Vorrichtung zur Aufrechterhaltung der Zugspannung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufrechterhaltung der Zugspannung in band- oder drahtförmi gern, die Strecke zwischen zwei Transportrollen durchlaufendem Material, unter Rekuperation der Bremsenergie, wobei mit der, in Laufrichtung gesehen, ersten Transportrolle eine hydrostatische Pumpe verbunden ist, deren ölstrom einen mit der zweiten Transportrolle verbundenen hydrostatischen Motor mit kontrolliertem Druck beaufschlagt.
Der Ausdruck Transportrolle mag als Sammelbegriff für jede Art Rotationskörper gelten, dessen Umfangsgeschwindigkeit gleich der Geschwindigkeit des ihn mehr oder weniger umschlingenden Materials ist.
Der Erfindungsgegenstand ist nachfolgend in den Zeichnungen beispielsweise dargestellt, und zwar zeigen:
Fig. 1 die Vorrichtung, bei welcher sowohl die Durchmesser der Transportrollen als auch der Druck konstant bleiben,
Fig. 2 die Vorrichtung, bei welcher der Durchmesser einer Transportrolle sich ändert, der Druck aber konstant bleibt,
Fig. 3 die Vorrichtung, bei welcher sich der Durchmesser einer Transportrolle und der Druck proportional verändern.
In der durch Pfeile gekennzeichneten Bewegungsrichtung, also von links nach rechts, ist es zuerst die Transportrolle 1 und dann die Transportrolle 2, welche das band- oder drahtförmige Material 3 durchläuft.
Mit der ersten Rolle 1 ist eine hydrostatische Pumpe 4 und mit der zweiten Rolle 2 ein hydrostatischer Motor 5 verbunden, etwa mittels einer Kupplung oder über Kette bzw. Zahnräder. Dargestellt sind Flügelpumpe und Flügelmotor, doch genau so gut können Axialkolben- bzw.
Radialkolbensysteme Verwendung finden.
Die rechte Seite der Pumpe und die linke Seite des Motors sind über eine Druckleitung 6 miteinander verbunden. Der in dieser Leitung herrschende Öldruck kann durch das Manometer 7 kontrolliert werden. Drucklose Leitungen verbinden die linke Pumpenseite sowie die rechte Motorseite mit dem öl-Vorratsbehälter 8, der nur in Fig. 1 gezeichnet ist.
Um in der Druckleitung 6 einen definierten Öldruck zu erzeugen, sind, wie auch nur in Fig. 1 dargestellt, eine Zahnradpumpe 9 und ein einstellbares Überdruckventil 10 vorgesehen. Die Kompression der Feder in diesem Ventil bestimmt den Druck, bei dessen Auftreten der Öl überschuss in den Behälter 8 abfliesst. Solange ein solches Abfliessen stattfindet, bleibt der gewünschte Druck in der Leitung 6 konstant.
Die grundsätzliche Funktion der Vorrichtung wird jetzt anhand der Fig. 1 beschrieben.
Sobald bei noch unbewegtem, die Transportrollen 1 und 2 jedoch bereits umschlingenden Material 3 die Zahnradpumpe 9 mittels eines nicht dargestellten Elektromotors zum laufen gebracht wird und Öl aus dem Behälter 8 in die Leitung 6 fördert, baut sich in dieser je nach dem Kompressionsgrad der Feder des Ventils 10 ein definierter Öldruck auf, welcher gleichermassen auf die rechte Seite der Pumpe 4 und die linke Seite des Motors 5 einwirkt.
Unter seinem Einfluss verstellen sich einerseits die Pumpe 4 und damit auch die Transportrolle 1 entgegen dem Uhrzeigersinn, andererseits der Motor 5 und damit auch die Transportrolle 2 im Uhrzeingersinn, wodurch das Material 3 gespannt wird. Es bildet sich zwischen dem öldruck und der Zugkraft im Material ein Gleichgewichtszustand aus, wobei das gegenseitige Verhältnis durch das von den Hydro-Einheiten erzeugte Drehmoment bestimmt ist.
Soll das Material bei diesem Vorgang im Stillstand verharren, so müssen die an den Transportrollen 1 und 2 erzeugten Umfangskräfte gleich sein. Sie sind es, wenn das Drehmoment jeder Hydro-Einheit dem Durchmesser der ihr zugeordneten Transportrolle proportional bleibt.
