DE19833262A1

DE19833262A1 - Antriebssteuerung für Spinnmaschine

Info

Publication number: DE19833262A1
Application number: DE19833262A
Authority: DE
Inventors: Horst Wolf
Original assignee: Maschinenfabrik Rieter AG
Current assignee: Maschinenfabrik Rieter AG
Priority date: 1997-07-31
Filing date: 1998-07-23
Publication date: 1999-02-04
Anticipated expiration: 2018-07-24
Also published as: DE19833262B4; ITMI981590A1; ITMI981590A0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spinnmaschinenantrieb nach dem Oberbegriff des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs.

Eine gattungsgemäße Spinnmaschine mit einer Antriebssteuerung ist in der Deut schen Patentanmeldung DE 196 37 757.9 beschrieben, wonach aus einem Steuergerät Steuerfrequenzen sowohl für den Spindelantrieb als auch für die Streckwerkszylinder vorgegeben werden.

Üblicherweise werden Elektromotoren - Asynchronmotoren, Synchron- oder Reluk tanzmotoren - mit einem Strom variabler Frequenz n und Spannung U von Frequenz stellern oder Frequenzumrichtern so angesteuert, daß einerseits eine Maximalfre quenz und andererseits unabhängig davon eine bestimmte maximale Spannung oder Stromstärke nicht überschritten wird, damit der Motor nicht überlastet wird. Um eine Spinnmaschine, beispielsweise Ringspinnmaschine, für die Herstellung eines bestimm ten Produktes, insbesondere eines Garns mit einer vorgegebenen Stärke und Drehung, einzurichten, muß unter Umständen die Übersetzung im Antrieb geändert werden, damit der Motor nicht überlastet wird. Die verschiedenen Übersetzungsverhältnisse werden in der Praxis durch den Einbau von Riemenscheiben mit unterschiedlichen Durchmessern erreicht. Derartige Umrüstarbeiten verringern den Maschinennutzeffekt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Antriebssystem so auszulegen, daß mit einem einzigen Antriebsmotor mit variabler Leistung P, der eine Welle mit einstell barer Drehzahl N antreibt, ein möglichst großes Leistungsfeld P = f(N) bewältigt wer den kann, so daß mit wenigen Getriebeübersetzungen ein größeres Leistungsfeld abgedeckt werden kann, wozu bisher verschiedene Motoren und/oder zahlreiche Über setzungen nötig waren.

Diese Aufgabe wird mit einem Spinnmaschinenantrieb mit den Merkmalen des unab hängigen Vorrichtungsanspruchs gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteil hafte Weiterbildungen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Leistungsdiagramm P = f(N),

Fig. 1a ein Diagramm mit der Leistungskurve eines Motors (ausgezogene Linie) und eine Hüllkurve eines Leistungsfelds mit Maximalleistungen einer Maschine (gestrichelt),

Fig. 1b ein Drehmomentdiagramm M = f(N),

Fig. 2 ein Schema einer Antriebssteuerung.

Auf der Abszisse des Diagramms in Fig. 1 ist die Drehzahl N einer Welle aufgetragen, die für den Antrieb einer Arbeitsstelle oder von mehreren Arbeitsstellen der Spinnma schine dient. Die Ordinate steht für die Antriebsleistung P eines zugehörigen Elektro motors bzw. der vom Elektromotor abhängigen Spinnstellen.

Mit bezug auf die Fig. 1, 1a, 1b und 2 werden nachfolgend verschiedene Begriffe defi niert:
PE maximale Leistung eines Elektromotors bei einer bestimmten Drehzahl,
P1 Nennleistung eines Motors 5, beispielsweise 45 kW,
P2 Nennleistung eines stärkeren Motors 5, beispielsweise 55 kW,
P11 Leistung an der Welle 60 mit einem Motor der Leistung P1 und einem ersten Getriebe,
P12 Leistung an der Welle 60 mit einem Motor der Leistung P1 und einem zweiten Getriebe,
P13 Leistung an der Welle 60 mit einem Motor der Leistung P1 und einem dritten Getriebe,
PM Leistungsbedarf der Arbeitsstellen als Funktion der Drehzahl N,
PM Leistungsbedarf der Arbeitsstellen als Funktion der Drehzahl N,
PM0 Leistungsbedarf der Maschine bei Drehzahl NO, für mittleres Garn,
PG0 Leistungsbedarf einer Maschine bei der Herstellung von grobem Garn,
PF0 Leistungsbedarf einer Maschine bei der Herstellung von feinem Garn, jeweils bei maximal möglicher Leistung,
PM1 Leistungsbedarf der Maschine bei Betriebsdrehzahl N1 der Welle 60,
PM2 Leistungsbedarf der Maschine bei Betriebsdrehzahl N2 der Welle 60,
M Drehmoment des Motors bzw. Drehmomentbedarf der Spinnmaschine bzw. der betreffenden Baugruppen, bezogen auf die Antriebswelle für Spinnstellen,
ME Drehmoment des Elektromotors,
MG Drehmoment für grobes Garn,
MM Drehmoment für mittleres Garn,
MF Drehmoment für feines Garn, jeweils bei stationärem Lauf,
MB Beschleunigungsmoment (MB = ME-MM),
N11 Grenzdrehzahl der Spinnmaschinenwelle mit einem Leistungsbedarf PM und einer Motor-Getriebe-Kombination mit der Leistungskurve P12,
N12 Maximal erreichbare Drehzahl an der Welle 60 mit einem Motor der Maximallei stung P1 und einem Getriebe 6B.

