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Hydraulische Regelvorrichtung für eins Maschine zum Aufwickeln von
faden- oder bahnförmigem Gut mit konstanter oder sich ändernden Spannungen Die Erfindung
bezieht sich auf eine hydraulische Regelvorrichtung für eine Maschine zum Aufwickeln
von faden-oder bahnförmigem Gut mit konstanter oder sich ändernden Spannungen, wobei
eine von einem Motor angetriebene Flüssigkeitspumpe mit veränderbarer, von der Drehzahl
unabhängig mittels eines Steuerkolbens regelbarer Leistung vorgesehen ist, die einen
Flüssigkeitsmotor für die Aufwickelspule antreibt und die Flüssigkeit wird mittels
einer Hilfspumpe aus einem Flüssigkeitsbehälter in den Hauptkreislauf gepumpt.
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Es ist eine Ausführungsform bekannt, bei der eine Flüssigkeitspumpe
mit veränderlichen Zylinderinhalt vorgesehen ist, die von einem Elektromotor angetrieben
wird wobei ihr Hubraum und damit ihre Leistung mit Hilfe eines hydraulischen Steuerkolbens
verändert werden kann. Dabei befindet sich die eine Kolbenfläche des Steuerkolbens
in ständiger Relation zu dem Druck in einem Teil des Hauptkreislaufes, der sich
zwischen dem Flüssigkeitsmotor und der Saugseite der Flüssigkeitspumpe befindet.
Es hat sich gezeigt, daß diese bekannte Ausführungsform verschiedenen Anforderungen,
die beim Aufwickeln von faden- oder bahnförmigem Gut auftreten können, nicht gerecht
werden kann.
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Es wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß ein mit Flüssigkeit
teilweise gefüllter Druckbehälter vorgesehen ist, dessen Öffnung mittels einer Membrane
verschlossen ist, an der ein Kolben eines Kolbenschieberventils befestigt ist, wobei
das Ventil mehrere Ringräume aufweist und am oberen Ende des Kolbens an einem Anschluß
eine Leitung zum Hauptkreislauf geführt ist und die Ringräume an den Steuerkolben,
den Flüssigkeitsbehälter und ein Korrekturventil mit einem Umsteuerungskolben, Steuerkolben,
einem doppelt wirkenden Kolben und einem Dosierkolben angeschlossen sind.
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Nach einem -erfindungsgemäßen Vorschlag geht man so vor, daß sich
der Umsteuerungskolben außerhalb des Gehäuses in einem Schaft fortsetzt, der im
oberen Bereich ein Gewinde aufweist, auf dem ein verstellbarer Anschlag
angeordnet
ist, während in einem Abstand dazu,unterhalb auf dem Schaft ein weiterer fester
Anschlag angebracht ist und zwischen den Anschlägen ein an dem doppelt wirkenden
Kolben befestigter Arm geführt ist, wobei dem Kolben der erste Steuerkolben gegenüberliegt,
der einerseits mit dem Kolbenschieberventil und andererseits mit dem mit einer Feder
beaufschlagten Dosierkolben und dem zweiten Steuerkolben in Wirkverbindung steht,
und daß der zweite Steuerkolben an dem Umsteuerungskolben angeschlossen ist.
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Eine erfindungsgemäße Bauform besteht darin, daß im Boden des Druckbehälters
Anschlüsse vorgesehen sind, wobei von dem einen Anschluß eine Leitung zu dem ersten
Steuerkolben und von dem zweiten Anschluß eine Leitung Zum einen Teil des HauptkreisLaufes
geführt ist.
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Man kann erfindungsgemäß auch so verfahren, daß auf der Welle der
Aufwickelspule eine Pumpe angeordnet ist, die Flüssigkeit aus dem Behälter über
ein Ventil zu einem Anschluß eines Ringraumes des Umsteuerungskqlbens führt.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen hydraulischen Regelvorrichtung lassen
sich die verschiedensten Regelprobleme sicher und einfach lösen, wobei eine hohe
Nutzung erreicht wird.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibwig
eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen und den Ansprüchen.
