DE1985825U - Vorrichtung zum aufwickeln einer bahn. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufwickeln einer Bahn bestimmter Länge auf einen Kern mit Hilfe einer Programmsteuerung, um den optimalen Spannungsverlauf zu erreichen.

Bei der Herstellung von photographischem Film, von Papier, von Kunststoffolien, von Stoffen usw. wird das Material in Bahnform auf Kerne aufgewickelt. Die Bildung der aufgewickelten Bahn ist abhängig von der Spannung der Bahn, und wenn die richtige Spannung nicht aufrechterhalten wird, wird die aufgewickelte Bahn fehlerhaft, d.h. ein Ziehen oder ein Zusammenschieben tritt auf.

Die Regelung der Bildung einer aufgewickelten Bahn ist sehr wesentlich während der ersten wenigen Windungen, da jeder Fehler in dieser Stufe während des Aufwickelns des Restes der Bahn betont wird. Am Beginn kann der Kerndurchmesser einige Zentimeter haben, während am Ende dessen Abmessung ein Vielfaches des Kernes ist, d.h. das 3- bis 6-fache des Kerndurchmessers. Diese Unterschiede im Durchmesser vom Beginn bis zum Ende bringen Probleme bezüglich der Aufrechterhaltung der richtigen Spannung auf die Bahn mit sich, um eine Rolle mit guter Qualität zu erhalten.

Es hat sich in der Praxis herausgestellt, dass das Aufwickeln mit konstanter Spannung oder mit konstantem Drehmoment nicht die günstigsten Arbeitsbedingungen ergibt; in beiden Fällen kann ein bestimmtes Verhältnis Kerndurchmesser zu Außendurchmesser des Wickels nicht überschritten werden.

Für einen Umspulvorgang ist es deshalb erwünscht, die Spannung so zu ändern, dass das beste Rollenprofil erhalten wird, und das kann mit Hilfe einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erreicht werden, die aus einem Bahnantrieb, einem Programmspeicher und einer Drehmomentregelung für den Bahnantrieb besteht.

Erfindungsgemäß wird eine solche Vorrichtung derart ausgebildet, dass in an sich bekannter Weise ein Spannungsfühler und eine Vergleichseinrichtung vorgesehen sind, mit der die Antriebs-Drehmomentregelung gesteuert wird, so dass die Vorteile einer Programmsteuerung mit denen einer Regelung der Spannung kombiniert werden können.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist bei allen Vorgängen vorteilhaft, bei denen die Spannung einer Bahn nach einem Programm geändert werden soll, d.h. beim Wickeln von Filmbahnen, Papier, gewebtem oder nicht gewebtem Stoff, und sie ist insbesondere beim Aufwickeln von photographischen Erzeugnissen zweckmäßig. Beim letzteren Vorgang wird ein gegossenes oder überzogenes Grundmaterial auf Kerne zum Speichern oder für den Transport gewickelt. Die Schichten auf diesen Bahnen sind gegenüber Druck und Deformation empfindlich, weswegen enge Grenzen der Spannung aufrechterhalten werden müssen. Wenn während des Wickelns eine zu geringe Spannung verwendet wird, wird eine zu weiche Rolle erzeugt und eine mangelnde Festigkeit erreicht, wenn die Spannung zu hoch ist, wird eine harte Rolle erzeugt und dies führt zu als Druck- oder Aufwickelmarken bezeichneten Schäden.

In der Zeichnung ist eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, und zwar sind Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2 eine Darstellung einer Kurve eines optimalen Spannungsverlaufes für eine bestimmte Bahn; und Fig. 3 die Kontur einer Nocke, die entsprechend der Kurve der Fig. 2 bearbeitet ist.

