DE2242205C3 - Drehmoment-Regelsystem für ein Arbeitsgerät - Google Patents

Description

des Arbeitsgerätes (1) mit dem Regulierstab (5) gen an

im Innern der Abtriebswelle (20) des Regulier- nicht zu ^.. . Ernndune ist die Ver getriebes (23) über einen nicht linearen Schrau- 30 Aufgabe ^^r vorliegenden Erhndung ist die Ver-P . . . ,et ιηΛ\ ι η · α meidune eines DinerentialgetrieDes mit aaran ange-

bentneb (51, 200) gekuppelt sind. Elüfer Vorrichtung zur Erzeugung eines Kompen-

2. Drehmoment-Regelsystem nach Anspruch 1, bauter vorncniung ^iUl ..%i_fflin(I .n-1., dadurch gekennzeichnet! daß zwischen der sations-Drehraomentes und d.e Schaffung gunst.ger Schraubenfeder (52) und der Abtriebswelle (20) Voraussetzungen dafür, daß mit einer e.nfach und des RegSgetiebes"(23) ein dazu koaxialer 35 wirtschaftlich gestalteten Drehmomentwaage die Er-R^tatio^^eingesetzt ist, dessen Außen- zeugung einer gnst^o Stdlgroße fur aewjane durchmesser sich in Axialrichtung stetig verändert Antriebsdrehzahl in ^A5^han8>8^k.^e^^ und an welchem beim fortschreitenden Spannen Reaktionsdrehmoment der Arbeitsvorrichtung ermogdie Windungen der Schraubenfeder (52) aufein- Hch w rd, derart daß das übertragene Drehmoment anderfoleend anzulieeen kommen 40 nicht konstant bleiben muß, sondern wahrend der

andertolgend anzuliegen Kommen. Betriebszeit bestimmungsgemäß zur Erzielung opti

maler Betriebsverhältnisse verändert werden kann,

z. B. für die Konstanthaltung der Wickelgut-Lauf geschwindigkeit in Anwendung auf eine Wickel-

Die Erfindung betrifft ein Drehmoment-Regel- 45 / _{die Erfind Gebrauch von einem}

system fur em Arbertsgerat, wie es im Oberbegr.ff UaDe₁ mac t ^ ^ ^₅₇₉ ^^^

%f5 is?^Γ Arbeitsgerät, Vorzugs- Reibkugel-Reguliergetriebe ^^^^

nm Aufwickeln eines Ban- von deren momentaner Schwenkstellung die Dreh-

ZTS^SSSrIZa ^^^^U ₅o zahl der Abtriebswel.e bei unveränderter Antriebsaber auch für einen Mischer oder ein Rührwerk ge- drehzahl in eindeutiger funkuoneller Bez. hung eignet. Bei derartigen Arbeitsgeräten ergibt sich oft, abhangt Die Schwenkstellung_ dieser Rollenverstelldaß sich das Reaktionsdrehmoment im Laufe eines räder laßt sich durch Verdrehen oder ax.ales Ver-Arbeitsganges bzw. während der Arbeitszeit verän- schieben einer Regulienvelle oder -stange d_ie ζ B. dert und daß deshalb die wirksame Antriebsdrehzahl 55 koaxial in der Abtnebswelle gelagert sein kann, des Antriebsmotor zur Einhaltung eines vorgegebe- stufenlos und praktisch leistungslos verandern nen Sollwertes des Drehmomentes nach vorgegebe- Erfindungsgemaß ist ein Drehmoment-Regelsystem nen Voraussetzungen geregelt werden müßte, so daß für ein Arbeitsgerät nach dem Oberbegriff des Iaz B. bei Wickeltrommeln die Aufwicklung des Wik- tentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, wie dies im kelgutes stets mit optimaler Zugkraft und/oder vor- ⁶° Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben ist bestimmter Lineargeschwindigkeit, unabhängig vom Auf diese Weise ergibt sich eine dreifache, tommomentanen Wickelradius, erfolgen könnte. pakte Bauweise für den Erfindungsgegenstand, indem Aus der deutschen Auslegeschrift 10 02 856 ist ein in Form einer Schraubenfederschleppkupplung zwi-Drehrnoment-Regelsystem einer Antriebsvorrichtung sehen der Antriebsvorrichtung und dem Arbeitsgerät für das Aufwickeln von Kabeln und Leitungen be- <>5 unter Übertragung des sich im Betneb unter Wirkannt. Dieses Drehmoment-Regelsystem hat beispiels- kung des Reaktionsdrehmomentes ergebenden Verweise einen Motor und ein unmittelbar hinter dem drehungswinkels der Schraubenfeder in vorbe-Motor liegendes stufenlos regelbares Übersetzungs- summier funktioneller Abhängigkeit, die durch die