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Es zeigen, in schematischen Skizzen, Figur 1 eineAufwickelvorrichtung,
Figur 2 eine Darstellung des Wickelmoments Cm als Funktion des Radius r bei konstanter
Spannung T, Figur 3 eine Veränderung des Wickelmoments Cm nach einem bestimmten
Gesetz zum Erlangen einer abnehmenden Spannung T und Figur 4 die erfindungsgemäße
Regelvorrichtung für den Antrieb der Aufwickelspule.
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In Figur 1 ist schematisch das zu lösende Problem einer derartigen
Aufwickelvorrichtung dargestellt, wobei das Material von Walzen D mit konstanter
Geschwindigkeit geliefert wird, das auf einer Aufwickelspule 3, die einen gesonderten
Antrieb aufweist, aufgewickelt wird.
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Dabei soll eine konstante oder vorherbestimmten Änderungen unterworfene
Spannung T erreicht werden. Der Verlauf der Spannung T bzw. des Wickelmoments Cm
ist in;den Figuren 2 und 3 dargestellt. Zur Lösung dieser Aufgabe dient die in Figur
4 gezeigte hydraulische Regelvorrichtung, wobei die Aufwickelspule B von einem Flüssigkeitsmotor
C angetrieben wird, der von einer Flüssigkeits pumpe A gespeist wird. Die Flüssigkeitspumpe
A wird von einem Elektromotor M oder dergleichen angetrieben und ist mit einem Steuerkolben
V versehen, mit dessen Hilfe der
Hubraum und damit die Leistung
der Pumpe A veränderbar ist. Dabei steht die eine Fläche Fp des Kolbens Vp in Relation
zu dem Druck in dem einen Teil BP des Hauptkreislaufes, während die andere Fläche'Fg
des Kolbens Vp ebenfalls in Beziehung zu dem Druck in der Leitung BP gebracht werden
kann oder aber über ein zwischenzuschaltendes Organ gegen den Flüssigkeitsbehält
er E. Der Hauptkreislauf besteht aus den beiden Teilleitungen HP bzw. BP, wobei
der Teil HP zwischen der Druckseite der Pumpe A und dem Motor C und der.
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Teil BP zwischen der Saugseite der Pumpe A und dem Motor C angeordnet
sind. Eine von dem Elektromotor M angetriebene Hilfspumpe D fördert Flüssigkeit
-aus dem Behälter E in den Teil BP, so daß die Pumpe A ständig mit Flüssigkeit eines
bestimmten Druckes, der mit Hilfe des Ventils F geregelt werden kann, beschickt
wird.
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Der Teil HP des Hauptkreislaufes ist an ein Kolbenschieberventil G
mit mehreren Ringräumen an der einen Stirnseite des Kolbens an einem Anschluß 4
angeschlossen, wahrend das andere Ende des Kolbens an einer Membrane K eines Druckbehälters
J befestigt ist. Der Druckbehälter J enthält Flüssigkeit und Luft, wobei ein Flüssigkeitsstandanzeiger
L sowie ein Manometer N mit einem Überdruckventil O vorgesehen sind. Im Boden des
Druckbehälters J sind Anschlüsse 1 und 2 vorgesehen, wobei von dem Anschluß 1 eine
Leitung zu einem später noch zu beschreibenden Korrekturventil U geführt ist, während
von dem Anschluß 2 ein.e Leitung zu einem Überdruckventil P sowie zwei Ventilen
Q wld R führt, wobei die
Ventile P und R ferner an den Flüssigkeitsbehälter
E angeschlossen sind.
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Als weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist das Korrekturventil
U vorgesehen, das mit einer Pumpe S mit konstantem Hubraum versehen ist, die von
der Aufwickeispule B angetrieben wird und Flüssigkeit aus dem Behälter E ansaugt
und über ein Ventil T zu dem Anschluß 3 eines Ringraumes des Ventils U fördert.
