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Vorrichtung zur Aufrechterhaltung der Zugspannung (Zusatz zu Pat.Anm.
P 21 14 680.5) Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufrechterhaltung der
Zugspannung im band- und drahtförmigen, die Strecke zwischen zwei Transportrollen
durchlaufenden Material, unter Rekuperation der Bremsenergie, wobei nach Patent
.............. (Patentanm.
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P 21 14 680.5) mit der, in Laufrichtung gesehen, ersten Transportrolle
eine hydrostatische Pumpe verbunden ist, deren Oelstrom einen mit der zweiten Transportrolle
verbundenen hydrostatischen Motor mit kontrolliertem Druck beaufschlagt.
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In drei Ausführungsbeispielen wurden dort an sich bekannte Einrichtungen
- Überdruckventil, Kontaktmanometer, Nullhubpumpe -verwendet, mit deren Hilfe der
Oeldruck unmittelbar kontrolliert und entweder konstant gehalten oder in ein zum
Rollendurchmesser proportionales Verhältnis gebracht wird.
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Bei einer solchen unmittelbaren Kontrolle ist der Oeldruck die primäre
Größe, aus welcher dann über die Drehmomentbildung in den hydrostatischen Einheiten
die Zugspannung im Material resultiert und berechnet werden kann. Selbst gemessen
oder geregelt wird sie aber nicht. Ergibt sie eine nennenswerte Kraft,
der
gegenüber die Reibungswiderstände in der Pumpe unbedeutend sind, so ist ein solches
Verfahren angezeigt, weil es einfach und preisgünstig ist.
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Immerhin besteht eine annähernd proportionale Beziehung zwischen Bandzug
und öldruck. Die Abweichung von der Proportionalität ist aber umso größer, je kleiner
der Bandzug wird, weil ja ein fester Wert, der von ihm vorerst zur Deckung aller
Reibungsverluste abgezogen werden muß, einen immer größeren Teil seiner selbst ausmacht
und ein stets kleinerer Teil für die Rekuperation übrig bleibt. Schließlich ist
nichts mehr zu rekuperieren und der öldruck muß Null werden. Der Bandzug ist aber
trotzdem vorhanden, nur wird er durch die Reibungsverluste voll aufgebraucht. Der
Bandzug kann somit kaum mehr mit Hilfe des bldruckes bestimmt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Öldruck so zu kontrollieren, daß
beliebig feineBandzüge eingestellt und aufrechterhalten werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine mittelbare Druckkontrolle
über einen Zugspannungs-Regelkreis, bei welchem sich der jeweils für die Aufrechterhaltung
der Zugspannung erforderliche öldruck selbsttätig einstellt.
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Eine weitere Ausbildung der Erfindung sieht einen geschlossenen blkreislauf
vor, bei welchem auch der zum hydraulischen Hilfsantrieb der ersten Transportrolle
in der Rückleitung aufzubringende bldruck kontrolliert wird.
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Zwei Ausführungsbeispiele einer solchen Vorrichtung sind in den Zeichnungen
schematisch darstellt, und zwar zeigen Fig. 1 einen elektrischen Zugspannungs-Regelkreis
und Fig. 2 einen mechanisch-hydraulischen Zugspannungs-Regelkreis.
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Mit den Bezugszahlen 1 bis 10, 13 und 14 sind die gleichen Anlageteile
bezeichnet
wie im Hauptpatent. So wird auch hier in der durch Pfeile gekennzeichneten Bewegungsrichtung,
also von links nach rechts in der Zeichnung, zuerst die Transportrolle 1 und dann
die Transportrolle 2, vom band- oder drahtförmigen Material 3 umlaufen.
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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.
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Die rechte Seite der Pumpe und die linke Seite des Motors sind über
eine Druckleitung 6 miteinander verbunden. Der in dieser Leitung herrschende Druck
kann durch das Manometer 7 kontrolliert werden. 8 ist ein bl-Vorratsberhälter, 9
eine Zahradpumpe und 10 ein einstellbares Überdruckventil, welches den Aufbau eines
definierten Öldruckes in der Leitung 6 ermöglicht. 13 ist eine Stelleinrichtung
und 14 ein Elektromotor, der direkt mit der Rolle 2 verbunden ist.
