DE102004032308A1

DE102004032308A1 - Verfahren zum Antreiben von wenigstens einem Webblatt einer Webmaschine

Info

Publication number: DE102004032308A1
Application number: DE200410032308
Authority: DE
Inventors: Dietmar von Dr. Zwehl; Michael Lehmann
Original assignee: Lindauer Dornier GmbH
Current assignee: Lindauer Dornier GmbH
Priority date: 2004-07-03
Filing date: 2004-07-03
Publication date: 2006-02-09

Abstract

Der wenigstens eine Elektromotor eines Webblatt-Direktantriebs erfordert zur Beschleunigung und Verzögerung der Webblattbewegung relativ hohe elektrische Ströme, die hohe Verbrauchskosten verursachen oder eine kostenintensive Zwischenkreiskapazität im Frequenzumrichter verlangen. Hohe elektrische Ströme verursachen ferner erhebliche Stromwärmeverluste, die bei einer zu installierenden hohen Kraft- bzw. Drehmomentendichte des wenigstens einen Motors ungenügend abgeführt werden können. Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Verbrauchskosten und die Stromwärmeverluste zu reduzieren. Eine Lösung der Aufgabe besteht darin, dass wenigstens eine Versorgungsspannung verwendet wird, die im Nennwert höher liegt als bekannte Nennspannungen, wobei als Versorgungsspannung diejenige Spannung angesehen wird, die abzüglich der Spannungsabfälle in Anschlusspunkten, Zuleitungen, Leistungshalbleitern, Störfiltern, Drosseln etc. an den Klemmen des Elektromotors zur Verfügung steht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Antreiben von wenigstens einem Webblatt einer Webmaschine, wonach der Läufer wenigstens eines elektromotorischen Antriebs über geeignete Mittel starr mit dem zu bewegenden Webblatt verbunden ist.
Ein solcher als Direktantrieb verwendeter elektromotorischer Antrieb bietet durch den Wegfall der getrieblichen Mittel und/oder Kupplungen zwischen einerseits dem wenigstens einen Motor und andererseits dem zu betreibenden Webblatt den Vorteil, dass die getrieblichen Mittel bzw. Kupplungen als Wartungs- und Verschleißteil, sowie als Verlustquelle entfallen. Gegenüber dem Einsatz getrieblicher Mittel bietet der Direktantrieb zudem den Vorteil freigestaltbarer Bewegungsprofile, was insbesondere beim Frottierweben ins Gewicht fällt, da dort der vom Webblatt zurückzulegende Weg für bestimmte Schussfäden verschieden von denen anderer Schussfäden ist.
Nachteilig beim Direktantrieb ist hier, dass die zur Webblattbewegung erforderlichen hohen positiven und negativen Beschleunigungskräfte bzw. Beschleunigungsdrehmomente 1:1 von den Elektromotoren erbracht werden müssen. Zwar sind die Geschwindigkeiten bzw. Winkelgeschwindigkeiten der Blattbewegung recht gering (die Winkelgeschwindigkeiten der Webblätter der nach dem Stand der Technik eingesetzten Luft- und Greiferwebmaschinen übersteigen im Maximum 30 rad·s^–1 sowie im Mittel 15 rad·s^–1 kaum), dennoch sind die momentanen Werte der mechanischen Bedarfsleistung als Produkt aus Kraft und Geschwindigkeit (bei Linearbewegung auf gerader Bahn) bzw. aus Drehmoment und Drehzahl (bei Verschwenkbewegung auf Kreissegmentbahn) noch hoch. Es handelt sich dabei entsprechend vorhergehender Darstellung in dominierender Weise um Leistungen zur positiven und negativen Beschleunigung, d.h. nur in geringem Anteil um Leistungen, die zur Verlust-Abdeckung zugeführt werden müssen.
Jede Region eines Landes ist durch eine charakteristische elektrische Nennspannung und charakteristische elektrische Nennfrequenz geprägt. Daher stehen nach dem Stand der Technik z.B. beim Betreiben von Webmaschinen als elektrische Versorgungsspannung Niederspannungs-Drehspannungsnetze zur Verfügung. In Deutschland ist diese Versorgungsspannung oder Nennspannung von ursprünglich 380 V auf 400 V angehoben worden; die Netzfrequenz liegt bei 50 Hz. Weltweit sind Nennspannung und Nennfrequenz nach Regionen verschiedenen. Die Nennspannungen liegen von ca. 200 V bis 575 V, die Nennfrequenzen im Allgemeinen bei 50 Hz oder 60 Hz.
Um die oben genannten hohen Werte der Bedarfsleistung abzudecken, müssen entsprechend hohe Ströme von den Elektromotoren, den Zuleitungen zu diesen Elektromotoren und Komponenten der gegebenenfalls zur Steuerung und/oder Regelung der Motore eingesetzten Stellglieder wie z.B. Frequenzumrichter geführt werden. Auch die nach dem Stand der Technik für webtechnische Anwendungen als Versorgungsspannung genutzten Gleichspannung-Niederspannungsnetze sind je nach Region durch entsprechende Nennwerte für die Spannung gekennzeichnet. Auch hier gilt:
Um die oben genannten hohen Werte der Bedarfsleistung abzudecken, müssen entsprechend hohe Ströme von den Elektromotoren, den Zuleitungen zu diesen Elektromotoren und Komponenten der gegebenenfalls zur Steuerung und/oder Regelung der Motor eingesetzten Stellglieder, wie z.B. Stromrichter geführt werden.
Hohe Ströme, ob als Gleich- oder Wechsel- oder Drehspannung, bedingen auch entsprechend hohe Stromwärmeverluste. Diese bereiten in der Applikation bei z.B. einem Webblatt-Direktantrieb nicht nur als Verbrauchskosten Probleme, sondern lassen sich auch schlecht abführen, weil der verfügbare Bauraum für die Motore intensiv für kraft- bzw. drehmomentenbildende Flächen bzw. Volumina genutzt werden muss. Für jedes erzeugte N an Kraft bzw. Nm an Drehmoment steht also nur eine sehr geringe Fläche zur Wärmeverlustabführung zur Verfügung.

