DE2223872A1 - Lager für eine Vorratsrolle eines unter gleichbleibender Spannung abzuziehenden flächigen Materials - Google Patents

Description

M 3128

TENTAN A

. HANS KUSCHKE

.HSN2 AßULAR
EERLlM 33 Aueu'te-Viktoria-StraBe 65

Minnesota Mining and Manufacturing Company» Saint Paul,

Minnesota 55101 (VoSt.v.A.)

lager für eine Vorratsrolle eines unter gleichbleibender Spannung abzuziehenden flächigen Materials

Die Erfindung betrifft ein Lager für eine Vorratsrolle eines flächigen, papierblattartigen Materials mit einem hohlen zylindrischen Kern, welches Material von der Vorratsrolle unter allgemein gleichmäßiger Spannung abziehbar sein soll·

In einigen Fällen, z.B. bei Photokopiermaschinen ist es erforderlich oder angebracht, das Material in Form einer Rolle vorzusehen und von der Rolle nach Bedarf abzuziehen. Die Vorratsrolle muss natürlich so ge-lagert werden, dass im Material eine Rückspannung erzeugt wird, so dass das Trägheitsmoment der Rolle nicht zu einer Abgabe überschüssigen Materials führt, nachdem der Abzug des Materials von der Rolle unterbrochen worden ist. Die Rückspannung muss natürlich schwächer sein als die Kraft, die zum Zerreißen des Materials erforderlich ist, und diese Rückspannung soll vorzugsweise konstant bleiben, bis der Materialvorrat erschöpft ist, so dass das Material gleichmäßig abgezogen und zur Gebrauchssteile befördert werden kann.

209848/0869

In einigen Fällen wird die Rückspannung in einem flächigen Material dadurch erzeugt, dass auf die die Vorratsrolle tragende Spindel oder auf den Dorn eine konstante Bremskraft ausgeübt wird» Dieses Verfahren ist insofern nachteilig* als die Kraft, die zum Abziehen des Materials von der Holle erforderlioh ist, im umgekehrten Verhältnis zur Verkleinerungs des Radius der Rolle immer stärker wird· Um diesen verstärkten Kraftaufwand zu kompensieren wurden mehr oder weniger komplizierte Mechaniken entwickelt, die die Verkleinerung dieses Radius ermitteln und die Bremskraft entsprechend vermindern. Bei anderen derartigen Vorrichtungen wird die Rückspannung im Material dadurch erzeugt, dass der Dorn oder die Spindel auf einer Reibfläche gelagert wird, die das Gewicht des Dorne und der Vorratsrolle trägt und eine Drehung gegen die Reibkraft zwi shen dem Dorn und dem Reibmaterial zulässt. Wird bei dieser Vorrichtung der Radius der Rolle kleiner, so wird auch die Kraft kleiner, die zum Abziehen des Materials von der Vorratsrolle benötigt wird. Bei dieser ziemlich komplizierten Vorrichtung sind Mittel vorgesehen, mit denen die Gewichtsverminderung der Rolle kompensiert werden kann, wie beispielsweise in der U.S.-Patentschrift 3 567 148 beschrieben, wobei die Vorratsrolle an dem einen Ende eines Gewichtsausgleichsarmes gelagert ist. Um zu vermeiden, dass die zum Abziehen eines flächigen Materials von einer Vorratsrolle erforderliche Kraft beständig stärker oder schwächer wird, wurden bisher teure Kompensionsvorrichtungen entwickelt.

Die Erfindung sieht eine lagerung für eine Vorratsrolle eines flächigen Materials vor, bei der das Material unter im allgemeinen gleichmäßigen Spannung von der Rolle abgezogen werden kann. Die Vorratsrolle wird von einem zylindrischen Dorn getragen, der sich mit der Rolle dreht. Eine Bremse wirkt reibend auf den Dorn an einer Fläche ein, die von der Achse des Doras entfernt gelegen ist, und auf den Dorn wird ein konstantes Bremsdrehmoment ausgeübt, das die Reibkraft ausgleicht, die von der Dornlagerung und der Bremse ausgeübt wird. Wird das Material von der abgestützten Vorratsrolle abgezogen, so sucht das auf den Dorn einwirkende konstante Bremsdrehmoment die Kraft zu verstärke», die zum Abziehen des Materials erforderlich ist, während die Reibkraft diese Kraft zu vermindern sucht, so dass

209848/0869

die Abziehkraft und die Spannung im Material im wesentlichen konstant gehalten wird.