Federcharakteristik einerseits und den Steigungsverijuf des Schraubentriebes andererseits gegeben ist, _Zur Antriebsvorrichtung eine Stellgröße für die wirksame Antriebsdrehzahl des Arbeitsgerätes und damit indirekt für das resultierende Reaktionsdrehmoment »beitragen wird. In Anpassung an die besonderen Aufgaben des Arbeitsgerätes kaiui dabei durch Wahl Agt Federcharakteristik und/oder des Steigungsverlaufs des rückführenden Schraubentriebes, d. h. durch einfache Maßnahmen, eine Total-Optimierung der Betriebscharakteristik des ganzen Drehmoment-Regelsystems erreicht werden. Zur besonderen Erleichterung einer solchen Optimierung kann dabei zusätzlich vorgesehen sein, daß zwischen der Schraubenfeder und der Reguliergetriebe-Abtriebswelle ein koaxialer Rotationskörper eingesetzt ist, dessen Außendurchmesser sich in Axialrichtung stetig ändert und an welchem beim fortschreitenden Spannen der Schraubenfeder deren Windungen aufeinanderfolgend anzuliegen kommen. * _ao

Weitere Erläuterungen zum besseren Verständnis der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen gegeben.

F i g. 1 zeigt ein Funktionsschema eines Drehmornent-Regelsystems mit einer bekannten Drehmomentwaage, die jedoch ein Differentialgetriebe hat. Dieses Differentialgetriebe ist lediglich schematisch angedeutet;

Fig. 2 zeigt ebenfalls mit einem Differentialgetriebe arbeitende Variante einer Drehmomentwaage nach Fig. 1;

F i g. 3 zeigt einen Längsschnitt durch eine bei der Erfindung verwendete Drehmomentwaage mit einer vorteilhafterweise axial angeordneten Regulierstange zur Drehzahl regulierenden Verstellung des Reguliergetriebes;

Fig. 4 zeigt eine Weiterbildung der Drehmoment waage nach Fig. 3;

Fig. 5 zeigt Zeitfunktionen des Reaktionsdrehmoments M(O und der Drehzahl n(t);

Fig. 6 zeigt Funktionspaare «(α), Λί(α); η(α)\ MW', und n(oc)", M(a)" je in Abhängigkeit vom Verstellwinkel a der Drehmomentwaage.

Gemäß Fig. 1 ist mit 1 ein Arbeitsgerät bezeichnet, das von einer Antriebswelle 10 angetrieben wird, wobei das Reaktionsdrehmoment Mr an der Antriebswelle 10 bei konstanter Antriebsdrehzahl η zeitlich veränderlich ist. Gemäß Zeichnung ist vorgesehen, daß das Arbeitsgerät 1 eine Wickeltrommel 11 ist, die zur Aufwicklung eines Bandes 12 oder eines andere« flexiblen Gebildes bestimmt ist. Als Antriebsvorrichtung 2 dient ein mit konstanter Drehzahl betriebener Elektromotor 21, dessen Abtriebswelle 22 ein Reibkugelreguliergetriebe 23, z. B. gemäß CH-PS 2 16 762, antreibt. Eine Regulierwelle 24 bestimmt durch ihre momentane Drehstellung α die momentane Drehzahl /i(a) der Abtriebswelle 20 des Reguliergetriebes 23 bzw. der Antriebsvorrichtung 2.

Die Drehungen der Welle 20 werden über ein Differentialgetriebe 3 auf die Antriebswelle 10 des Ar- 6·> beitsgerätes übertragen. Die Differentialwelle 30 dieses Differentialgetriebes 3 ist über ein Winkelgetriebe 31 mil einer Zwischenwelle 32 und über ein Winkelgetriebe 33 mit der Regulierwelle 24 drehstarr verbunden. Die Differentialwelle 30 ist mit dem einen Ende einer Torsionsfeder 34 verbunden, deren anderes Ende bei 35 an einem gerätefesten Teil befestiet ist.

Gemäß der Variante nach F i g. 2 sitzt, z. B. auf der Zwischenwelle 32, eine Kurbelscheibe 4, an welcher bei 40 ein Zugseil 41 befestigt ist, an dessen anderen Ende ein Gewicht 42 hängt. Das Gewicht 42 kann auch als druckbeauhchlagter Kolben in einem P.uidurnzyündcr 43 ausgebildet sein.

Sowohl die Torsionsfeder 34 gemäß F i g. 1 als auch die über das Zugseil 41 belastete Kurbelscheibe gemäß F i g. 2 wirken als Drehmomenterzeuger, d. h., sie sind in der Lage auf die Difierentialwelle 30 ein Drehmoment zu übertragen, dem das Reaktionsdrehmoment Mr an der Antriebswelle 10 des Arbeitsgeräts 1 entgegenwirkt.