Es wird angenommen, daß der Motor für eine Maximalleistung P1 = 45 kW ausgelegt ist. Mit verschiedenen Obersetzungen in einem Getriebe 6 zwischen dem Motor 5 und der Antriebswelle 60 gelingt es, Leistungskurven P11, P12, P13 zu fahren. Dabei wird vorausgesetzt, daß der Motor 5 bzw. die Antriebssteuerung 4, bevorzugt ein Frequen zumrichter oder Frequenzsteller, der den Motor 5 mit Energie versorgt bis zu einer maximalen Frequenz von 90 Hz betreibbar ist. Es wird weiter angenommen, daß der Leistungsbedarf an den Arbeitsstellen der Spinnmaschine über der Drehzahl N gemäß der Kurve PM verläuft, wenn ein bestimmtes Produkt hergestellt werden soll. Aus dem Diagramm in Fig. 1 geht hervor, daß der Betriebspunkt PM0 mit der Wellendrehzahl N0 mit keiner der drei Leistungskurven P11, P12 und P13 gefahren werden kann, da entweder die Drehzahl N0 oder die Leistung PM0 mit den gegebenen Übersetzungsver hältnissen nicht erreichbar ist. Es wäre möglich, mit einer weiteren Zwischenüberset zung eine Leistungskennlinie oberhalb der Linie PM bis zu einer Maximalleistung P1 zu erreichen, womit aber die Variantenzahl von Umbauteilen weiter erhöht würde. Um den Kunden nicht mit einer größeren Anzahl von verschiedenen einzubauenden Riemen scheiben zu belasten, würde man von vornherein einen stärkeren Antriebsmotor mit einer Maximalleistung P2 von beispielsweise 55 kW vorsehen, der die Leistungskennli nie P21 bei einem bestimmten Übersetzungsverhältnis aufweist. Mit einem derartigen Motor wäre ein größeres Spektrum im Diagramm P = f(N) überstreichbar, eingeschlos sen die Leistungskurve PM bis zu einer Leistung PM2 = P2.

Erfindungsgemäß wird nun die Antriebssteuerung 4 der Spinnmaschine so ausgelegt, daß die Frequenz des Wechselstroms, mit dem der Motor 5 angetrieben wird, auch über den Betrag von 90 Hz hinaus gesteigert werden kann. Dabei bleibt aber die maxi male Leistungsaufnahme des Motors auf den Betrag P1 von beispielsweise 45 kW be schränkt. Angenommen, die Speisefrequenz kann so weit gesteigert werden, daß die Welle 60 die Drehzahl N12 erreicht, kann die Motor-Getriebe-Kombination das gesamte Leistungsfeld P = f(N) unterhalb der Linien P11 und P1 bis zur Betriebsdrehzahl N12 abdecken. Um das Leistungskennfeld P = f(N) auch in dem Bereich oberhalb der Dreh zahl N12 bis zur maximalen Leistung P1 zu erschließen, muß ein anderes Getriebe vorgesehen werden, entsprechend der Leistungskurve P12 im Diagramm in Fig. 1. In diesem Fall erreicht die Motor-Getriebe-Kombination die Drehzahl N12 bzw. die Maxi malleistung P1 bei einer Speisefrequenz von 90 Hz, wobei wie erwähnt diese Speise frequenz weiter gesteigert werden kann, beispielsweise bis zum Erreichen der Be triebsdrehzahl N13 am Schnittpunkt der Linien P13 und P1.

In Fig. 1a ist nochmals die Maximalleistung PE eines Motors über der Drehzahl N auf gezeichnet, darunter eine Hüllkurve, welche die obere Begrenzungslinie des Leistungs feldes einer Spinnmaschine für verschiedene mögliche Artikel ist. Die Punkte PG0, PN0 und PF0 sind die Leistungswerte für ein grobes, ein mittleres und ein feines Garn, mit anderen Worten der Leistungsbedarf sämtlicher Spinnstellen für die Herstellung unter schiedlicher Garne.

Darunter sind in Fig. 1b Drehmomentverläufe M = f(N) eines Elektromotors sowie das Drehmoment MG, MM, MF der Spinnmaschine bezogen auf die Welle 60 über der Dreh zahl aufgezeichnet, wobei der Kurvenverlauf MG für ein grobes Garn, MM für ein mit telschweres und MF für ein feines Garn gilt. Aus Fig. 1b ist zu ersehen, daß für die Herstellung eines feines Garns das Drehmoment MF über der Drehzahl N deutlich un ter dem verfügbaren Drehmoment ME des Motors 5 bleibt. Dies bedeutet, daß für eine bestimmte Drehzahl N der Momentenüberschuß ME-MF wesentlich größer ist als der Überschuß ME-MG. Daraus folgt, daß bei der Herstellung eines feinen Garnes ein wesentlich größerer Anteil des Gesamtmomentes ME des Motors als Beschleuni gungsmoment MB für die Beschleunigung der Maschine verfügbar ist. Dies entspricht den Anforderungen, da eine Spinnmaschine bei der Herstellung feinen Garnes wesent lich schneller anlaufen muß, als bei der Herstellung eines groben Garnes. Damit wird deutlich, daß mit einem erfindungsgemäß ausgelegten Motor ein größeres Arti kelspektrum ohne Umstellarbeiten am Spinnmaschinenantrieb möglich wird.