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Der zylindrische Block des Korrekturventile U enthält einen gleitenden
und drehbaren Umsteuerungskolben Ab, der sich außerhalb des Gehäuses in einem Schaft
fortsetzt, an dem ein fester Anschlag Ac sowie ein regulierbarer Anschlag Ad vorgesehen
sind, wobei der Anschlag Ad in einer Nute Ae eines Rahmens arretiert ist. In dem
Gehäuse des Ventils U ist ferner ein verschiebbarer Steuerkolben Af angeordnet sowie
ein doppelt wirkender Kolben Ag, an dem ein Arm Ah befestigt ist, der auf dem Schaft
des Umsteuerungskolbens Ab geführt ist, wobei die Bewegung des Kolbens Ag durch
die Anschläge Ac und Ad begrenzt ist. Dem doppelt wirkenden Kolben Ag liegt ein
weiterer Steuerkolben Aj gegenüber, der von dem Kolben Ag mechanisch nach unten
bewegt werden kann und die Feder Ak nach oben bewegt wird. Außerdem ist ein Dosierkolben
Am vorgesehen, der durch hydraulischen Druck nach oben gegen ein Federblatt An gedrückt
wird.
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Die in Figur 4 dargestellten Verbindungsleitungen der ez.nzçlnen Ventile,
Pumpen, Motoren und dergleichen ermoglichen,die Punktionsweise der Vorrichtung zu
verstehen.
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Durch das Einschalten des Elektromotors M wird zunächst Flüssigkeit
aus dem Behälter E über die Pumpe D in den Teil SP des Hauptkreislaufes gepumpt,
wobei in der Leitung BP ein konstanter Druck erzeugt wirt. Gleichzeitig fördert
die Flüssigkeitspumpe A über die Leitung HP Blüssigkeit unter einem kontrollierten
Druck und entsprechender Menge in Richtung f zu dem Flüssigkeitsmotor C, wobei sich
dieser zu drehen beginnt und damit die Aufwickeispule B antreibt.
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Es soll nunmehr eine Selbstregelung. der Momente unabhängig von der
Wickelgeschwindigkeit der Maschine erreicht werden, wobei eine automatische Veränderung
der Momente einem vorherbestimmten Gesetz folgt.
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Die Spindelsder Spule B ist zunächst-mit dem sich nicht bewegenden
Material verbunden, wobei keinerlei Druck in dem Druckbehälter J vorhanden ist,
so daß bei einem Betrieb des Motors M in beiden Leitungen BP: und HP der gleiche
Druck herrscht, so daß der Flüssigkeitsmotor C kein Moment erzeugt und das Material
nicht gespannt ist.
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Dabei kann die Pumpe A bis zur Leistungsabgabe Null herangeführt werden,
wobei der Druck in der Leitung HP an dem Anschluß 4 des Kolbenschieberventils G
ein Verschieben des Kolbens H nach unten bewirkt, da in dem Druckbehälter J kein
Druck herrscht. Damit verschiebt sich der Kolben Vp des Steuerkolbens V in seine
oberste Position, so daß die Ausströmmenge der Pumpe A Null wird.
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Wenn durch die Einwirkung auf das Ventil Q nunmehr Flüssigkeit von
der Leitung BP über den Anschluß 2 in den Druckbehälter J gebracht wird, wird die
darin befindliche Luft komprimiert, wobei die Membrane K den Kolben H nach oben
verschiebt, sobald dieser Druck größer ist, als der Druck bei dem Anschluß 4 durchdie
Leitung HP. Diese Verschiebung des Kolbens H verursacht eine Abwärtsbewegung des
Kolbens Vp, da seine Kolbenfläche Fg über die Leitung BP mit Druck beaufschlagt
ist, wobei die Pumpe A eine Leistung abgibt und der Druck in der Leitung HP denjenigen
in der Leitung BP überschreitet, so daß der Flüssigkeitsmotor C ein Moment erzeugt
und das Material;sich spannt. Dabei stabilisiert sich der Kolben Htautomatisch,
wobei der Kolben Vp in der Position festgelegt bleibt, die der Leistung. der Pumpe
A entspricht, die für ein Aufrechterhalten der. gewünschten Materialspannung ausreicht.
Ein ständiger Flüssigkeitsstrom zwischen der Leitung HP und dem Anschluß 5 einerseits
und der Leitung BP und dem Anschluß 6 andererseits wird durch den Kolben H des Kolbenschieberventils
G kontrolliert und führt zu einem Stabilisieren des Systems.