Solange das von der Torsionsfeder 34 bzw. der Kurbelscheibe 4 an der Welle 39 in Abhängigkeit von dessen Drehstellung <* erzeugte Drehmoment M(«) nicht gleich groß ist, wie das an der Welle 10 von der angetriebenen Wicklungstrommel 11 erzeugte Reaktionsdrehmoment Mr, wird die Welle 30 entsprechend verdreht, bis Gleichgewicht erreicht wird. Die dazu erforderliche Veränderung des Einstellwinkels a der Wellen 30, 32, 24 erzeugt gleichzeitig eine entsprechende Veränderung der Drehzahlen η der Wellen 20 und 10. Die Wellen 20 und 10 sind also gemäß den Fig. 1 und 2 miteinander über eine Drehmomentwaage gekuppelt, die bei Veränderung des Reaklionsdrehmoments Mr an der Antriebswelle 10 des Arbeitsgeräts 1 entsprechend verstellt wird, und diese Verstellbewegung Aa der Drehmomentwaage wird auf die Regulierwelle 24 und die Antriebsvorrichtung 2 übertragen, so daß deren Drehzahl π entsprechend verändert wird.

Es sind dabei folgende Beziehungen zu benutzen:

R = momentaner Wickelradius an der Wickeltrommel 11,

V = Umfangsgeschwindigkeit am Radius R — lineare Bandgeschwindigkeit, vorbestimmt,

P — Zugkraft am Band 12, vorbestimmt, Mr = P· R = Reaktionsdrehmoment, η = Drehzahl der Wellen 10 und 20

V V-J^ J_

2π R 2π Mr

V-P 1

Mr = · —

2π η

η (a) — F₁ (λ) = Drehzahl-Regelcharakteristik der Antriebsvorrichtung 2 in Abhängigkeit vom Einstellwinkel a der Regulierwelle 24.

M (α) = F., (λ) -· Kompensationsdrehmoment an der Drehmomentwaage in Anhängigkeit vom Einstellwinkel λ der Wellen 30, 32, 24.

Dementsprechend muß folgende Bedingung erfüllt werden:

V- P
/1 (a) · M (<*) = — = Konstant.

2π

An einer Wickeltrommel 11 gemäß F i g. 1 nimmt bei gleichbleibender Zugkraft das Reaktionsdrehmo-

nent Mr-P-R im Laufe der Betriebszeit ι zu, z. B. gemäß der Linie M(f) in F i g. 5.

Dementsprechend muß die Drehzahl gemäß der Linie n(<) in reziproker Beziehung abnehmen.

Bei Reibkugelreguliergetrieben nimmt aber eher die Abtriebsdrehzahl n{n) in etwa linearer Beziehung zum Verstellwinkel * der Regulierwelle 24 ab (s. ausgezogene Linie«(*) in Fig. 6). Demgemäß muß das Kompensationsdrehmoment M(ct) an der Drehmomentwaage in Abhängigkeit von demselben Winkel * etwa nach der ausgezogenen Linie M(<\) zunehmen.

Mit einer Kurbelscheibe 4 gemäß F i g. 2 als Erzeuger des Kompensationsdrehmoments M(a) läßt sich diese Bedingung durch entsprechenden Verlauf des Scheibenradius

_r(«) = _*iM. (p = Zugkraft des Gewichts 42)

ohne Schwierigkeit erfüllen. Mit Torsionsfedern ist das nicht so einfach, weil sie meistens eine lineare Federcharakteristik haben.

Die Drehmomentwaagen nach den F i g. 3 und 4 sind geeignet, solche Probleme zu lösen. Es wird gemäß diesen Fig. 3 und 4 vorausgesetzt, daß bei einem Reibkugel-Reguliergetriebe koaxial im Innern seiner Abtriebswelle 20' eine Regulierstange 5 längsverschiebbar gelagert sei und daß die Abtriebsdrehzahl der Welle 20' etwa linear von der Momentan stellung dieser Regulierstange S abhänge.

Dann kann gemäß den F i g. 3 und 4 die Abtriebswelle20' mit einer axialen Sackbohrung versehen werden, in welcher ein Zylinderansatz 10' der Welle 10 drehbar gelagert ist. Die Regulierstange 5 ist mit einem Zylinderansatz 50 versehen, der in eine Sackbohrung der Welle 10 hineingeführt ist und eine Schraubennut Sl mit progressiver Steigung aufweist, in welche ein Stift 200 der Welle 10 eingreift.