Die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthält Einrichtungen zum Umwandeln der Meterzahl der Bahn in elektrische Impulse, die einen Synchronmotor schrittschalten. Die Drehung des Schrittschalt-Synchronmotors bestimmt die Stellung einer Nocke mit einer Kontur, die so bearbeitet ist, dass sie die gewünschte Spannung relativ zu der Meterzahl der Bahn darstellt. Eine pneumatische Einrichtung tastet die Kontur ab und erzeugt ein pneumatisches Signal, das für die gewünschte Spannung in Bezug auf die Meterzahl kennzeichnend ist. Das pneumatische Signal ist der Einstellpunkt für ein Spannungsregelsystem mit pneumatischer Rückkopplung, das eine Spannungsnachweiseinrichtung zum Erzeugen eines Signales aufweist, das für die tatsächliche Bahnspannung kennzeichnend ist, die mit dem Einstellpunkt in einer Regeleinrichtung verglichen wird, wobei eine Differenz zwischen den beiden Signalen verwendet wird, um die Spannung auf die Bahn zu regeln.

Eine sich bewegende Bahn 10 aus flexiblem Material läuft über eine Spannrolle 11. Die Bewegung der Bahn erzeugt eine proportionale Drehung der Spannrolle. Vorzugsweise ist der Umfang der Spannrolle die für die Bahn verwendete Maßeinheit. Bei photographischen Filmen kann diese 30,5 cm betragen, womit eine Umdrehung der Rolle gleich 30,5 cm Bahnlänge ist. Eine Nocke 12 ist an der Welle der Spannrolle angebracht, so dass diese sich zusammen drehen. Ein Mikroschalter 13 in einem Wechselstromkreis von der Wechselstromquelle W wird durch die Nocke betätigt, d.h. die Nocke schließt die Kontakte des Schalters bei jeder Umdrehung der Spannrolle. Der Schalter 13 ist so angeordnet, dass er eine Wechselspannung von 115 V auf die Spule eines Relais 14 jedesmal dann gibt, wenn die Nocke die Kontakte schließt. Der pulsierende Wechselstromeingang der Spule betätigt Relaiskontakte, die mit einer Gleichstromquelle G von 25 V verbunden sind, wodurch ein pulsierender Gleichstromausgang erzeugt wird, d.h. ein Impuls pro 30,5 cm Bahnlänge.

Der pulsierende Gleichstromausgang ist das Eingangssignal für eine Steuereinheit 16 oder einen Übertrager eines Synchronmotors. Diese Einheit ist ein Umwandler für Impulse in Schritten und erzeugt Gleichstromimpulse der entgegengesetzten Polarität, die den Feldwicklungen eines Schrittschalt-Synchronmotors 17 in der richtigen Folge zugeführt werden. Die Folge der Gleichstromimpulse bewegt den Rotor des Motors um den Stator in einzelnen Schritten, d.h. in einer bestimmten Anzahl von Schritten pro Umdrehung. Somit wird die Meterzahl der Bahn in eine proportionale Rotation des Schrittschalt-Synchronmotors 17 umgewandelt.

Eine Motorregeleinheit oder ein Übersetzer, der verwendet werden kann, ist der Übersetzer der Type ST-250 "SLO-SYN" der Fa. Superior Electric, Bristol, Connecticut. Die Arbeitsweise und der Aufbau dieser Einheit ist in dem Bulletin SS 361-1, 1962, der Fa. Superior Electric Products beschrieben. Ein Synchronmotor, Modell 150-1010 "SLO-SYN" der Fa. Superior Electric, der in dem Bulletin SS 459, 1959, dieser Firma und in den US-Patentschriften 2 982 872 und 2 931 929 beschrieben ist, kann als Schrittschaltmotor verwendet werden.

In einigen Fällen kann es notwendig sein, ein übermäßiges Wechselstromrauschen von der Motorsteuerschaltung fernzuhalten. Das kann durch Anlegen eines Parallelkondensators 15 an die Eingangsklemmen geschehen. Die Werte der Einzelteile des dargestellten Rauschfilters sind üblich und müssen entsprechend geändert werden, um den Eigenschaften der einzelnen, verwendeten Einheit angepasst zu werden.

Die Schrittschaltbewegung des Rotors des Synchronmotors wird direkt auf ein Planetengetriebe 18 gegeben. Das Getriebe überträgt die Drehung des Synchronmotors auf die mit einer Kontur versehene Nocke 19. Das Getriebe ist ein Untersetzungsgetriebe, das so ausgebildet ist, dass eine Drehung von weniger als 360° für die verwendete Bahnlänge erfolgt. Z.B. kann das Getriebe bei einer Bahnlänge von 1220 m eine Nockendrehung von 270° hervorrufen.