Weil die Durchmesser der beiden Transportrollen 1 und 2 gemäss Fig. 1 gleich gross sind, müssen also bei direkter Kupplung mit den Hydro-Einheiten deren Drehmomente gleich sein. Würde aber beispielsweise der Motor 5 auf die Rolle 2 über ein Zahnradpaar mit einer Übersetzung ins Langsame von 1: 2 treiben, während Pumpe 4 mit der Rolle 1 direkt gekuppelt bliebe, so müsste das Motordrehmament dem halben Pumpenmoment gleich sein.
Die so erzeugte Zugkraft im Material 3 versetzt letzteres noch nicht in Bewegung. Das ganze entstandene
System lässt sich bei weitreichender Analogie mit einem auf zwei Scheiben unter beliebig grosser Vorspannung aufgezogenen endlosen Riemen vergleichen, wobei der eine Trum dem Material 3 und der andere der in Leitung
6 unter Druck stehenden Ölsäure entsprechen.
Auch ein solcher Riemen kann nicht von selbst laufen, weil sich die Zugkräfte gegenseitig aufheben, so dass man die eine oder die andere Scheibe antreiben muss, um ihn zum laufen zu bringen. Dabei ist die Leistung auch bei grösster Spannung im Riemen gering, weil sie lediglich Reibungsverluste zu decken hat, und zwar unabhängig von der Laufrichtung.
Ähnlich sind die Verhältnisse bei der Vorrichtung gemäss Erfindung. Der Antrieb, zB. mittels Elektromotor, kann auf eine der beiden Transportrollen 1 oder 2 wirken und braucht auch nur Reibungsverluste zu decken.
Sobald sich das Material 3 in Bewegung setzt, beginnt auch das Öl in der Druckleitung 6 zu fliessen, und zwar von der Pumpe zum Motor. Indem die Pumpe 4 durch das Material selbst gegen den öldruck angetrieben wird, gibt sie über den ölstrom die aufgebrachte Arbeit an den Motor 5 ab, was einer Rekuperation der Bremsenergie gleichkommt
Schaltet man den Antriebsdrehsinn um, so ändert sich mit der Laufrichtung des Materials auch die Flussrichtung des Öles. Dabei wird die Hydro-Einheit 5 zur Pumpe und die Einheit 4 zum Motor.
Für den Vorschub des Materials 3 kann auch eine separate Förderwalze eingebaut werden, beispielsweise zwischen die Transportrollen 1 und 2. Zweckmässigerweise wird man den Antrieb dort angreifen lassen, wo erhöhte Belastungen vorhanden sind. Wenn eine der Transportrollen 1 oder 2 nicht nur dem Materialvorschub dient, sondern noch andere Funktionen zu erfüllen hat, die Leistung beanspruchen, wie bedrucken, bestreichen, trocknen, kaschieren usw., so muss gerade diese Rolle angetrieben werden, weil sonst unkontrollierte und übermässig grosse Zugspannungen im Material auftreten würden.
Neben Aufbau des Öldruckes hat die Zahnradpumpe 9 auch noch die Aufgabe, Leckverluste der Hydro
Einheiten 4 und 5 zu decken. Ist das Material 3 dehnbar, so muss diese Pumpe gross genug sein, um dem Motor 5 eine Voreilung gegenüber der Pumpe 4 zu erteilen, und zwar im Betrage der Materialdehnung. Dieser Betrag kommt zum Ölstrom hinzu, mit dem die Pumpe 4 den Motor 5 beaufschlagt und der allein ein Mass für die rekuperierte Bremsenergie der Pumpe darstellt.
Die pro Umdrehung der Pumpe gelieferte Ölmenge wird üblicherweise als < < Fördervolumen > > und die pro Umdrehung des Motors verarbeitete als < < Schluckvolu- men bezeichnet. Bei konstentem Druck als Parameter stehen diese Volumina bekanntlich im linearen Verhältnis zum Drehmoment der betreffenden Hydro-Einheit. Wenn also vorstehend ermittelt wurde, dass das Drehmoment einer Hydro-Einheit dem Durchmesser der ihr zugeordneten Transportrolle proportional bleiben soll, so kann diese Bedingung auch so ausgedrückt werden, dass bei Konstanthaltung des Druckes das Fördervolumen der Pumpe bzw. das Schluckvolumen des Motors im proportionalen Verhältnis zum jeweiligen Durchmesser der ihnen zugeordneten Transportrolle stehen sollen.