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben." In der beiliegenden Zeichnung ist die

Sig.1 eine Seitenansicht einer das flächige Material spannenden

β
Lagrung nach der Erfindung,

Iig,2 eine Draufsicht auf die in der ]?ig.1 dargestellte Lagerung und die

lig.3 eine graphische Darstellung der Leistung der erfindungsmäßen Vorrichtung im Vergleich zu· bekannten derartigen Vorrichtungen»

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine als Ganzes mit 10 bezeichnete Lagerung zum Spannen eines flächigen Materials nach der Erfindung· Die Lagervorrichtung 10 weist auf einen Dorn 12, ein Dornlager und eine Bremse 14 sowie ein ein konstantes Bremsmoment ausübendes Glied 16, das auf den Dorn 12 ein konstantes Bremsmoment ausübt.

Der Dorn 12 besteht aus einem hohlen zylindrischen Rohr, das in einem hohlen zylindrischen Kern 18 eines Vorratsrolle einer flächigen Materials sitzt und aus dem Kern an beiden Enden hinausragt. Der Dorn 12 ist mit einem Keil 13 versehen, der vom Umfang aus radial vorsteht und in einer Keilnut 20 sitzt, die an dem einen Ende des Rollenkerns 18 vorgesehen ist, g uass die Vorratsrolle 19 mit dem Rollenkern 18 bezw» mit dem Do *n verkuppelt ist und sich mit diesem dreht.

Die Dornlagerung und die Bremse 14 besteht aus zwei Lagerblöcken 22 und 25 mit halbkreisförmigen Ausnehmungen an der Oberseite, wobei an der Basis der Ausnehmungen ein Streifen eines Reibmaterials 26 befestigt ist. Die Lagerblöcke 22 und 25 sind von einander entfernt so angeordnet, dass sie die Enden des Dorns auf den Reibmaterialstreifen 26 tragen, wobei das Reibmaterial innerhalb eines Bogens von ungefähr 180° an der Außenfläche des Dorns anliegt.

Das Glied 1.6, das auf den Dorn 12 ein konstantes Bremsmoment ausübt, weist zwei Blattfedern 28 und 31 auf, von denen jede

2 0 9 8 4 8/ Π Β ß 9

Feder an dem einen Ende an der Oberseite einer der Lagerblöcke 22 und 25 befestigt ist. Jede Blattfeder ragt über das eine Ende des Dorns 12 hinaus und trägt am freien Ende einen Reibmaterialstreifen 32. Die Stärke der Blattfedern 28 und 31 ist so bemessen, dass das·Reibmaterial 32 auf das Ende des Dorns 12 einen gleichbleibenden Druck ausübt, welcher Druck so gewählt ist, dass die Änderung der Spannung im Material ausgeglichen wird, die von der Dornlagerung und der Bremse 14 erzeugt wird, wenn das Material der Rolle erschöpft wird.

Zwei Antriebsrollen 36 und 37 ziehen das Material 19 über eine als Führung wirkende Leerlaufrolle 34 ab»

Die im Material während des Abziehens von der Dornlagerung und der Bremse 14 allein erzeugte Spannung ist:

(1) T. * μ^τ (W+w + Tcos Q - Tsin Q)

R
wobei

T₁ = der von der Dornlagerung und der Bremse erzeugten Spannung im Material u.. = dem Reibungsfäktor zwischen der Dornfläche und

dem Reibungsmaterial 26 der Dornlagerung r = dem Außenradius des Dorns R = dem Radius der Vorratsrolle V/ = dem Gewicht der Vorratsrolle w = dem Gewicht des Dorns

Q = dem spitzen Winkel zwischen dem Material und einer waagerechten Ebene an der Kontaktstelle zwischen dem Material und der Leerlaufrolle 34 ist. Der Einfachheit halber wird angenommen, dass der Winkel Q auf 45° gehalten wird durch Aufwärtsbewegen der Leerlaufrolle 24 wenn das Material der Vorratsrolle verbraucht wird, und dass das Gewicht des Dorns 12 gleich einer Vorratsrolle 19 mit dem gleichen Durchmesser ist»

