einer solchen Drehzahl antreibt, daß bei stillstehendem Ankerteil der Arbeitspunkt der Wirbelstrombremse (3) am Beginn des hyperbelförmigen Teils ihrer Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie liegt, und daß zur Kompensierung der Beschleunigungs- bzw. Verzögerungskräfte beim Beschleunigen bzw. Verzögern des mit der Abwickelwelle verbundenen Ankerteils zusätzlich zu den beiden Spannungsquellen (12) und (13) eine weiiere Spannungsquelle vorgesehen ist, die eine konstante Spannung liefert und während des Beschleunigens bzw. Verzögerns über eine Umpolschalteinrichtung (14, 15) entweder mit der einen oder der entgegengesetzten Polarität an einen Widerstand (7, 8) anlegbar ist, dessen über ihm abfallende Spannung additiv zu der Summe der von den beiden Spannungsquellen (12) und (13) gelieferten Spannungen hinzukommt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spannungsquellen (12) und 13) zueinander in Serie geschaltet und an einen veränderbaren Widerstand (10, 11) angeschlossen sind, der mit seinem Abgriff und dem einen Anschlußende mit einem weiteren Widerstand (9) veränderbarer Größe verbunden ist, und daß der Widerstand (7, 8), an welchem die weitere, die konstante Spannung liefernde Spannungsquelle anlegbar ist, aus zwei einzelnen hintereinander geschalteten veränderbaren Widerständen besteht, die mit ihren beiden Abgriffen in Serie in die von dem Abgriff des Widerstandes (9) zu dem einen Anschlußkontakt der Erregung (4) der Wirbelstrombremse (3) hinführende Verbindungsleitung eingefügt sind, während der andere Anschlußkontakt der Erregung (4) an das noch freie Anschlußende des Widerstandes (9) angeschlossen ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand (16) in Serie zu dem beim Verzögern zu schließenden Schalter (15) der Umpolschalteinrichtung (14, 15) in die Verbindung zwischen der die konstante Spannung liefernden Spannungsquelle und den beiden veränderbaren Widerständen (7,8) eingefügt ist.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgriffe der veränderbaren Widerstände (7, 8 sowie 10, U) mechanisch miteinander gekuppelt und durch ein einziges Bedienungsmittel derart gleichzeitig verschiebbar sind, daß die Widerstandswerte in jeder Stellung der Abgriffe aufeinander abgestimmt sind.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden zur Kompensierung vorgesehenen Widerstände (7, 8) mit Stufenwicklung und geknicktem Widerstandsverlauf ausgeführt und gegenläufig so in Reihe geschaltet sind, daß die Summe der Widerstandswerte bei Verstellung ihrer mechanisch miteinander gekuppelten Abgriffe zunächst ab- und dann zunimmt und der Verlauf dieser Summe sich der gewünschten Kennlinie des Beschleunigungswertes in Abhängigkeit vom Wickeldurchmesser annähert.
6. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderbare Widerstand, an dem die beiden in Serie geschalteten Spannungsquellen (12 und 13) angeschlossen sind, aus einem Widerstand (10) veränderbarer Größe und einen dazu in Serie liegenden Widerstand (11) festen Wertes besteht, der eine dem Dorndurchmesser der Abwickclwelle entsprechende Größe besitzt.