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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Galette oder einer Führungsrolle zur Fadenführung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei der Herstellung von synthetischen Fäden und bei der Bearbeitung von Fäden werden zur Führung einzelner oder mehrerer Fäden sogenannte Galetten oder Führungsrollen eingesetzt, die jeweils einen angetriebenen Führungsmantel aufweisen. Am Umfang des Führungsmantels wird ein oder mehrere Fäden mit einfacher oder mehrfacher Umschlingung geführt. So lassen sich beispielsweise frisch extrudierte Fäden mittels Galetten aus einer Spinneinrichtung abziehen und verstrecken. Aber auch in Textilmaschinen werden angetriebene Führungsrollen eingesetzt, um einen oder mehrere Fäden zwischen den einzelnen Behandlungsschritten zu führen. In Abhängigkeit vom jeweiligen Prozess müssen sehr hohe Fadenlaufgeschwindigkeiten im Bereich von 5.000 bis 6.000 m/min. realisiert werden, die in Abhängigkeit vom Durchmesser der Führungsmäntel sehr hohe Drehzahlen erfordern. Insbesondere der Antriebsstrang derartiger Galetten und Führungsrollen ist daher hohen Belastungen ausgesetzt. Daher ist es bekannt, den Antriebsstrang einer Galette oder einer Führungsrolle zu überwachen.
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Ein gattungsgemäßes Verfahren zur Überwachung einer Galette ist beispielsweise in der
WO 00/19586 beschrieben. Hierbei ist eine Überwachungseinrichtung vorgesehen, die neben der Lagertemperatur auch noch elektrische Größen wie z. B. einen Motorstrom erfasst und ggf. hieraus Warnsignale oder Abschaltsignale generiert.
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Im Stand der Technik ist es grundsätzlich bekannt, durch verschiedene Überwachungsstrategien mögliche Lagerschäden in Antriebssystemen zu erkennen. Die
EP 0 992 620 A1 offenbart ein Verfahren zur Überwachung einer Führungsrolle, bei welchem der Antriebswelle ein Schwingungssensor zugeordnet ist, um die Schwingungen der Antriebswelle zu erfassen. Derartige Schwingungsüberwachungen besitzen jedoch grundsätzlich den Nachteil, dass äußere Störgrößen die Überwachung maßgeblich beeinflussen können. Derartige Störeinflüsse können nur durch aufwändige Analyseverfahren, die Frequenzanalysen und Fourier-Transformationen erfordern vermieden werden, wie beispielsweise in der
DE 10 2004 050 897 A1 beschrieben.
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Ebenso ist es bekannt, eine Temperatur des Lagers fortlaufend zu überwachen, wie beispielsweise in der
DE 10 2005 004 862 A1 beschrieben ist. Da die Führungsmäntel der Galetten vorzugsweise zur thermischen Behandlung von Fäden eingesetzt werden, sind derartige Verfahren nur bedingt geeignet, um innerhalb einer Galetten einen Lagerschaden zu erkennen.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Überwachung einer Galette oder Führungsrolle der gattungsgemäßen Art zu schaffen, das speziell auf die Anforderungen eines Fadenherstellungsprozesses oder Fadenbearbeitungsprozesses angepasst ist.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, ein Verfahren zur Überwachung einer Galette oder einer Führungsrolle bereitzustellen, das den Neuzustand der Lagerung mit berücksichtigt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass vor einem Prozessbeginn der Führungsmantel ohne einen Faden auf eine Anfangsgeschwindigkeit beschleunigt wird, dass bei Erreichen der Anfahrgeschwindigkeit zumindest der Motorstrom und die Drehzahl des Elektromotor gemessen werden und das ein Ist-Leerlaufdrehmoment aus den Ist-Messwerten des Elektromotors ermittelt und überwacht wird.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.