2 0 9 8 4 8 / 08 6 9

Unter diesen Voraussetzungen wird

Tcosö
(1) wird

(?) T₁ =

Tcosö - Tsinö β 0 und f+w = t R Ld Tand die Gleichung (2) T₁ = Ji₁ r (ίΤ R²Ld) =

wobei ·

L = der axialen Länge der Vorratsrolle und d =s der Dichte des flächigen Materials ist_e

Wie aus der Gleichung (2) zu ersehen ist, wird die Spannung im !material, die allein von der Dornlagerung und der Bremse erzeugt wird, linear kleiner, wenn der Radius der Vorratsrolle kleiner wird.

Die von den Blattfedern 28 und 31 und von deren Reibmaterial 32 erzeugte zusätzliche Spannung isti

(3) T₂ = rf ( ^₁ + ,U₂. )

R.

±. = der Kraft der gegen den Dorn drückenden Blattfedern Up = dem Reibungsfaktor zwischen der Dornfläche und dem Keibungsmaterial 32 an den Blattfedern ist,

während das von den Blattfedern und deren Reibungsmaterial erzeugte konstante Bremsmoment

(4) t = T₂R = rf ( μ_λ + μ₂ ) ist.

Aus der Gleichung (3) geht hervor, dass die im Material erzeugte zusätzliche Spannung in umgekehrter Beziehung steht zum Radius der Vorratsrolle und nicht linear stärker wird, wenn der Radius der Vorratsrolle kleiner wird. Zwecks weiterer Vereinfachung der Beschreibung wird angenommen, das Reibungsmaterial 26 an den Dornlagern sei das gleiche Material wie das Reibungsmaterial 32 an den Blattfedern, so dass

= μ, T₂ = ^T ¹^¹*^{1 t = 2urf}

209848/0869

Die gesamte Spannung im Material kann dann durch die nachstehende Gleichung ausgedrückt werden:

(5) T = T₁ + To = MrTCLdR + 2yac£ oder (6) T = ^rItLdR + |

Bei geeigneter Wahl der Beziehung zwischen ur Ld und t wird zwischen T₁ und Tp ein Ausgleicheeffekt erzielt, so dass diese beiden Faktoren zusammen bewirken, dass das Material von der Vorratsrolle gleichmäßiger abgezogen wird als mit der Kraft T allein. Wird für den Radius des Dorns ein Wert von 25,4 mm gewählt, der gleich dem kleinsten Radius der Vorratsrolle ist, am die Wirkung eines raschen Anwachsens von T₂ ^zu vermeiden, wenn, R sich dem Wert Null annähert, so kann eine geeignete numerische Beziehung hergestellt werden nach der Gleichung:

(7) (jar ff Ld) R_max - t

R _ = dem größten Radius der Vorratsrolle ist. max

Die Fig»3 ist eine graphische Darstellung der Spannung im Material als Funktion des Radius der Vorratsrolle bei Anwendung der vereinfachten Formel, wobei das Prinzip der Arbeitsweise erläutert werden soll· Inder graphischen Darstellung in der Fig»3 wurde für Ε__ο__ ein Wert von 12,5 cm festgesetzt, während

ILLaX.

für ;ir7lLd willkürlich der Wert ^M1^M gewählt wurde, so dass nach der Gleichung (7) t = 0,57 Joule wird. Diese Werte können bei einer Vorratsrolle erreicht, deren Material eine Dichte von d = 1,1 g/cnr , und wenn die Vorratsrolle eine Länge L = 21,6 cm aufweist, und wenn ferner die Reibungs- und Dornmaterialien so gewählt werden, dass der Reibungskoeffizient u = 0,95 und die gesamte Federkraft f = 1,16 kg-beträgt. Unter Anwendung der Gleichung (6) wurde T berechnet, welche Größe in der Figo3 mit einer Vollinie dargestellt ist. Danachwurden die Materialspannungen T^ und T₂ berechnet und so aufgetragen, dass sie durch denselben Punkt verlaufen wie T bei einem durchschnittlichen Radius der Rolle von 7,5 cm. T₁ ist in der Fig.3 mit kurz gestrichelter Linie und Tp mit lang gestrichelter Linie

209848/086 9

aufgetragen. Die Veränderung von T, wenn R von 5 auf 1 absinkt, beträgt ungefähr 0,67 kg, während die Veränderung von T₁ ungefähr 2,85 kg beträgt, wobei die Veränderung von Tp ungefähr 5,03 kg beträgt. Bei diesem vereinfachten Modell weist T einen vierfach besseren Wert auf als T₁ oder T₀ allein.