Bei dem in der Zeichnung schematisch dargestellten Flügelsystem der Hydro-Einheiten können besagte Volumina durch die Exzentrizität e zwischen dem Flügelrotor 11 und dem Leitzylinder 12 verändert werden. Wenn die mit dem Leitzylinder 12 verbundene Stange 13 nach unten gezogen wird, so verkleinert sich < < e > > und damit das Förder- oder Schluckvolumen, wird sie nach oben verstellt, so findet eine Vergrösserung dieser Werte statt.
Fallen die Mittelpunkte des Rotors 11 und des Zylinders
12 zusammen, so wird e = o und die Pumpe kann nichts mehr fördern bzw. der Motor nichts mehr verarbeiten.
Bei Axialkolben-Systemen wird die Volumenänderung durch Schwenkung des Zylinderkopfes, bei Radialkolben-Systemen durch analoge Beeinflussungen des Kolbenhubes herbeigeführt.
Solche volumetrische Regelungen sind im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 dank gleichbleibender Durchmesser der Rollen 1 und 2 nicht erforderlich. Sollte sich der Durchmesser einer der Rollen gelegentlich ändern, wie es z.B. bei den sogenannten < < Formatwalzen > > einer Druckmaschine vorkommt, so könnte die Anpassung mittels umsteckbarer Zahnräder erfolgen.
Anders ist es, wenn der Durchmesser sich kontinuier- lich verändert, wie etwa bei Abwickel- oder Aufwickelprozessen, auf welche sich die Ausführungsbeispiele nach Fig. 2 und Fig. 3 beziehen. Hier ist eine der Transportrollen 1 oder 2 der abzuwickelnde oder aufzuwickelnde Materialballen.
Nach der mit Pfeilen angedeuteten Materialrichtung zu urteilen handelt es sich bei Fig. 2 um eine abzuwickelnde Transporttrolle 1 und bei Fig. 3 um eine aufzuwickelnde Transporttrolle 2. In beiden Fällen soll mittels eines Elektromotors 14 die komplementäre Rolle, deren Durchmesser konstant bleibt, angetrieben werden, d.h. die Transporttrolle 2 in Fig. 2 und die Transporttrolle 1 in Fig. 3.
Zur Durchführung der volumetrischen Regelung der Pumpe 4 ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ein Servomotor 15 eingesetzt, der über ein Zahnradpaar die, hier mit einem Gewinde versehene, Stange 13 verstellt, während diese Aufgabe im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 von einem hydraulischen Kolben 16 übernommen wird.
Er verstellt, unter Überwindung der durch die Druckfeder 17 ausgeübten Gegenkraft, den Hebel 18 in Richtung der Exzentrizitäts-Verminderung, d.h. Verkleinerung des Fördervolumens.
Die Funktionsabläufe sind die folgenden:
In Fig. 2 ist vor Arbeitsbeginn der Durchmesser der abzuwickelnden Rolle 1 am grössten. Deswegen muss gemäss verstebenden Erläuterungen auch das Fördervolumen der dieser Rolle zugeordneten Pumpe 4 am grössten sein. Sie wurde somit zur Durchführung des Abwickelprozesses vorgängig über den Servomotor 15 auf den maximalen < < e > > -Wert gestellt.
Sobald der Elektromotor 14 die Transportrolle 2 zu treiben beginnt, setzt das Material 3 die Rolle 1 und damit auch die Pumpe 4 in Bewegung. Diese beaufschlagt mit dem geförderten Öl den Hydromotor 5 und erzeugt einen Druck in der Verbindungsleitung 6, der am Manometer 7 abgelesen wird.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist letzteres als Kontakt-Manometer ausgebildet, welches mittels eines zweiten Zeigers denjenigen Druckwert einzustellen gestattet, bei welchem ein elektrisches Signal gegeben wird.