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Die Erfindung besitzt den besonderen Vorteil, dass die zur Überwachung erforderlichen Messungen im wesentlichen außerhalb des normalen Betriebes der Galette oder Führungsrolle erfolgt. Hierbei nutzt der Erfinder die Erkenntnis, dass in einem Fadenherstellungsprozess oder einem Fadenbearbeitungsprozess es regelmäßig zu natürlichen Prozessunterbrechungen kommt. So müssen beispielsweise in einem Schmelzspinnprozess die zum Extrudieren eingesetzten Spinndüsen regelmäßig an den Unterseiten gereinigt werden. Diese Prozessunterbrechung lässt sich vorteilhaft nutzen, um direkt eine Überprüfung der Galette oder Führungsrolle vornehmen zu können. Zudem werden keine zusätzlichen Sensoren benötigt. Allein aus der Analyse des Leerlaufdrehmomentes lassen sich Rückschlüsse auf mögliche Lagerschäden ableiten.
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Für den Fall, dass bereits empirisch ermittelte zulässige Drehmomentgrenzwerte vorliegen, ist die Weiterbildung der Erfindung bevorzugt ausgeführt, bei welcher das Ist-Leerlaufdrehmoment des Elektromotors mit einem gespeicherten Drehmomentgrenzwert verglichen wird. Jedoch selbst wenn keine definierten Drehmomentgrenzwerte vorliegen, lässt sich aus den Ist-Leerlaufdrehmoment ein Referenzdrehmoment bilden, der beispielsweise den Neuzustand vor dem ersten Prozessbeginn definiert und als solchen gespeichert werden kann.
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Das zu Beginn der Lagerlebensdauer ermittelte Referenzdrehmoment des Elektromotors lässt sich weiterhin vorteilhaft dazu nutzen, um mit einem hinterlegten Toleranzbereich den Drehmomentgrenzwert festzulegen. Damit lassen sich individuelle, auf den Neuzustand der Lagerung angepasste Drehmomentgrenzwerte zur Überwachung generieren.
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Um mögliche Handlungen durch einen Operator auslösen zu können, ist die Verfahrensvariante vorgesehen, bei welcher bei einer unzulässigen Überschreitung des Drehmomentgrenzwertes durch das Ist-Leerlaufmoment ein Warnsignal erzeugt wird. Damit können vorteilhaft Totalausfälle vermieden werden. Eine rechtzeitige Auswechslung der Galette bzw. Führungsrolle ist möglich.
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Insbesondere bei einem erstmaligen Inbetriebnehmen einer Galette oder Führungsrolle ist die Verfahrensvariante vorteilhaft, bei welcher die Anfahrgeschwindigkeit des Führungsmantels mehrmals in mehreren Geschwindigkeitsstufen in unterschiedlichen Drehzahlen erzeugt wird, wobei zu jeder Geschwindigkeitsstufe die Leerlaufdrehmomente des Elektromotors ermittelt und gespeichert werden. Damit kann das Einlaufen der Lager bereits vor Prozessbeginn erfolgen und durch entsprechende Ist-Leerlaufdrehmomente des Elektromotors dokumentiert werden. Nach mehrmaligem Prozessstart können damit auch vorteilhaft drehzahlabhängige Verschleißerscheinungen erkannt werden.
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Daher werden die während der einzelnen Geschwindigkeitsstufen gemessenen Ist-Leerlaufdrehmomente des Elektromotors fortlaufend mit dem Drehmomentgrenzwert verglichen.
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Bei besonders hochtourigen Galetten und Führungsrollen ist die Verfahrensvariante besonders vorteilhaft, bei welcher eine Lagertemperatur des Lagers während einer Anfahrphase des Führungsmantels gemessen wird und bei welcher die Ist-Temperaturmesswerte mit einem Temperaturgrenzwert verglichen werden. Insoweit lassen sich zusätzliche Informationen des Lagerzustandes nutzen, um einen Verschleiß beurteilen zu können.