Aufgabe der Erfindung ist es, dieses Verlust-Wärme- und Verbrauchskostenproblem insbesondere bei wenigstens einem Direktantrieb für das Webblatt einer Webmaschine zu lösen, ohne dass kostenintensive Sonderbauformen für die Elektromotore und gegebenenfalls Stellglieder zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades eingesetzt werden müssen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass für den wenigstens einen Direktantrieb Versorgungsspannungen genutzt werden, die prinzipbedingt, also im Nennwert, höher liegen als die nach dem Stand der Technik als Versorgungsspannung genutzten Nennspannungen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner dadurch gelöst, dass zur Bereitstellung einer hohen Versorgungsspannung die nachfolgenden Merkmale wahlweise einzeln oder in Kombination miteinander verwendet werden.

Bei Drehspannung- und gegebenenfalls auch Wechselspannungsnetzen werden

a) ein oder mehrere Transformatoren eingesetzt, um aus dem speisenden Netz die geforderte Versorgungs-Nennspannung zu bilden.

Ausführungsbeispiel:

Aus einem Drehspannung-Niederspannungsnetz (siehe oben) wird hochtransformiert, beispielsweise von 400 V auf 600 V oder beispielsweise von 400 V auf 2000 V.

Ausführungsbeispiel:

Aus einem Drehspannung-Mittelspannungsnetz wird heruntertransformiert, beispielsweise von 10.000 V auf 600 V oder von 10.000 V auf 2.000 V.

Die von den Transformatoren gebildete Spannung wird entweder dem oder den betreffenden Motoren direkt und/oder dem oder den zur Steuerung und/oder Regelung des Motors oder der Motoren eingesetzten Stellgliedern zur Verfügung gestellt.

b) leistungselektronische Baugruppen unter Nutzung von Leistungshalbleitern eingesetzt.