Das Schaltschema gemäß Fig. 2 beinhaltet folgende Komponenten der Antriebssteue rung:

Die Antriebssteuerung 4 ist zwischen einem ersten Stromkreis 2 bzw. 10 und einem zweiten Stromkreis 30 angeordnet. Bevorzugt ist ein Gleichrichter 1 zwischen ein Wechselstromnetz 2 und ein Leistungsteil 3 der Antriebssteuerung 4 geschaltet. Dieses Leistungsteil 3 speist einen Wechselstromkreis 30 mit Strom variabler Frequenz ent sprechend einem Fahrprogramm für die Spinnmaschine. Der Elektromotor 5 ist über ein Getriebe 6 mit der Antriebswelle 60 verbunden, wobei sich je nach Getriebeüberset zung Leistungskurven P11, P12 und P13 in Fig. 1 ergeben. Die Welle 60 treibt Arbeits stellen 61, 62 usw. an, beispielsweise Spinnstellen einer Ringspinnmaschine.

In der Antriebssteuerung 4 ist eine Messeinrichtung 7 für die Spannung U und die Fre quenz n im Wechselstromkreis 30. Ein Eingabegerät 15 für die Antriebssteuerung 4 ist vorgesehen, mit dem beispielsweise die Sollfrequenz über der Zeit im Wechselstrom kreis 30 eingegeben wird. Das Leistungsteil 3 wird von einem Spannungssteuergerät 9 und einem Frequenzsteuergerät 11 kontrolliert, wobei diese Geräte so ausgelegt sind, daß die Spannung U und die Frequenz n im Wechselstromkreis 30 bis zum Erreichen eines Eckfrequenzwertes n1 mehr oder weniger mehr proportional bis zu einem Wert U1 der Spannung steigerbar sind, bei Überschreiten der Eckfrequenz n1 bis zu einer Maximalfrequenz n2 aber die Spannung konstant auf einem Maximalwert U1 gehalten werden kann.

Bezugszeichenliste

1

Gleichrichter

2

Wechselstromnetz

4

Antriebssteuerung

3

Leistungsteil

30

Wechselstromkreis

5

Elektromotor

6

Getriebe

60

Welle

61

,

62

Arbeitsstelle

7

Messeinrichtung

10

Gleichstromzwischenkreis

9

Spannungssteuergerät

11

Frequenzsteuergerät

15

Eingabegerät

Claims

1. Spinnmaschinenantrieb mit einer Antriebssteuerung (4), die zwischen einem ersten Stromkreis (10) und einem zweiten Stromkreis (30) angeordnet ist, mit einem Lei stungsteil (3), das durch den Wechselstromkreis (30) an mindestens einen Elektro motor (5) zum Antrieb von Arbeitsstellen (61, 62) einer Spinnmaschine angeschlos sen ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Leistungsteil, insbesondere einem Wechselrichter (3), einerseits Mittel zum Verändern der Stromfrequenz, insbesonde re ein Frequenzsteuergerät (11), und andrerseits Mittel zum Verändern der Strom spannung, insbesondere ein Spannungssteuergerät (9), vorgeschaltet sind, und daß die Mittel (9, 11) so ausgelegt sind, daß die Spannung und die Frequenz im Wechselstromkreis bis zum Erreichen eines Eckfrequenzwertes n1 proportional oder nicht proportional bis zu einem Wert U1 der Spannung steigerbar sind, bei Über schreiten des Eckfrequenzwertes n1 bis zu einer Maximalfrequenz n2 die Spannung aber konstant auf einem Maximalwert U1 haltbar ist.

2. Spinnmaschinenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eckfre quenz n1 = 90 Hz beträgt und die Spannung auf 400 V begrenzt ist, und daß die Frequenz n mind. bis zu einer Maximalfrequenz n2 = 110 Hz steigerbar ist.

3. Spinnmaschinenantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Spannung U im Spannungssteuergerät (9) in einem Frequenzbe reich n größer 90 Hz auf 400 V haltbar ist.

4. Spinnmaschinenantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Antriebssteuerung (4) mit einem Leistungsteil (3), einer Mess einrichtung (7) für Frequenz und Spannung des Stroms am Ausgang des Leistungs teils (3) sowie ein Spannungssteuergerät (9) und ein Frequenzsteuergerät (11) vor gesehen sind.

5. Spinnmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebssteuerung als Frequenzumrichter oder Wechselrichter ausgeführt ist.