Haben sich einige wenige Materiallagen abgewickelt, wodurch der Rollendurchmesser kleiner wurde, so sind Drehzahl und Fördermenge der Pumpe 4 angesichts der durch die Transportrolle 2 diktierten und konstant gebliebenen Materialgeschwindigkeit ein wenig angestiegen. Da aber der Hydromotor 5 diese erhöhte Ölmenge nicht schlucken kann, steigt der Druck am Manometer 7 über den eingestellten Wert hinaus an und erzeugt ein elektrisches Signal, wodurch der Servomotor 15 eingeschaltet wird. Dieser verstellt nun die Stange 13 im Sinne einer Verkleinerung der Exzentrizität e und somit des Fördervolumens der Pumpe 4, bis der Druck wieder absinkt.
Dieses Spiel wiederholt sich in kurzen Abständen während des ganzen Abwickelvorganges, d.h. bis die Transportrolle 1 ihren kleinsten Durchmesser erreicht hat.
Dabei bleibt der Druck praktisch konstant und die Proportionalität zwischen dem Rollendurchmesser und dem Fördervolumen der Pumpe gewahrt.
Würde man jetzt den Drehsinn sowohl beim Antriebsmotor 14 als auch beim Servomotor 15 umkehren, so könnte man das Material 3 auf die Rolle 1 wieder aufwickeln. Die Laufrichtung des Materials 3 kehrt sich um und deswegen wird die Transportrolle 2 zur ersten durchlaufenden Rolle. Also verwandelt sich die Hydro-Einheit 5 in eine Pumpe und die Hydro-Einheit 4 in einen Motor, der jetzt von der Pumpe 5 beaufschlagt wird. Damit er die angelieferte Ölmenge bei der hohen Drehzahl schluckt, die durch den kleinen Anfangsdurchmesser der aufzuwickelnden Rolle 1 verlangt ist, müssen sein Schluckvolumen und Exzentrizität bei Beginn des Aufwickelvorganges am kleinsten sein.
Nach einigen aufgewickelten Materiallagen fällt die Motordrehzahl infolge des angewachsenen Wickeldurchmessers etwas ab und der Druck steigt über den eingestellten Sollwert an, weil der Motor 4 jetzt die kontant gebliebene Ölmenge nicht mehr verarbeiten kann. Die Folge davon ist ein elektrisches Einschalt-Signal für den Servomotor 15, der die Stange 13 jetzt im Sinne einer Vergrösserung von e verstellt, nachdem ja sein Drehsinn ver ändert wurde. Damit sinkt der Druck unter den Sollwert und schaltet den Servomotor wieder ab.
In kurzen Abständen wiederholt sich dieses Spiel, bis der Wickeldurchmesser und die Exzentrizität < < e > > ihre grössten Werte erreicht haben. Der Druck aber ist während des gesamten Prozesses praktisch konstant geblieben.
Allerdings ist einem derartigen Aufwickelbelrich eine Grenze durch das Verhältnis des grössten Wickeldurchmessers zum kleinsten Wickeldurchmesser gezogen: während eine als Pumpe arbeitende Hydro-Einheit eine beliebige Verkleinerung von < < e > > selbst bis zum Wert Null, zulässt, verträgt die als Motor arbeitende Einheit nur eine Verminderung bis zu etwa Ä des Maximalwertes von e , weil darüber hinaus die Verklemmungs-Gefahr auftreten kann. In Fig. 2 ist deshalb dieses Durchmesser-Verhältnis mit etwa 2,5 :1 dargestellt.
Soll dagegen nach der Lehre der Erfindung bis zu einem Durchmesser aufgewickelt werden, der weit mehr als dem dreifachen Anfangsdurchmesser entspricht, dann muss gemäss Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 vorgegangen werden.
Hier ist die hydrostatische Pumpe 4 mit einer sogenannten < < Nullhubregelgelung > > ausgestattet, während der Wickelmotor 5 mit unveränderlicher Exzentrizität < < e > > arbeitet.
Solange der Druck in der Verbindungsleitung 6 den anfänglichen Kleinstwert nicht überschreitet, vermag der an diese Leitung angeschlossene hydraulische Kolben 16 die entgegenwirkende Kraft der Druckfeder 17 nicht zu überwinden, durch die der Hebelarm 18 nach unten und die Stange 13 bis zum Anschlag nach oben gedrückt werden, was einem Maximalwert der Exzentrizität e bzw.
dem grössten Fördervolumen der Pumpe 4 entspricht.