Der Ausgang des Getriebes steht mit der mit einer Kontur versehenen Nocke unter Einschaltung einer magnetischen Kupplung 20 in Verbindung. Während des Betriebes wird die magnetische Kupplung erregt und der Ausgang des Getriebes wird mit der Nocke 19 verbunden. Am Ende jeder Bahn wird das magnetische Feld der Kupplung unterbrochen und die Kupplung löst sich. Der Eingang der Kupplung von der Stromquelle 21 wird durch einen Schalter 22 geregelt. Dieser Schalter kann von Hand betätigt werden, wenn das Umspulen einer bestimmten Bahn vervollständigt wird, oder geeignete (nicht dargestellte) Einrichtungen können vorgesehen werden, um den Schalter nach Vervollständigung einer Bahn und nach dem Beginn einer neuen Bahn automatisch zu öffnen und zu schließen. Wenn die Kupplung gelöst ist, verursacht ein Gewicht 23 an der Nocke, dass diese sich in die Startstellung dreht, die durch einen mechanischen Anschlag 24 festgelegt ist.

Die Kontur der Nocke 19 ist unter Berücksichtigung des Verlaufs der gewünschten Spannung in Bezug auf die Meterzahl der Bahn bearbeitet. Der optimale Spannungsverlauf für die Art und Länge der verwendeten Bahn kann experimentell bestimmt werden, wodurch eine entsprechende Kurve erhalten wird. Fig. 2 zeigt z.B. die experimentell bestimmte Kurve des optimalen Spannungsverlaufes für das Aufwickeln einer 114,5 cm breiten und 914 m langen Bahn aus photographischem Film mit einer Dicke von etwa 0,178 mm. Die Ordinate gibt die Spannung der Bahn in 0,18 kg/cm an und die Abszisse zeigt die Aufrollänge L in 30,5 cm. Ebenfalls ist die Stellung N der Nocke 19 in Graden in Bezug auf die Meterzahl der Bahn angegeben. Unter Verwendung der Werte aus Fig. 2 kann eine Nocke mit einer Kontur hergestellt werden, welche die gewünschte Spannung in Bezug auf die Meterzahl darstellt. Fig. 3 zeigt die Kontur einer Nocke, die nach der Kurve der Fig. 2 hergestellt ist. Selbstverständlich ist die Nocke für die besondere Art und Länge der Bahn, für die sie entworfen ist, zweckmäßig, und falls die Bahn geändert wird, kann es notwendig sein, eine andere Nocke mit angepasster Kontur zu verwenden. Somit kann durch das Verfahren nach der

Erfindung eine Beziehung zwischen der Meterzahl der Bahn und der Wicklungsspannung durch Verwendung einer geeigneten Nockenkontur erhalten werden.

Die Kontur der Nocke wird durch einen gewichtsbelasteten Nockenstößel 25 eines pneumatischen Stellungsgebers 26 abgetastet, z.B. durch einen Stellungsgeber der Type CP, der in dem Buch Nr. 1612 der Fa. Foxboro Company, Foxboro, Mass. beschrieben ist. Das pneumatische Ausgangssignal des Stellungsgebers ist kennzeichnend für die gewünschte Spannung für die besondere Meterzahl der Bahn, die über die Spannrolle läuft, und ist das Einstellpunktsignal, das in die pneumatische Regeleinrichtung 27 eines Spannungsregelkreises eingebracht wird. (Mit A sind in der Zeichnung jeweils Luftdruckquellen bezeichnet.)

Die Umwandlung der Meterzahl der Bahn in eine Nockenstellung und das Erzeugen eines Regelsignales, das die gewünschte Spannung in Bezug auf die Meterzahl darstellt, kann auch durch andere Einrichtungen ausgeführt werden. Z.B. kann die Spannrolle 11 axial mit einer dunklen Linie markiert sein. Wenn die Rolle sich dreht, wird diese jedes Mal, wenn die Linie einen bestimmten Punkt durchläuft, durch eine photoelektrische Zelle abgetastet und ein Impuls wird erzeugt. Der Impuls kann verwendet werden, um einen Motor, wie vorstehend beschrieben, schrittweise zu schalten. Zusätzlich zu der profilierten Nocke kann eine Gedächtniseinrichtung, z.B. programmierte Bänder, die in einer vorher festgelegten Beziehung zu der Bahnbewegung laufen, verwendet werden, um ein Einstellpunktsignal, das der gewünschten Spannung für eine bestimmte Bahn entspricht, abzugeben.