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Da der Temperaturanstieg im Lager beim Anfahren der Galette oder Führungsrolle bereits einen Hinweis auf einen möglichen Lagerschaden geben kann, ist die Verfahrensvariante vorgesehen, bei welcher aus den Ist-Temperaturmesswerten ein Temperaturverlauf während der Anfahrphase des Führungsmantels ermittelt, gespeichert oder mit einem bereits gespeicherten Temperaturverlauf verglichen wird. Ein überproportionaler Anstieg der Lagertemperatur könnte bereits auf mögliche Lagerschäden hindeuten.
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Auch hierbei lässt sich vorteilhaft bei Überschreitung des Temperaturgrenzwertes durch den Ist-Temperaturmesswert und/oder bei einer Überschreitung des gespeicherten Temperaturverlaufes ein Warnsignal erzeugen.
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Damit keine Fehldiagnosen zum unnötigen Austausch von Galetten und Führungsrollen führen, ist die Verfahrensvariante vorgesehen, bei welcher die Erzeugung des Warnsignals nur dann erfolgt, wenn parallel das Ist-Leerlaufdrehmoment des Elektromotors den Drehmomentgrenzwert überschreitet. Insoweit lassen sich eindeutig die Überschreitung des Drehmomentgrenzwertes und die Überschreitung des Temperaturgrenzwertes als Indiz eines Lagerschadens im Antriebsstrang der Galette nutzen.
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In Abhängigkeit von der Bauart und Baugröße der Galetten oder Führungsrollen kann die Anfahrgeschwindigkeit und/oder die Geschwindigkeitsstufen des Führungsmantels für unterschiedliche Zeitdauern eingestellt werden. Die Zeitdauer liegt bei den üblichen Galetten und Führungsrollen im Bereich von wenigen Sekunden bis hin zu wenigen Minuten. Damit sind keine aufwändigen und zeitintensiven Messungen zur Diagnose möglicher Lagerschäden erforderlich.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Überwachen einer Galette oder Führungsrolle zur Fadenführung wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele unter Bezug der beigefügten Figuren näher erläutert.
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Es stellen dar:
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1 schematisch eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels einer Führungsrolle
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2 schematisch ein Diagramm mit einem Ist-Leerlaufdrehmomentverlauf des Ausführungsbeispiels nach 1
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3 schematisch eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels einer Galette
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4 schematisch ein Diagramm eines Ist-Leerlaufdrehmomentverlaufes des Ausführungsbeispiels aus 3
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In 1 ist schematisch eine Querschnittsansicht einer Führungsrolle dargestellt, wie sie in einem Herstellungsprozess oder einem Verarbeitungsprozess für synthetische Fäden eingesetzt werden könnte. Das Ausführungsbeispiel einer Führungsrolle weist einen zylindrischen Führungsmantel 3 auf, der über eine innenliegende Nabe 5 am Umfang eines auskragenden Endes einer Antriebswelle 2 drehfest gehalten ist. Der zylindrische Führungsmantel 3 und die innenliegende Nabe 5 sind einteilig ausgebildet, wobei an den Stirnenden 12.1 und 12.2 des Führungsmantels 3 Ausdrehungen ausgebildet sind. Am freien Ende des Führungsmantels 3 ist ein Deckel 13 vorgesehen. Das gegenüberliegende Stirnende 12.1 des Führungsmantels 3 bildet mit einem Gehäuse 1 eine Spaltdichtung, wobei am Stirnende der Führungsmantel 3 einen umlaufenden Kragen aufweist.
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Die Antriebswelle 2 ist innerhalb des Gehäuses 1 durch mehrere Lager 6.1 und 6.2 drehbar gelagert. Das Gehäuse 1 weist hierzu eine mehrstufige Lagerbohrung 7 auf. In einem mittleren Abschnitt der Lagerbohrung 7 sind die Lager 6.1 und 6.2 zwischen der Antriebswelle 2 und dem Gehäuse 1 angeordnet. Die Antriebswelle 2 ist an dem Lagerende mit einem Elektromotor 4 gekoppelt. Der Elektromotor 4 ist in einem vergrößerten Abschnitt der Lagerbohrung 7 im Gehäuse 1 integriert.