Mit dieser Einstellung beginnt der Aufwickelprozess, denn der nicht regelbare Motor 5 benötigt in diesem Stadium die grösste Ölmenge, um auf die hohe, durch den kleinen Anfangs-Wickeldurchmesser bedingte Drehzahl zu kommen, allerdings bei entsprechend niedrigem Druck.
Nach erfolgter Aufwicklung einiger Materiallagen ist der Wickeldurchmesser angestiegen und die Motordrehzahl zwangsläufig abgefallen. I Dadurch wurde das Schluckvermögen des Motors 5 herabgesetzt, so dass der Druck in der Verbindungsleitung 6 angestiegen ist und der Kolben 16 in die Lage versetzt wurde, den Hebelarm 18 anzuheben, d.h. das Fördervolumen der Pumpe 4 zu verkleinern, um es dem neuen Schluckvermögen des Motors 5 wieder anzupassen.
Der sich auf diese Weise stetig erhöhende Druck muss dabei dem anwachsenden Wickeldurchmesser linear folgen. Diese Forderung kann durch Anpassung der Kennlinie für die Feder 17 erfüllt werden, also durch den Verlauf der Beziehung zwischen Kraft und Weg dieser Feder.
Es ist z.B. bekannt, die besagte Kennlinie mittels einiger ineinander geschachtelter Federn mit verschiedenen Charakteristeristiken dem erstrebten Verlauf weitgehend anzugleichen. Dann wächst auch das Drehmoment des ungeregelten Motors 5 linear zum Wickeldurchmesser, so dass die Zugspannung im Material 3 konstant bleibt.
Was das Fördervolumen der Pumpe 4 angeht, so stellt es sich zwangsläufig in ein umgekehrt proportionales Verhältnis zum Durchmesser der dem Motor 5 zugeordneten Transportrolle 2 ein, weil ja auch Drehzahl und Schluckvermögen dieses Motors das gleiche Verhalten aufweisen.
Über die beschriebenen Beispiele hinaus sind auch Ausführungen denkbar mit unterschiedlichen Umfangskräften an den beiden Transportrollen 1 und 2, um zusätzliche Reibungskräfte zu überwinden oder das Material 3 auch ohne Hinzuziehung einer fremden Kraft zu bewegen. Allerdings müsste hierzu eine leistungsfähigere Zahnradpumpe 9 zur Verfügung stehen.
Alle vorstehend beschriebenen Mittel zur Einstellung und Regelung von Druck und Ölmenge sind an sich bekannt. Es stehen auch weitere bekannte Mittel für diese Zwecke zur Verfügung.
Die erfinderische Neuheit besteht in dem durch zwei hydrostatische Einheiten gebildeten Spreizpaar zur verlustlosen Aufrechterhaltung einer Zugspannung im bandund drahtförmigen Material, wie Papier, Walzgut, Folie, Gewebe, Kabel usw.
Meistens wurden bisher zur Erreichung des gleichen Zweckes elektrische Maschinen verwendet, von denen die eine als Generator und die andere als Motor arbeiten.
Eine solche Lösung bedingt aber einen erheblichen Aufwand an Speise-, Schalt- und Regelgeräten. insbesondere wenn die gewünschte Zugspannung im Material sowohl während des Stillstandes, als auch bei Änderung der Laufrichtung erhalten bleiben soll, weil dann zur Rekuperation sogenannte 4-Quadranten-Thyristorgeräte erforderlich werden. Mechanische Lösungen verlangen dagegen Verbindungswellen oder -ketten sowie stufenlos verstellbare Getriebe mit Rutschkupplungen und Servo-Mechanismen.
Demgegenüber ermöglicht der Erfindungsgegenstand besonders einfache u. übersichtliche Regelsysteme, bei denen ein hohes Mass an Betriebssicherheit erreicht wird.
Device for maintaining tension
The invention relates to a device for maintaining the tensile stress in band- or Drahtförmi like, the distance between two transport rollers passing material, with recuperation of the braking energy, with the, seen in the direction, first transport roller, a hydrostatic pump is connected, the oil flow with one second transport roller connected hydrostatic motor applied with controlled pressure.
The term transport roller may be used as a collective term for any type of rotational body whose peripheral speed is equal to the speed of the material wrapping it more or less.