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Es sind geschlossene blkreisläufe dargestellt: neben der ölleitung
6, über die das Cl von der Pumpe 4 zum Motor 5 fließt, ist hier noch die Leitung
36 vorhanden, um das öl vom Motor wieder zur Pumpe zurllckzuführen. Zur Messung
des Druckes auch in dieser Leitung dient ein weiteres Manometer 19. Die erste Transportrolle
1 kann entweder einen festen Durchmesser haben oder sie kann auch ein im Durchmesser
stets kleiner werdender Abwickelballen sein, wie er strichliert dargestellt ist.
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Zwischen den beiden Transportrollen 1 und 2 ist eine Zugmess-Station
eingebaut, deren bewegliche Messwalze 20 unter dem Einfluß der Zugspannung im Bande
3 mehr oder weniger auf ein Steuerglied einwirkt.
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(emSß Fig. 1 ist dieses Steuerglied ein elektrischer Geber 21,
bestehend
beispielsweise aus einem kleinen Differential-Transformator mit urzem Hub und einem
elektronischen Speisegerät.
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Das Ausgangssignal dieses Gerätes wird als der dem Bandzug proportionaler
Istwert am Eingang 22 des Verstärkers 23 mit dem vom Potentiometer 35 kommenden
Sollwert verglichen. Der Verstärker 23 beaufschlagt die Magnetspule 24 eines Servoventiis
25 mit einem der t Abweichung proportionalem Stroms wodurch dem Stellzylinder 26
in eine der durch seinen Kolben gebildeten Kammern Öl zugeführt wird. Dieses tSl
wird durch.eine zweite Zahnradpumpe 27 geliefert, wobei der Druck durch das Ventil
28 eingestellt waren kann. Durch die Beaufschlagung der einen oder der anderen Kolbenseite
des Zylinders 26 wird das Fördertolumen der Pumpe 4 über ihre Stelleinrichtung 13
verändert.
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Angenómment der gemessene Istwert des Bandzug wäre großer als der
Sollwert. Dann erfolgt die Pumpenverstellung im Sinne der Verkleinerung des Fördervolumens.
Dies hat aber bei der unveränderten Drehzahl zur Folge daß weniger tSl durch die
Leitung 6 zum Motor gefördert wird und daß der am Manometer 7 angezeigte Druck fällt.
Wäre der Sollwert großer als der Istwert, so würde der Druck ansteigen. Wie ersichtlich,
erfolgt hier die Druckkontrolle mittelbar, also auf indirektem Wege.
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Wenn der Antriebsmotor 14, der hier als Gleichstrom-Nebenschlußmotor
dargestellt ist auf eine höhere Drehzahl gebracht wird, so muß daß Materialband
3 nicht nur die Pumpe 4 antreiben, sonderen auch die Transportrolle 1 beschlcunigen.
Ist@ deren MaSse und auch die Beschleunigung groß kann es tei:tht vorkommen daß
selbst beim öldruck gleich Null am Manometer 7 der Sollzug im Material 3 nicht ausreicht,
um die zusätzliche Beschleunigungsarbeit aufzubringen.
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Dann wird die Pumpe 4 ganz automatisch auf eine noch geringere Fördermenge
verstellt so daß der Motor 5 das in der Leitung 6 fehlende Öl über das obere Rückschlagventil
37 nachsaugen muß.
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Dadurch baut sich sofort ein Druck in der RUckleitung 36 auf,
ablesbar
am Manometer 19. Das bedeutet aber nichts anderes, als daß der Motor 5 zur Pumpe
und die Pumpe 4 zum Motor geworden sind. Dank dem geschlossenen blkreislauf wird
die schwere Transportrolle l auf diesem Wege beschleunigt bzw. angetrieben, ohne
das Materialband 3 zusätzlich zu belasten. Um diese Funktion zu erreichen, darf
die Pumpe 9 keinen Druck in der ölleitung 6 erzeugen. In der gezeichneten Stellung
des Ventils 29 tut sie es auch nicht.
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Nach Ablauf der Beschleunigungsperiode wird der Druck in der Leitung
36 abgebaut und in der Leitung 6 wieder aufgebaut. Ein ähnlicher Vorgang kann sich
abspielent wenn beim schwachen Bandzug der Durchmesser des Abwickelballens 1 klein
geworden ist, weil dann das Drehmoment zum Durchdrehen der Pumpe nicht mehr ausreicht.
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Der Druckübergang von einem Manometer auf das andere ist gleichzusetzen
mit einer Anderung des Vorzeichens. Am Manometer 7 werden also positive und am Manometer
19 negative Drücke abgelesen, wobei die ersten den Bremsbetrieb mit Energie-Rekuperation
und die zweiten den zusätzlichen hydraulischen Antrieb der Einheit 4, die dann als
Motor arbeitet, signalisieren.