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Der Elektromotor 4 ist über eine Versorgungsleitung 8 mit einem Steuergerät 9 gekoppelt. Das Steuergerät 9 ist mit einer Überwachungseinrichtung 10 verbunden, durch welchen Überwachungsprogramme dem Steuergerät 9 aufgegeben werden können. Die Überwachungseinrichtung 10 ist mit einer Bedienungsstation 11 verbunden. Die Verbindung zwischen der Überwachungseinrichtung 10 und der Bedienungsstation 11 kann über Signalleitungen wie dargestellt oder drahtlos erfolgen.
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Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Führungsrolle ist mit dem Gehäuse 1 üblicherweise an einem Gestell oder einem Träger innerhalb einer Textilmaschine oder einer Schmelzspinnanlage angeordnet. Am Umfang des Führungsmantels 3 lassen sich ein oder mehrere Fäden führen. Hierzu wird der Führungsmantel 3 durch den Elektromotor 4 mit einer Betriebsdrehzahl angetrieben. Der Elektromotor 4 wird über das Steuergerät 9 mit einer Betriebsfrequenz betrieben.
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Bevor der Herstellungsprozess und der Bearbeitungsprozess der Fäden beginnt, wird über die Überwachungseinrichtung 10 dem Steuergerät 9 ein Überwachungsprogramm aufgegeben, durch welches der Elektromotor auf eine Anfahrdrehzahl angetrieben wird. In diesem Fall liegt am Umfang des Führungsmantels 3 kein Faden an. Der Führungsmantel 3 wird somit ohne Last auf eine Anfahrgeschwindigkeit beschleunigt. Sobald die Anfahrgeschwindigkeit des Führungsmantels 3 erreicht ist, wird über das Überwachungsprogramm ein Motorstrom des Elektromotors 4 sowie die Drehzahl des Elektromotors 4 gemessen und der Überwachungseinrichtung 10 zugeführt. Innerhalb der Überwachungseinrichtung 10 werden die Messwerte des Elektromotors analysiert und zu einem Ist-Leerlaufdrehmoment berechnet. Das ermittelte Ist-Leerlaufdrehmoment des Elektromotors 4 wird wesentlich durch die Lagerreibungen der Lager 6.1 und 6.2 beeinflusst. Insoweit lässt sich der Zustand der Lager 6.1 und 6.2 anhand der Messwerte des Leerlaufdrehmomentes überwachen.
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In 2 ist schematisch ein Diagramm mit dem Verlauf eines Ist-Leerlaufdrehmomentes des Elektromotors 4 dargestellt. Das Leerlaufdrehmoment ist mit dem Bezugszeichen ML gekennzeichnet und auf der Ordinate aufgetragen. Die Abszisse stellt die Zeitachse t dar. Der zeitliche Verlauf des Ist-Leerlaufdrehmomentes ist schematisch dargestellt. Zunächst ist ein sehr steiler Anstieg des Leerlaufdrehmomentes zu erkennen, die die Beschleunigungsphase des Elektromotors 4 wiedergibt. Nachdem die Anfahrdrehzahl und somit die Anfahrgeschwindigkeit des Führungsmantels 3 erreicht ist, stellt sich ein konstanter Wert des Leerlaufdrehmomentes ein. Der Ist-Wert bleibt bei unveränderter Geschwindigkeit und gleichbleibender Antriebssituation im wesentlichen konstant. Der Ist-Wert des Leerlaufdrehmomentes wird mit einem Drehmomentgrenzwert verglichen. Der Drehmomentgrenzwert ist beispielhaft durch eine gestrichelte Linie in dem Diagramm dargestellt und mit dem Bezugszeichen MG gekennzeichnet. Hierbei kann der Drehmomentgrenzwert zuvor aus empirischen Versuchen ermittelt und innerhalb der Überwachungseinrichtung als gespeicherter Wert hinterlegt werden. Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Ist-Wert des Leerlaufdrehmomentes des Elektromotors 4 als ein Referenzdrehmoment innerhalb der Überwachungseinrichtung zu speichern. Durch hinterlegte Operationen oder durch manuell eingeleitete Rechenoperationen lässt sich das Referenzdrehmoment, der beispielsweise bei einem ersten Anfahren der Führungsrolle ermittelt wurde, zu einem Drehmomentgrenzwert umwandeln. Hierbei werden Toleranzbereiche des Leerlaufdrehmomentes berücksichtigt, so dass bei der Überwachung individuelle der jeweiligen Führungsrolle angepassten Drehmomentengrenzwerte für die Leerlaufdrehmomentenüberwachung zur Verfügung stehen.