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Das Volumen der komprimierten Luft in dem Druck behälter J gewährleistet
die Fortdauer eines Druckes, der in der Leitung HP einen anderen Druck bestimmt,
dessen Wert direkt mit der Oberfläche der Membranen und derjenigen des Kolbens K
in Beziehung zu setzen. ist.
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Dabei wird der Druck in dem Druckbehälter J, der an dem ManometeR
N abzulesen ist, Bezugsdruck genannt, der implizit den Wert des Moments an dem Flüssigkeitsmotor
C angibt, also der Wicklungsspannung bei einem
bestimmten Spulendurchmesser.
Dieser Bezugsdruck kann verringert oder auf Null reduziert worden mit Hilfe des
Ventils R. Darüber hinaus ermöglicht das Ventil O ein rasches Ablassen des Druckes
in dem Druckbehälter J.
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Der Flüssigkeitsstandanzeiger L, der bei offenem Ventil auf den atmosphärischen
Druck gewicht ist, ermöglicht zu prüfen, ob sich der Anfangs zustand nicht geändert
hat, dh. ob das Luftvolumen in dem Behälter J unverandert ist.
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Wenn sich das Material mit irgendeiner Geschwindigkeit bewegt, danne
beginnt sich die Spule B zu drehen, wobei es sich ergeben kann, daß die Ausströmmenge
der Pumpe A unzureichend ist, so daß sich.der Druck in der Leitung RP verringert,
wodurch sich der Kolben H nach oben verschiebt und damit auf den Steuerkolben V
einwirkt, was ein Ansteigen der Leistung der Pumpe A zur folge hat.
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Während der Beschleunigungsperiode der Aufwickelspule B wird sich
die Ausströmmenge der Pumpe A ständig erhöhen und erst danF stabilisieren, sobald
die Geschwindigkeit der Spule B sich ebenfalls stabilisiert hat. Wenn im Gegensatz
dazu die Geschwindigkeit verringert wird, so setzt der umgekehrte Vorgang ein, so
daß es.pu einer Verminderung der Leistung der Pumpe A kommt. Insbesondere erzeugt
die Wicklung mit konstanter linearer Geschwindigkeit eine kontinuierliche Verminderung
der Winkelgeschwindigkeit der Aufwickeispule B infolge der Vergrößerung des Durchmessers
d, wobei sich dle Leistung der Pumpe in gleicher Art und Weise verringerte
Wenn
in dem Dsuckbehälter J ein gleichbleibender Druck mit festein Bezug herrscht, dann
erfolgt die Wicklung mit einem Anfangsmoment, das eine Spannung bei dem aufzuwickelnden
Material in Beziehung zu einem bestimmten Durchmesser d der Spule B erzeugt.
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Bei gleichem Anfangsmoment würde sich die Wicklungsspannung im selben
Verhältnis verringern, wie sich der Durchmesser d erhöhte Daher muß dieses Moment
entsprechend der Dicke des Materials verandert werden, in Abhängigkeit von der Anzahl
der zur Aufwicklung notwendigen Umläufe und der entsprechenden Spannung T, die abnehmen
muß, damit eine konstante Spannung erreicht wird nach der Formel: das Moment Cm
= nTe wobei e die Dicke des Materials darstellt.
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Das Korrekturventil U hat die Aufgabe, in den Druckgehälter J ständig
derartige Mengen an Flüssigkeit einzuführen, daß sich der Druck erhöht und damit
dem oben angeführten Gesetz folgt. Dabei wird die Luft in dem Behälter J komprimiert,
wobei sich die Flüssigkeitsmengen im Verhältnis zum Druckanstieg verringern, entsprechend
dem Mariott'schen Gesetz.