The subject of the invention is shown below in the drawings, for example, namely show:
Fig. 1 the device in which both the diameter of the transport rollers and the pressure remain constant,
2 shows the device in which the diameter of a transport roller changes, but the pressure remains constant,
3 shows the device in which the diameter of a transport roller and the pressure change proportionally.
In the direction of movement indicated by arrows, that is from left to right, it is first the transport roller 1 and then the transport roller 2 which the strip or wire-shaped material 3 passes through.
A hydrostatic pump 4 is connected to the first roller 1 and a hydrostatic motor 5 is connected to the second roller 2, for example by means of a coupling or via a chain or gearwheels. The vane pump and vane motor are shown, but axial piston or
Find radial piston systems use.
The right side of the pump and the left side of the motor are connected to one another via a pressure line 6. The oil pressure prevailing in this line can be checked by the manometer 7. Unpressurized lines connect the left side of the pump and the right side of the motor with the oil reservoir 8, which is only shown in FIG. 1.
In order to generate a defined oil pressure in the pressure line 6, as only shown in FIG. 1, a gear pump 9 and an adjustable pressure relief valve 10 are provided. The compression of the spring in this valve determines the pressure at which the excess oil flows into the container 8. As long as such a flow takes place, the desired pressure in the line 6 remains constant.
The basic function of the device will now be described with reference to FIG.
As soon as the material 3 is still immobile, but already wrapped around the transport rollers 1 and 2, the gear pump 9 is made to run by means of an electric motor (not shown) and oil is pumped from the container 8 into the line 6, depending on the degree of compression of the spring of the Valve 10 has a defined oil pressure which acts equally on the right side of the pump 4 and the left side of the motor 5.
Under its influence, on the one hand the pump 4 and thus also the transport roller 1 move counterclockwise, on the other hand the motor 5 and thus also the transport roller 2 move in a clockwise direction, whereby the material 3 is tensioned. A state of equilibrium develops between the oil pressure and the tensile force in the material, with the mutual relationship being determined by the torque generated by the hydraulic units.
If the material is to remain at a standstill during this process, the circumferential forces generated on transport rollers 1 and 2 must be the same. They are when the torque of each hydraulic unit remains proportional to the diameter of the transport roller assigned to it.
Because the diameters of the two transport rollers 1 and 2 according to FIG. 1 are the same, their torques must therefore be the same in the case of a direct coupling with the hydraulic units. If, for example, the motor 5 were to drive roller 2 via a pair of gears with a gear ratio of 1: 2, while pump 4 remained directly coupled to roller 1, the motor torque would have to be equal to half the pump torque.
The tensile force thus generated in the material 3 does not yet set the latter in motion. The whole thing
With a far-reaching analogy, the system can be compared with an endless belt pulled onto two pulleys under any pretension, with one strand being the material 3 and the other being the one in line
6 correspond to oleic acid under pressure.
Even such a belt cannot run by itself because the tensile forces cancel each other out, so that one or the other pulley has to be driven to get it to run. The performance is low even with the greatest tension in the belt, because it only has to cover friction losses, regardless of the direction of travel.
The situation in the device according to the invention is similar. The drive, e.g. by means of an electric motor, can act on one of the two transport rollers 1 or 2 and only needs to cover friction losses.
As soon as the material 3 starts moving, the oil also begins to flow in the pressure line 6, from the pump to the motor. As the pump 4 is driven by the material itself against the oil pressure, it transfers the work applied to the motor 5 via the oil flow, which is equivalent to a recuperation of the braking energy
If you switch the direction of rotation of the drive, the direction of flow of the oil changes with the direction of movement of the material. The hydraulic unit 5 becomes a pump and the unit 4 becomes a motor.
A separate conveyor roller can also be installed to advance the material 3, for example between the transport rollers 1 and 2. The drive is expediently allowed to attack where there are increased loads. If one of the transport rollers 1 or 2 is not only used to feed the material, but also has to fulfill other functions that require performance, such as printing, coating, drying, laminating, etc., this roller must be driven, because otherwise uncontrolled and excessively large Tensile stresses would occur in the material.
In addition to building up the oil pressure, the gear pump 9 also has the task of preventing leakage from the hydro
Cover units 4 and 5. If the material 3 is expandable, then this pump must be large enough to give the motor 5 a lead over the pump 4, namely in the amount of material expansion. This amount is added to the oil flow with which the pump 4 acts on the motor 5 and which alone represents a measure of the recuperated braking energy of the pump.