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Für den Fall, dass bei der Leerlaufdrehmomentüberwachung der Führungsrolle eine Überschreitung des Drehmomentgrenzwertes durch das Ist-Leerlaufdrehmomentes festgestellt wird, lässt sich durch die Überwachungseinrichtung 10 ein Warnsignal erzeugen. Dieses Warnsignal kann beispielsweise in der Bedienungsstation 11 gegenüber einem Operator visualisiert werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, das Warnsignal durch separate Signalgeber als ein Akustiksignal oder als ein Leuchtsignal zu erzeugen. Wesentlich hierbei ist, dass eine Kontrolle oder auch ein Austausch der Führungsrolle eingeleitet wird.
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Insbesondere bei Galetten ist es bekannt, dass während des Betriebes eine Lagertemperatur überwacht wird. Einerseits ist eine Überhitzung der Lager ungewünscht und andererseits können zu große Temperaturdifferenzen am Lager zu erhöhtem Verschleiß führen. Um beim Anfahren einer Galette die Lagertemperatur und insbesondere den Anstieg der Lagertemperatur berücksichtigen zu können, ist in 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Galette gezeigt. Das schematisch in einer Querschnittsansicht dargestellte Ausführungsbeispiel der Galette weist einen topfförmigen Führungsmantel 3 auf, der am Ende einer Antriebswelle 2 drehfest befestigt ist. Der Führungsmantel 3 ist über einen auskragenden Spulenhalter 14 gestülpt. Der Spulenhalter 14 ist an einem Lagerträger 15 gehalten. Der Lagerträger 15 und der Spulenhalter 14 sind hohlzylindrisch ausgebildet. Innerhalb des Lagerträgers 15 und des Spulenhalters 14 ist die Antriebswelle 2 drehbar über mehrere Lager 6.1 und 6.2 gelagert. Die Antriebswelle 2 durchdringt den Lagerträger 15 und den Spulenhalter 15 und ist an einem Antriebsende mit einem Elektromotor 4 verbunden.
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Am Umfang des auskragenden Spulenhalters 14 ist eine Heizspule 16 gehalten. Die Heizspule 16 ist konzentrisch zu dem Führungsmantel 3 angeordnet, der mit geringem Abstand zur Heizspule 16 geführt ist. Die Heizspule 16 ist mit einer hier nicht dargestellten Heizsteuerung gekoppelt. Durch die Heizspule 16 lassen sich Ströme induzieren, die zu einer Erwärmung des Führungsmantels 3 führen.