Ausführungsbeispiel:

Die Spannung eines Drehspannung-Niederspannungsnetzes (siehe oben) oder Wechselspannung-Niederspannungsnetzes wird zunächst gleichgerichtet, daraufhin mit einem oder mehreren sogenannten Hochsetzstellern (boostconverter) hochgesetzt und hiernach wieder mit einem oder mehreren Wechselrichtern in eine Dreh- oder Wechselspannung umgewandelt.

Ausführungsbeispiel:

Die Spannung eines Drehspannung-Mittelspannungsnetzes (siehe oben) oder Wechselspannung-Mittelspannungsnetzes wird zunächst gleichgerichtet, nachfolgend mit einem oder mehreren sogenannten Tiefsetzstellern (buckconverter) tiefgesetzt und hiernach wieder mit einem oder mehreren Wechselrichtern in eine Dreh- oder Wechselspannung umgewandelt.

c) ein Netz zur Spannungsversorgung eingesetzt, welches eine größere Nennspannung hat als die nach dem Stand der Technik zum Betreiben eines derartigen Antriebs als Versorgungsspannung genutzten Niederspannungsnetze.

Bei Gleichspannungsnetzen wird zur Bereitstellung einer hohen Versorgungsspannung die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass wahlweise

a) leistungselektronisch arbeitende Baugruppen unter Nutzung von Leistungshalbleitern eingesetzt werden.

Ausführungsbeispiel:

Die Spannung eines Gleichspannung-Niederspannungsnetzes (siehe oben) wird mit einem oder mehreren sogenannten Hochsetzstellern (boost-converter) hochgesetzt.

Ausführungsbeispiel:

Die Spannung eines Gleichspannung-Mittelspannungsnetzes (siehe oben) wird mit einem oder mehreren sogenannten Tiefsetzstellern (buck-converter) tiefgesetzt.

b) ein Netz zur Spannungsversorgung eingesetzt wird, welches einen größeren Spannungsnennwert hat als die nach dem Stand der Technik zum Betreiben eines derartigen Antriebs als Versorgungsspannung genutzten Niederspannungsnetze.
c) zunächst Wechselrichten auf Wechsel- oder Drehspannung erfolgt, daraufhin die Spannung mit wenigstens einem Transformator herauf- bzw. heruntertransformiert wird und nachfolgend wieder gleichgerichtet wird, so dass der geforderte Versorgungsspannungs-Nennwert zur Verfügung steht.

Erklärung 1:

Als Niederspannung werden in dieser Erfindung alle Nennspannungen =< 1 kV bei Wechselspannungsnetzen, alle Spannungs-Nennwerte =< 1 kV bei Gleichspannungsnetzen und alle Leiter-Leiter-Spannungen =< 1 kV bei Drehspannungsnetzen betrachtet.

Die Nennspannung (gleichbedeutend mit dem Nennwert der Spannung) ist der vom Netzverantwortlichen ausgewiesene Nennwert, bei Drehspannungsnetzen und Wechselspannungsnetzen als Nennwert der Sinus-Grundwelle, bei Drehspannungsnetzen ferner als Nennwert der Leiter-Leiter-Spannung.

Erklärung: 2

Als Versorgungsspannung wird in dieser Erfindung die Spannung angesehen, die abzüglich der (Verlust bedeutenden) Spannungsabfälle über Anschlusspunkte, Zuleitungen, Leistungshalbleiter, Störfilter, Drossel etc. an den Klemmen des Elektromotors zur Verfügung stehen kann.