The amount of oil delivered per revolution of the pump is usually referred to as <<delivery volume>> and the amount processed per revolution of the motor as <<displacement volume. With constant pressure as a parameter, these volumes are known to have a linear relationship to the torque of the relevant hydraulic unit. If it has been determined above that the torque of a hydraulic unit should remain proportional to the diameter of the transport roller assigned to it, this condition can also be expressed in such a way that, when the pressure is kept constant, the delivery volume of the pump or the displacement of the motor in a proportional ratio should be related to the respective diameter of the transport roller assigned to them.
In the wing system of the hydraulic units shown schematically in the drawing, said volumes can be changed by the eccentricity e between the wing rotor 11 and the guide cylinder 12. If the rod 13 connected to the guide cylinder 12 is pulled down, <<e>> and thus the delivery or absorption volume are reduced; if it is adjusted upwards, these values are increased.
Fall the centers of the rotor 11 and the cylinder
12 together, then e = 0 and the pump can no longer deliver anything or the motor can no longer process anything.
In the case of axial piston systems, the change in volume is brought about by pivoting the cylinder head, in the case of radial piston systems by analogous influences on the piston stroke.
Such volumetric controls are not required in the exemplary embodiment according to FIG. 1 thanks to the constant diameter of the rollers 1 and 2. Should the diameter of one of the rollers change from time to time, e.g. occurs in the so-called <<format rollers>> of a printing machine, the adjustment could be made by means of reversible gears.
It is different when the diameter changes continuously, such as in the unwinding or winding processes to which the exemplary embodiments according to FIGS. 2 and 3 relate. Here, one of the transport rollers 1 or 2 is the bale of material to be unwound or wound up.
Judging by the direction of material indicated by arrows, FIG. 2 is a transport roller 1 to be unwound and FIG. 3 is a transport roller 2 to be wound up. In both cases, an electric motor 14 is used to drive the complementary roller, the diameter of which remains constant , ie the transport roller 2 in FIG. 2 and the transport roller 1 in FIG. 3.
To carry out the volumetric control of the pump 4, a servomotor 15 is used in the exemplary embodiment according to FIG. 2, which adjusts the rod 13, here provided with a thread, via a pair of gears, while in the exemplary embodiment according to FIG. 3 this task is performed by a hydraulic piston 16 is taken over.
While overcoming the opposing force exerted by the compression spring 17, it displaces the lever 18 in the direction of reducing the eccentricity, i.e. Reduction of the funding volume.
The operational sequences are as follows:
In FIG. 2, the diameter of the roll 1 to be unwound is greatest before work begins. Therefore, according to the explanations given, the delivery volume of the pump 4 assigned to this role must also be the greatest. It was therefore set to the maximum <<e>> value beforehand via the servomotor 15 in order to carry out the unwinding process.
As soon as the electric motor 14 begins to drive the transport roller 2, the material 3 sets the roller 1 and thus also the pump 4 in motion. This applies the pumped oil to the hydraulic motor 5 and generates a pressure in the connecting line 6, which is read on the manometer 7.
In the present exemplary embodiment, the latter is designed as a contact manometer which, by means of a second pointer, allows the pressure value at which an electrical signal is given to be set.
If a few layers of material have unwound, as a result of which the roller diameter has become smaller, the speed and delivery rate of the pump 4 have increased a little in view of the material speed dictated by the transport roller 2 and which has remained constant. However, since the hydraulic motor 5 cannot swallow this increased amount of oil, the pressure on the manometer 7 rises above the set value and generates an electrical signal, whereby the servomotor 15 is switched on. This now adjusts the rod 13 in the sense of reducing the eccentricity e and thus the delivery volume of the pump 4 until the pressure drops again.
This game is repeated at short intervals during the entire unwinding process, i.e. until the transport roller 1 has reached its smallest diameter.
The pressure remains practically constant and the proportionality between the roller diameter and the delivery volume of the pump is maintained.