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Innerhalb des Lagerträgers 15 und des Spulenhalters 14 ist dem Lager 6.1 ein Temperatursensor 17 zugeordnet. Der Temperatursensor 17 ist mit einer Überwachungseinrichtung 10 verbunden, die mit einer Bedienungsstation 11 gekoppelt ist. Die Überwachungseinrichtung 10 ist parallel mit einem Steuergerät 9 verbunden, das die Versorgung und Steuerung des Elektromotors 4 ausführt. Die Überwachungseinrichtung 10 und das Steuergerät 9 wirken entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach 1 zusammen, um anhand von Überwachungsprogrammen ein Leerlaufdrehmoment vor einem Prozessbeginn an der Galette zu erfassen. Hierzu wird der Führungsmantel 3 auf eine Anfahrgeschwindigkeit durch den Elektromotor 4 beschleunigt. Sobald der Führungsmantel 3 die vorgesehene Anfahrgeschwindigkeit erreicht hat, wird aus den Motordaten des Elektromotors 4 das Ist-Leerlaufdrehmoment ermittelt. Während der Anfahrphase werden über den Temperatursensor 17 fortlaufend Temperatursignale der Überwachungseinrichtung 10 aufgegeben. Insoweit ist ein Temperaturanstieg der Lagertemperatur feststellbar, der beispielsweise mit einem hinterlegten Temperaturverlauf oder mit Temperaturgrenzwerten verglichen wird. Sollten sich bereits bei der Temperaturüberwachung unzulässige Überschreitungen von Temperaturgrenzwerten oder Temperaturgrenzwertverläufen feststellen, lässt sich unabhängig von der Leerlaufdrehmomentüberwachung ein Warnsignal erzeugen. Grundsätzlich werden jedoch bevorzugt nur dann Warnsignale an den Operator weitergegeben, wenn sowohl eine Überschreitung eines Drehmomentgrenzwertes und eine Überschreitung eines Temperaturgrenzwertes festgestellt werden.
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Insbesondere bei fettgeschmierten Wälzlagern ist bei einer Inbetriebnahme ein Einlaufverhalten zu berücksichtigen, das sich unmittelbar auf eine Messung des Ist-Leerlaufdrehmomentes auswirkt. Um derartige Einlaufphänomene zu berücksichtigen, ist in 4 eine Anfahrphase ohne Last der Galette anhand eines Verlaufes des Leerlaufdrehmomentes und der Drehzahl des Elektromotors dargestellt. In der oberen Bildhälfte der 4 sind Messwerte des Ist-Leerlaufdrehmomentes ML über eine Zeitachse t und in dem unteren Diagramm die Anfahrdrehzahl n des Elektromotors über der Zeitachse t dargestellt. Hierbei werden die Anfahrgeschwindigkeiten in mehreren Geschwindigkeitsstufen I bis IV eingestellt. Die Drehzahlen der einzelnen Geschwindigkeitsstufen I bis IV werden mit zunehmender Zeitdauer tA1 bis tA5 erhöht. Während jeder Geschwindigkeitsstufe I bis IV ist die Drehzahl n konstant, so dass in der Phase das Ist-Leerlaufdrehmoment der Galette gemessen wird. Die Verläufe des Leerlaufdrehmomentes ML zeigen, dass während einer der Geschwindigkeitsstufen I bis IV das Leerlaufdrehmoment ML der Galette im wesentlichen konstant ist.
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Im Vergleich zu den einzelnen Geschwindigkeitsstufen I bis IV fällt jedoch auf, dass das Leerlaufdrehmoment ML nach einer Einlaufphase sich leicht verringert. Diese am Ende der Anfahrphase ermittelten Ist-Leerlaufdrehmomente können somit ein Referenzdrehmoment MR bilden, das für den Betrieb und für die Grenzwertbildung maßgeblich ist.
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Die in den 2 und 4 dargestellten Verläufe des Leerlaufdrehmomentes werden üblicherweise bei der Überwachung einer Führungsrolle oder einer Galette nicht visualisiert. Die Überwachungsprogramme, die über die Überwachungseinrichtung initiiert werden, laufen selbsttätig ohne zusätzliche Steuerungshilfen ab. Die Überwachungseinrichtung und das Steuergerät bilden dabei bevorzugt eine Elektronikeinheit, die unmittelbar der Führungsrolle oder Galette zugeordnet ist. Die Bedienungsstation 11 ist bevorzugt in der Maschinensteuerung integriert, die den gesamten Fahrprozess steuert. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, dass die Überwachungseinrichtung einer Prozesssteuerung zugeordnet ist, die sich wahlweise mit den Steuergeräten der Führungsrollen und Galetten verbindet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 00/19586 [0003]
- EP 0992620 A1 [0004]
- DE 102004050897 A1 [0004]
- DE 102005004862 A1 [0005]