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Die Rekuperation der vom Bandzug auf die Transportrolle l übertragenenen
Energie findet weder beim Auftreten negativer Drücke noch dann statt, wenn die Zeiger
beider Manometer 7 bzw. 19 auf Null stehen, weil sich dann diese Energie an der
Überwindung von Verlusten oder an der Beschleunigungsarbeit beteiligt.
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Der am Manometer 7 ablesbare Druck ist also ein Mass für das rekuperierbare
Bremsmoment und der am Manometer 19 ablesbare ein Mass für das vom ELektromotor
14 ausgebortt;e Moment, um am Durchdrehen der Transportrolle l sowie der hydraulischen
Einheit 4 mitzuhelfen.
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Wie im Hauptpatent, so auch hier dient die Zahnradpumpe 9 dazu, den
Bandzug bereits im Stillstand der Maschine aufzubauen. Dabei wird das Magnetventil
29 erregt, wodurch das von der Pumpe 9 gelieferte t5l unter dem am Ventil 10 eingestellten
Druck in die Leitung 6. gelangt und infolge einer geringen Linksdrehung der Hydroeinheit
4 das Materialband 3 spannt.
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Sobald der Elektromotor 14 zu drehen beginnt, wird das Magnetventil
29 abgeschaltet und nimmt die in der Zeichnung dargestellte Position an. Jetzt fliesst
das Oel dem Ventil 30 zu, welches auf einen wesentlich kleineren Druck eingestellt
ist als das Ventil 10. Letzteres sperrt sofort den Abfluss in den Behälter 8, während
dieser Abfluss unter Entlastung der Pumpe 9 vom Ventil 30 übernommen wird. Die beiden
Rückschlagventile 37 stehen nun unter dem verhältnismäßig niedrigem Druck des Ventils
30 und geben den Weg frei in die Leitungen 6 bzw. 36, sobald dort der Druck unter
diesen Wert sinkt.
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Es handelt sich dabei um das übliche bei geschlossenen Oelkreisläufen
angewendete erfahren zwecks ständiger Erneuerung und Kühlung des umlaufenden Oeles.
Der Einsatz des oberen Rückschlag ventils 37 wurde bereits erwähnt bei der Beschreibung
des Druck überganges aus der Leitung 6 in die Leitung 36, d,h. von positiven Werten
auf negative.
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Die restlichen Ventile bilden die normale ausrüstung bei geschlossenen
Oelkreisläufen. Es sind dies: 2 Überdruck-Schutzventile 38 1 Umschalt-Wegeventil
39 l Spülventil 40.
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Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 erfolgt die Regelung des Bandzuges
auf mechanisch-hydraulischem Wege. Hier übt die Messwalze 20 der Zugmess-Station
unter dem Einfluss der im Material 3 herrschenden Zugspannung Uber den Hebel 31
eine nach unten gerichtete Kraft auf einen Stössel bzw. Kolben des Servo-Ventils
32 aus. Ihr entgegen wirkt auf diesen Kolben eine aufwärts gerichtete Kraft, herrührend
vom hydraulischen Druck, der als Sollwert mittels des Druckminderventils 33 stufenlos
zwischen Null unddem durch das Ventil 28 begrenzten Wert eingestellt werden kann.
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Der Soll-IStwertvergleich vollzieht sich hier also direkt im hydromechanischen
Servo-Ventil 32, das bei auftretenden Abweichungen "bzw. Differenzen zwischen den
beiden auf seinen Kolben e-s*wirkenden Kräften den Stellzylinder 26 funktionsmäßig
genauso
aussteuert, wie es im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 das elektromagnetische Servo-Ventil
25 getan hat.
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Wenn dort der Sollwert am Potentiometer 55 eingestellt und an seiner
Teilung abgelesen werden konnte, so wird er hier am Druckminderventil 33 eingestellt
und am Manometer 34 abgelesen.
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Im übrigen bleibt alles über daß Funktionieren der Anlage gesagte
unverändert bestehen.
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Würde ian Pumpe 4 und Motor 5 nicht im geschlossenen Oelkreislauf
betreiben sondern in einem offenen, wie ein solcher im Hauptpatent dargestellt ist,
dann könnten nur positive, in der Leitung 6 herrschende Oeldrücke kontrolliert werden
und die hydraulische Hilfe fär das Durchdrehen oder Beschleunigen der Transportrolle
1 wäre nicht vorhanden.