Bei der dargestellten Spannungsregelschaltung wird die tatsächliche Spannung in der Bahn durch hydraulische Einrichtungen abgetastet und pneumatische Rückkopplungseinrichtungen werden verwendet, um ein Korrektursignal zu erzeugen, das zu dem Endregelelement gegeben wird. Die Spannung auf die Bahn wird durch eine Rolle 28 gemessen, die in der unmittelbaren Nähe der die Bahnlänge abtastenden Rolle 11 angeordnet ist, so dass die gewünschte Beziehung zwischen Bahnlänge und Spannung erhalten werden kann. Die Lager für die Rolle werden an der Oberseite von zwei hydraulisch belasteten Zellen 29 angebracht. Die Lastzellen sind Druckmesseinrichtungen und arbeiten nach dem Prinzip, dass das hydraulische Strömungsmittel in dem System auf einem festen Volumen gehalten wird und dass jeder erzeugte hydraulische Druck proportional der Kraft ist, die der Zelle über die Lager zugeführt wird. Die bevorzugte Ausführungsform verwendet zwei Lastzellen an der Rolle. Es ist bekannt, dass bei vielen Anwendungen die Spannung an einer Seite einer Bahn von der Spannung an der anderen Seite abweicht und dass die durch eine Lastzelle an dem einen Rollende abgetastete Spannung nicht der Hälfte der Spannung in der Bahn entspricht. Die Spannungssumme, die durch die beiden Lastzellen an der Rolle abgetastet wird, ist jedoch eine richtige Anzeige der tatsächlichen Bahnspannung an der einzelnen Rolle.

Der hydraulische Druck in den Lastzellen wird über Kapillarleitungen 30 auf hydraulisch-pneumatische Wandler 31 gegeben. Die Dämpfungswirkung der Kapillarleitungen stellt sicher, dass ein Rauschen in dem hydraulischen System, hervorgerufen durch die Lager, durch die Rollen und durch ein Flattern der Bahn, nicht während der Übertragung des Druckes vorhanden ist. Die Wandler arbeiten nach dem Prinzip des Null-Abgleichs der Kräfte. Jede Änderung in dem hydraulischen Druck wirkt auf einen hydraulischen Balg in dem Wandler und erzeugt einen pneumatischen Abgleichdruck, der gleich und entgegengesetzt der Kraft des hydraulischen Balges ist. Der Wandler erzeugt ein Ausgangssignal, das im Bereich von 0,21 bis 1,05 kg/cm [hoch]2 liegt und das bei den meisten pneumatischen Instrumenten verwendbar ist. Die Arbeitsweise und der Aufbau einer hydraulischen Lastzelle ist in der US-Patentschrift 2 960 113 beschrieben und die Wirkungsweise und der Aufbau eines hydraulisch-pneumatischen Wandlers in den US-Patentschriften 2 312 201, 2 359 236 und 2 501 957.

Das Drucksignal von jeder Lastzelle wird in ein pneumatisches Signal in dem entsprechenden Wandler umgewandelt und alle umgewandelten Signale werden auf ein Summenrelais 32 gegeben. Dieses Relais addiert die beiden Eingangssignale und erzeugt ein Signal, das für die gesamte gemessene Spannung in der Bahn kennzeichnend ist. Ein Relais, das verwendet werden kann, ist das Moore Products Nullmatic MF/Relais, Modell 68-3, das im Bulletin, AD68, 1961, der Fa. Moore Products beschrieben ist. Das Ausgangssignal des Summenrelais kann durch eine übliche pneumatische Aufzeichnungseinrichtung 33 mit zwei Stiften für

0,21 bis 1,05 kg/cm [hoch]2 aufgezeichnet werden. Die Aufzeichnungseinrichtung hat einen Impulskartenantrieb, wobei der Antrieb mit der Meterzahl der Bahn synchronisiert ist, so dass die Einrichtung in Abhängigkeit von der Spannung und von der Meterzahl der Bahn aufzeichnet.