Die Wellen 20' und 10 sird durch eine Schraubenfeder 52 als elastisches Mitnehmerorgan gekuppelt. Eine Hülse 53 umschließt dieses Feder 52. Jede gegenseitige Verdrehung» der Wellen 10 und 20' bewirkt eine entsprechende Linearverstellung der Regulierstange 5 in Abhängigkeit von der örtlichen Steigung der Schraubennut 51. Gemäß Fig. 3 ändert sich das von der Schraubenfeder 52 erzeugte KompensationsdrchmomentM(a) in Abhängigkeit von der relativen Winkelvcrstellung α der beiden Wellen 10, 20' linear, so daß allein durch die progressive Stei-

»5 gung der Schraubennut 51 die entsprechende Abhängigkeit der Drehzahlveränderung erreicht werden muß. Gemäß F i g. 4 ist zwischen der Welle 20' und der Schraubenfeder 52 ein Trägerkörper 54 eingesetzt, dessen Außendurchmesser nach vorbestimmten Profil abnimmt. Es kommen also beim Spannen der Feder 52 bzw. beim Verdrehen der Wellen 10, 20' nacheinander mehr Federwindungen zum Aufsitzen auf dem Trägerkörper, so daß die Federkraft progressiv zunimmt.

In F i g. 6 ist durch die strichpunktierten Linien «(λ)' und M(*)' dargestellt, wie etwa die Abhängigkeiten der Drehzahl n' (a) und des Kompensationsdrehmoments M(ύ) von Verstellwinkel λ in F i g. 4 gewählt werden können.

Mit der Vorrichtung nach Fig. 3 müßten gestrichelte Funktionskurven η" (λ) und M" (^) vorausgesetzt werden.

Auch die F i g. 3 und 4 zeigen also Drehmomentwaagen, die bei passender Bemessung der Steigung der Schraubcnnuten 51 die erfindungsgemäß gestellter. Bedingungen erfüllen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

ι % eetriebe Mittels einer Drehmomentwaage, die zwi- ^7 fchen diesem Antrieb und dem anzutreibenden Ar- Patentanspruche: SeSt eingefügt ist, erfolgt die Verstellung des r·· · a k*-tc ^teueroreans dieser bekannten Antriebsvorrichtung

1. Drehmoment-Regelsystem fur em Arbeit*- ^steu"°'f "·_ηεΓ Drehmomentregulierung über eine

gerät, umfassend ein durch stufenlose Verstellung 5 im Sinne einer u

eines beweglichen Steuerorgans auf eine dessen ^Dl™jfJSSe Drehmoment-Regelsystem bat eine

momentaner Einstellung entsprechende Abtriebs- "^„ZZntwaw mit einem Differentialgetriebe,

drehzahl stufenlos einstellbares, von einem Motor JJ^^STte Antriebsvorrichtung und dem Ar-

anzutreibendes übersetzungsgetriebe, das mit dem gs /wischen der ^ _{rende Einrjch}_

Arbeitsgerät über eine Drehmomentwaage gekup- « *££«««££ _{Dreninomentwaa}g_e eine Anordnung pelt ist, die dazu bestimmt und ausgebildet ist, mng■ ™ °£*£ _ZUr Bildung eines Kompensations-

bei eintretender Veränderung des Reaktionsdreh- Jj™^¹^ Anordnung ist seitlich heraus-

momentes des angetriebenen Arbeitsgerätes das dre^mentes Ln ^.^ ^ ^

Steuerorgan der Antriebsvorrichtung im Sinne geführt, d. h^sie g ^ ^^^ ^

einer Drehmoment-Regulierung über eine Dreh- 15 verbindung. zwirne*

zahl-Steuerung zu verstellen, dadurch ge- "ZL_0n daß das bekannte Drehmomentken η ζ e i c h η e t, daß als Übersetzungsgetriebe ^Α^⁶ J_m\™'_e^_{net istj} die Abtriebsdrehzahl ein an sich bekanntes mit konstanter Drehzahl ^8^J> J^ 8 E _einzustel_{len) daß ara} angetriebenes Reguliergetnebe (23) mn einem ^^Antn~or _{t vorbestimmteS) mverän}_ koaxial im Innern der Antriebswelle (20 zur ent- *o Arbe ^ts|^ ^_{nsdrehmoment entsteh}t, aber ohne zusprechenden Steuerung der Abtnetedrehzahl (n) JSfcteMaBnahmen _nicht dazu geeignet ist, die axial verschiebbaren Regulierstab (5) vorgesehen satziicne maüiiι*η Arbeitsgerätes in Ab ist und daß zur Bildung der Drehmomentwaage wirksame Antrieosdrehzahl des Arbei sge*au* ,Ab die Abtnebswelle (20) des Reguhergetnebes (23) hang^ken^on e»" Optimalisierungspro. mit der koaxial dazu orientierten Antriebswelle 25 beitsganges nacn v^B ρ _veäd