I t-

Obwohl die bei der Erläuterung des Prinzips der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung getroffenen Voraussetzungen physikalisch verwirklicht werden können, so ist die Erfindung jedoch nicht hierauf beschränkt. Jede Kombination der Reibungskraft mit einem konstanten Bremsmoment, mit der ein geringeres Schwanken der Spannung im Material bei dessen Abziehen erreicht werden kann als mit der Reibungskraft oder mit einem konstanten Bremsmoment allein, stellt eine geeignete Ausgleichskombination nach der Erfindung dar«,

Patentansprüche

209848/0 869

Claims (2)

1. Patentansprüche

   Lagerung für eine Vorratsrolle eines unter gleichbleibender Spannung abzuziehenden flächigen Materials mit einem Dorn, der eine von dessen Achse entfernt gelegene zylindrische Lagerfläche aufweist, die eine Vorratsrolle des flächigen Materials mit dieser drehbar trägt, mit einer Lagerung für den Dorn, auf der dieser drehbar ruht, und mit einem Glied, das auf den Dorn ein Bremsmoment ausübt, dadurch gekennzeichnet, dass das Dornlager (H) auf die Lagerfläche des Dorns reibens einwirkt und dessen Drehung bremst, dass das genannte Glied (16) auf den Dorn (12) ein konstantes Bremsmoment ausübt und die Verminderung der Kraft ausgleicht, die zum Abziehen des Materials (19) von der Vorratsrolle gegen die Reibungskraft des Dornlagers und der Bremse (H) erforderlich ist, wenn das Material verbraucht wird, so dass beim Abziehen des Materials von der gelagerten Rolle die auf den Dorn einwirkende Reibungskraft die Kraft zu vermindern sucht, die zum Abziehen des Materials erforderlich ist, während die ausgleichende konstante Bremskraft • die zum Abziehen des Materials erforderliche Kraft zu vergrößern sucht, so dass die Abziehkraft im wesentlichen konstant gehalten wird.
2. 2. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ein Bremsmoment ausübende Glied (16) numerisch in Beziehung steht zum Dornlager und der Bremse (H) nach der Formel ( ur TtLd) R = t

   iüclX

   wobei !!_.„„ der Radius der vollständigen Vorratsrolle

   III γί Jy

   t das Bremsmoment, das von dem genannten Glied

   auf den Dorn ausgeübt wird

   r der Radius des Dorns, unter dem das Dornlager und das Bremsmittel auf den Dorn reibend einwirken,

   209848/π 869

   u der Reibungsfaktor zwischen dem Dorn und dem Dornlager und dem. Bremsmittel

   L die axiale länge der Vorratsrolle und d die Dichte des flächigen Materials ist. ·

   3· Lagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (12) zylindrische Endteile aufweist, die von den Enden der Vorratsrolle aus nach außen vorstehen, und dass zwei ein Bremsmoment ausübende Glieder vorgesehen sind, die aus zwei gleichen federnden Gliedern (28, 31) bestehen, von denen je ein Glied sich über ein Ende des gelagerten Dorns erstreckt und ein Reibungsmaterial (32) trägt, das auf die Außenseite des gelagerten Dorns mit einer vorherbestimmten Kraft einwirkt.

   4· Lagerung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass das Dornlager und das Bremsmittel aus zwei gleichen Lagergliedern (22, 25) besteht,, auf denen die genannten Enden des Dorns gelagert sind, und dass jedes Lagerglied mit einem Reibungsmaterial (26) versehen ist, das je einen Endteil des Dorns trägt und an der Ümfangsfläche des Endteiles des Dorns anliegt»

   209848/0869

   Leerseite