Eine pneumatische proportionale Plus-Integral-Regeleinrichtung 27 empfängt sowohl das Einstellpunktsignal von dem Nockenstößel als auch das Signal, das die tatsächliche Spannung in der Bahn darstellt. Die Regeleinrichtung errechnet in analoger Weise ein Signal, das auf dem Zeitintegral der verstärkten Differenz zwischen den beiden Eingängen beruht. Eine Regeleinrichtung, die verwendet werden kann, ist der Moore Products Nullmatic Controller, Modell 56 MF, der im Bulletin 5018, 1962, der Fa. Moore Products beschrieben ist.

Das Ausgangssignal der Regeleinrichtung wird auf eine inverse Ableitungseinheit 34 gegeben, in der starke oder plötzliche Änderungen des Signals geglättet werden. Diese Einheit bewirkt, dass Änderungen des Signaldruckes über eine ausreichende Zeit auftreten, um die Geschwindigkeit von Druckänderungen zu verringern. Eine solche Einheit ist in den US-Patentschriften 2 431 297 und 2 501 957 beschrieben. Das Ausgangssignal wird dann in einem pneumatischen 1:3 Zusatzverstärker-Relais 35 verstärkt. Dieses Relais 35 erzeugt einen geregelten Druckeingang, um das Drehmoment eines pneumatischen Motors 36 zu regeln, der ein Umspuldorn 37 treibt. Die Regelung des Drehmomentes des Motors regelt die Spannung in der Bahn, d.h. eine Änderung in dem Drehmoment erzeugt eine proportionale Änderung in der Bahnspannung.

Gewünschtenfalls kann die automatische Regeleinheit das Drehmoment des Abwickelkerns regeln, dessen Drehmoment ebenfalls auf die Spannung der Bahn einwirkt.

Viele andere automatische Spannungsregelsysteme oder -einheiten können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden. Z.B. kann die Bahnspannung durch pneumatische Lastzellen oder elektrische Beanspruchungsmessungen abgetastet werden, wobei proportionale Signale erzeugt werden. Das die tatsächliche Spannung auf die Bahn darstellende Signal kann mit dem Einstellpunktsignal durch verschiedene Einrichtungen, z.B. ein hydraulisches Summenrelais, elektrische Additionsschaltungen, elektrische Regeleinrichtungen, verglichen werden, wobei dadurch ein Korrektursignal erzeugt wird. Das Signal kann auf ein Endregelelement gegeben werden, das die Spannung auf die Bahn regeln kann, z.B. ein Abwickelmotor oder -bremse oder ein Umspulmotor oder -bremse.

Die Anordnung nach der Erfindung ist von der Geschwindigkeit (mit Ausnahme einer geringen Verzögerung beim Ansprechen der Regelung während der Beschleunigung) unabhängig. Die Vorrichtung ist geeignet, Bahnen in gleichen Spannungsverläufen unabhängig von der Dicke der Bahn aufzuwickeln. Dies wird dadurch erreicht, dass die Spannung automatisch geregelt wird, indem das Drehmoment auf einen Wert geändert wird, welcher zu der gewünschten Spannung führt.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Aufwickeln einer Bahn bestimmter Länge auf einen Kern mit Hilfe einer Programmsteuerung, bestehend aus einem Bahnantrieb, einem Programmspeicher und einer Drehmomentregelung für den Bahnantrieb, dadurch gekennzeichnet, dass in an sich bekannter Weise ein Spannungsfühler und eine Vergleichseinrichtung vorgesehen sind, mit der die Antriebs-Drehmomentregelung gesteuert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Weg der Bahn ein Längenzähler angeordnet ist, der mit dem Programmspeicher verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Programmspeicher in an sich bekannter Weise ein Nocken mit dem Programm entsprechender Kurve ist, der während des Aufwickelns nicht mehr als eine Umdrehung ausführt und dessen Antrieb ein vom Längenzähler gesteuerter Schrittmotor ist.