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Die Pumpe S mit konstantem Hubraum, die von der Aufwickelspule B positiv
mitgezogen wird, wandelt die Anzahl der Umdrehungen n um in ein Volumen an Flüssigkeit,
die ständig dem Korrekturventil U am Anschluß 3 zugeführt wird, wo die Flüssigkeit
über den Umsteuerungskolben Ab und den Steuerkolben Af zu dem doppelt wirkenden
Kolben
Ag gelangt, wie dies in Figur 4 dargestellt ist. Das Korrekturventil umfaßt den
Umsteuerungskolben Ab, den Steuerkolben Af und den doppelt wirkenden Kolben Ag mit
dem Arm Ah und den Anschlägen Ac und Ad, die ein System bilden, das eine Umkehrbewegung
des Kolbens Ag erzeugt.
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Das Ende des Abwärtshubes des Kolbens Ag erfolgt immer an der gleichen
Stelle, da diese Bewegung durch den festen Anschlag Ac festgelegt ist, während im
Gegensatz dazu der Aufwärtshub durch den verstellbaren Anschlag Ad verändert werden
kann. An dem Kolben Ab kann eine geeignete Skalenscheibe angebracht werden, aufder
das Produkt Te eingestellt werden kann.
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Es ist in der Beschreibung erwähnt worden, daß der Dosierkolben Am
durch den Druck aus der Leitung BP nach oben bewegt worden ist,wobei das Federblatt
An durchgebogen ist Wenn sich der Kolben Ag in der unteren Stellung befindet, drückt
er den Steuerkolben Aj, der das Schließen von BP bestima;t, wobei der Steuerkolben
Aä nunmehr über den Anschluß 1 den Druckbehälter J mit dem Korrekturventil U yerbindet.
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Dabei entspannt sich das Federblatt An und drückt mit Hilfe des Dosierkolbens
Am die Flüssigkeit in den Druckbehälter J, bis ein Gleichgewicht zwischen der Federkraft
und dem Druck in dem Behälter J"herrscht.
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Dabei ist eane bestimmte Flüssigkeftsmengein den Druckbehälter J eingespritzt
worden. Sobald; der Kolben Ag sich wieder nach oben bewegt, bewegt sich
der
Steuerkolben Aj ebenfalls nach oben, so daß der Dosierkolben Am auch nach oben gedrückt
wird und in seine Ausgangsstellung zurückkehrt. Es muß noch erwähnt werden, daß
der Druck in der Leitung BP, der das Federblatt An durchbiegt, höher ist als dergrößte
Druck, der in dem Druckbehälter J existieren kann, so daß eine Entspannung des Federblattes
möglich ist. Andererseits ist der Druck aus der Leitung BP auf das Federblatt An
einem Gesetz unterworfen, das der folgenden Gleichung genügt: 1 (1 + p)² @ Folglich
werden die eingespritzten Flüssigkeitsmengen eine Erhöhungdes Moments bestimmen,
derart, daß die Wickelspannung konstant ist, wobei durch eine geeignete Regulierung
des Korrekturventils die Möglichkeit besteht, die Spannung gemäß der Funktion in
Figur 3 abnehmen zu lassen.
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Das Ventil T" das zwischen der Hilfspumpe S und dem Korrekturventil
U eingeschaltet ist, ermöglicht eine Regulierung des Korrekturventils bei Beginn
des Wickelvorganges, wenn die Aufwickelspule B stillsteht.
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Eine Verminderung des Abstandes von dem Anschlag Ad zu dem Arm Ah
hat eine Verminderung des Hubes des doppelt wirkenden Kolbens Ag zur Folge, wobei
die Flüssigkeit weder durch de Pumpe S noch durch das Ventil 2 abgezogen werden
kann. Die durch den Anschlag Anlauf den Arm Ah ausgeübte Kraft hat zur Folge, daß
sich der Umsteuerungskplben Ab nach oben bewegt, so daß sich
der
Kolben Ag und sein Arm Ah nunmehr verschieben können, wobei die Flüssigkeit unter
dem Kolben Ag zu dem Behälter E abfließen kann und der obere Zylinderinhalt durch
Ansaugen der Flüssigkeit über das Ventil T aus dem Behälter E gespeist wird, In
dem Falle, wo sich der Umsteuerungskolben Ab in der oberen Stellung im Augenblick
der Regulierung befindet, wandert die Flüssigkeit wie zuvor beschrieben.