So ist bei einem dem Stand der Technik entsprechenden Spannungszwischenkreisumrichter ohne Hochsetzsteller die Eingangswechsel- oder Drehspannung des speisenden Netzes die Versorgungsspannung. Besitzt hingegen der Spannungs-Zwischenkreisumrichter einen Hochsetzsteller im Gleichspannungszwischenkreis für Drehspannung- und gegebenenfalls auch Wechselspannungsnetze und mehreren vorzusehenden Stellgliedern zum Steuern und/oder Regeln eines bzw. mehrere Motore, bietet sich der Einsatz von Gleichspannungs-Zwischenkreisumrichtern in der Weise an, dass erfindungsgemäß eine Gleichrichtung mit einer oder mehreren Gleichrichterbaugruppen erfolgt und die so gewonnene Gleichspannung mehreren Wechselrichtern zur Verfügung steht, wobei jeder dieser Wechselrichter wiederum der Steuerung und/oder Regelung wenigstens eines Motors dient (Prinzip des gemeinsamen Gleichspannungs-Zwischenkreises). Ist die Nennspannung des Drehspannungs- oder Wechselspannungsnetzes gering, so wird in bevorzugter Ausführung eine Gleichrichtung mit einer oder mehreren Gleichrichterbaugruppen vorgenommen und hiernach die so gewonnene Gleichspannung mit einem oder mehreren Hochsetzstellern auf das erforderliche Niveau hochgesetzt. Die so hochgesetzte Gleichspannung steht dann mehreren Wechselrichtern zur Verfügung, wobei jeder dieser Wechselrichter wiederum der Steuerung und/oder Regelung wenigstens eines Motors dient (Prinzip des gemeinsamen Gleichspannungs-Zwischenkreises).

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, dass durch Reduzieren der elektrischen Ströme die Verbrauchskosten und die Kosten für zu installierende Zwischenkreiskapazitäten maßgeblich gesenkt werden.

Die Stromwärmeverluste in dem wenigstens einen Motor verringern sich und der verfügbare Bauraum kann mit höherer Kraft- bzw. Drehmomentdichte genutzt werden.

Claims

Verfahren zum Antreiben von wenigstens einem Webblatt einer Webmaschine, wonach der Läufer wenigstens eines elektromotorischen Antriebs über geeignete Mittel starr mit dem zu bewegenden Webblatt verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Versorgungsspannung verwendet wird, die im Nennwert höher liegt als bekannte Nennspannungen, wobei als Versorgungsspannung diejenige Spannung angesehen wird, die abzüglich der Spannungsabfälle (über Anschlusspunkte, Zuleitungen, Leistungshalbleiter, Störfilter, Drossel etc.) an den Klemmen des Elektromotors zur Verfügung steht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsspannung eine Drehspannung ist und der (Leiter-Leiter-) Nennwert >= 600 V ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsspannung eine Drehspannung ist und der (Leiter-Leiter-) Nennwert >= 1.000 V ist.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Drehspannungs-Netz der Versorgungsspannung um ein Dreiphasensystem handelt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dreiphasensystem ein symmetrisches Dreiphasensystem ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsspannung eine Wechselspannung ist und der Nennwert >= 600 V ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsspannung eine Wechselspannung ist und der Nennwert >= 1.000 V ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsspannung eine Gleichspannung und der Nennwert >= 1.000 V ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Transformatoren verwendet werden, die aus dem speisenden Netz die geforderte Versorgungsspannung bereitstellen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass unter Nutzung von Leistungshalbleitern leistungselektronisch arbeitende Baugruppen eingesetzt werden, die aus dem speisenden Netz die geforderte Versorgungsspannung bereitstellen.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Hochsetzsteller (boost-converter) verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Tiefsetzsteller (buck-converter) verwendet werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der geforderten Versorgungsspannung ein oder mehrere Transformatoren in Kombination mit leistungselektronisch arbeitenden Baugruppen unter Nutzung von Leistungshalbleitern verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst der oder die Transformatoren aus dem speisenden Netz die Versorgungsspannung bereitstellen und daraufhin die leistungselektronisch arbeitenden Baugruppen die geforderte Versorgungsspannung bereitstellen.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannung des speisenden Netzes auf Wechsel- oder Drehspannung wechselgerichtet wird, daraufhin mit einem Transformator oder mehreren Transformatoren die Spannung herauf- bzw. heruntertransformiert wird und nachfolgend die Spannung wieder gleichgerichtet wird, so dass der geforderte Versorgungsspannungs-Nennwert zur Verfügung steht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Netz zur Spannungsversorgung verwendet wird, welches eine größere Nennspannung hat als die zum Betreiben eines oder mehrerer elektromotorischer Antriebe notwendige Versorgungsspannung bekannter Niederspannungsnetze.