If one were to reverse the direction of rotation of both the drive motor 14 and the servo motor 15, then the material 3 could be wound onto the roll 1 again. The direction of travel of the material 3 is reversed and therefore the transport roller 2 becomes the first continuous roller. So the hydraulic unit 5 is transformed into a pump and the hydraulic unit 4 into a motor, which is now acted upon by the pump 5. So that he swallows the delivered amount of oil at the high speed, which is required by the small initial diameter of the roll 1 to be wound, its absorption volume and eccentricity must be the smallest at the beginning of the winding process.
After a few layers of material have been wound up, the motor speed drops slightly as a result of the increased winding diameter and the pressure rises above the setpoint value because the motor 4 can no longer process the amount of oil that has remained constant. The consequence of this is an electrical switch-on signal for the servo motor 15, which now adjusts the rod 13 in the sense of an increase in e, after its direction of rotation has been changed ver. This drops the pressure below the setpoint and switches the servomotor off again.
This game is repeated at short intervals until the winding diameter and the eccentricity <<e>> have reached their greatest values. The pressure, however, remained practically constant during the entire process.
However, such a winding device is limited by the ratio of the largest winding diameter to the smallest winding diameter: while a hydraulic unit working as a pump allows any reduction from <<e>> even to the value zero, the unit working as a motor can only tolerate a reduction up to about λ of the maximum value of e, because beyond that the risk of jamming can occur. In Fig. 2, this diameter ratio is therefore shown as about 2.5: 1.
If, on the other hand, according to the teaching of the invention, the winding is to be carried out up to a diameter which corresponds to far more than three times the initial diameter, then according to the exemplary embodiment according to FIG.
Here the hydrostatic pump 4 is equipped with a so-called <<zero stroke control>>, while the winding motor 5 works with an invariable eccentricity <<e>>.
As long as the pressure in the connecting line 6 does not exceed the initial minimum value, the hydraulic piston 16 connected to this line cannot overcome the counteracting force of the compression spring 17, which pushes the lever arm 18 downwards and the rod 13 upwards until it stops which corresponds to a maximum value of the eccentricity e resp.
corresponds to the largest delivery volume of the pump 4.
The winding process begins with this setting, because the non-controllable motor 5 requires the greatest amount of oil at this stage in order to reach the high speed caused by the small initial winding diameter, albeit at a correspondingly low pressure.
After a few layers of material have been wound up, the winding diameter has increased and the motor speed has inevitably decreased. This reduced the absorption capacity of the motor 5, so that the pressure in the connecting line 6 increased and the piston 16 was enabled to raise the lever arm 18, i.e. to reduce the delivery volume of the pump 4 in order to adapt it to the new absorption capacity of the motor 5 again.
The pressure, which is constantly increasing in this way, must follow the growing roll diameter linearly. This requirement can be met by adapting the characteristic curve for the spring 17, that is to say by the course of the relationship between the force and the path of this spring.
It is e.g. known to largely adapt the said characteristic curve to the desired course by means of several nested springs with different characteristics. Then the torque of the unregulated motor 5 also increases linearly to the winding diameter, so that the tensile stress in the material 3 remains constant.
As far as the delivery volume of the pump 4 is concerned, it is inevitably set in an inversely proportional relationship to the diameter of the transport roller 2 assigned to the motor 5, because the speed and absorption capacity of this motor also exhibit the same behavior.
In addition to the examples described, designs are also conceivable with different circumferential forces on the two transport rollers 1 and 2 in order to overcome additional frictional forces or to move the material 3 even without the use of an external force. However, a more powerful gear pump 9 would have to be available for this.
All of the means described above for setting and regulating pressure and oil quantity are known per se. Other known means are also available for these purposes.
The inventive novelty consists in the spreader pair formed by two hydrostatic units for the lossless maintenance of tensile stress in the strip and wire-shaped material, such as paper, rolling stock, foil, fabric, cable, etc.
Most of the time electrical machines have been used to achieve the same purpose, one of which works as a generator and the other as a motor.
However, such a solution requires a considerable amount of power, switching and control devices. especially when the desired tensile stress in the material is to be maintained both during standstill and when the direction of travel is changed, because so-called 4-quadrant thyristor devices are then required for recuperation. Mechanical solutions, on the other hand, require connecting shafts or chains as well as continuously adjustable gears with slip clutches and servo mechanisms.
In contrast, the subject of the invention enables particularly simple u. Clear control systems with which a high degree of operational safety is achieved.