DE102004047230A1

DE102004047230A1 - Lange Textilmaschine

Info

Publication number: DE102004047230A1
Application number: DE200410047230
Authority: DE
Inventors: Horst Wolf
Original assignee: Maschinenfabrik Rieter AG
Current assignee: Maschinenfabrik Rieter AG
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2006-03-30
Also published as: CN1758527A

Abstract

Es wird eine lange Textilmaschine beschrieben, deren Wellen (AZ, MZ, EZ, TW) optimal torsionsreduziert werden. Die Erfindung sieht für mindestens eine Welle einerseits einen drehzahlbestimmenden Motor (SMM, HMA) und andererseits einen Hilfsmotor (HM), der als Drehmomenterzeuger wirkt, vor. Durch das Vorgeben vom Drehmoment des Hilfsmotors (HM) ist es möglich, den Beitrag dieses Motors zum Gesamtantrieb, insbesondere relativ zum Beitrag des drehzahlbestimmenden Motors, festzulegen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem insbesondere für eine Textilmaschine, vorzugsweise eine mehrere, nebeneinander angeordnete Arbeitsstellen aufweisende Spinn- oder Zwirnmaschine.
Um auf dem hart umkämpften Markt bestehen zu können, versuchen alle Hersteller, ihre Kosten möglichst nieder zu halten. Eine Variante der Kostensenkung, die sich zunehmender Beliebtheit erfreut, ist die Verlängerung sämtlicher Längsteiltextilmaschinen mit dem Gedanken, für eine grössere Anzahl einzelner Arbeitspositionen weniger an Steuerung, Antrieb, Getriebe und damit Kosten, Platz und Wartung zu haben. Diese Idee ist jedoch unter den gegebenen Umständen nur bis zu einem gewissen Grad, d.h. bis zu einer gewissen Maschinenlänge wirklich wirtschaftlich. Über diesen Grad hinaus werden die ökonomischen und technischen Aufwendungen, die bspw. durch unabdingbare zusätzliche Antriebe und/oder Verteilergetriebe entstehen, rasch zu einem unverhältnismässig wachsenden Problem.
Eine technische Komponente bspw. sind die entlang der Textilmaschine führenden Antriebswellen, die das Moment vom Antriebsmotor, vorzugsweise dem Hauptmotor, auf die verschiedenen Einheiten oder Arbeitsstellen, zum Beispiel auf ein Streckwerk, oder die Spindeln, übertragen. Wird nun eine Textilmaschine relativ zu ihrer Auslegung gemäss dem Stand der Technik verlängert, also mit zusätzlichen Arbeitspositionen versehen, führt das automatisch zu einer Verlängerung der Antriebswellen in der Maschine. Wellen unterliegen je nach Belastung einer unterschiedlichen Torsion und zeigen auch Torsionswinkelschwankungen. Der Torsionswinkel steigt bei gleich bleibender, stetiger Wellenbelastung quadratisch mit der Länge der Welle. Dieser Umstand geht bei Längsteiltextilmaschinen u. U. mit grösseren Problemen als auf anderen technischen Gebieten einher: Durch die Unregelmässigkeiten in der Momentübertragung, vor allem während Beschleunigungsphasen, entstehen Unregelmässigkeiten oder gar Fadenbrüche bei der Herstellung des Garnes, d.h. Qualitätseinbussen im Garn, die zu Einnahmeeinbussen führen. So kann die Stand-der-Technik-gemässe Verlängerung der Textilmaschine, die eigentlich zur höheren Wirtschaftlichkeit führen sollte, das genaue Gegenteil bewirken.

In der Literatur wird Verschiedenes vorgeschlagen, wobei gewisse, für die Erfindung besonders relevante Vorschläge nachfolgend anhand der 1 bis 3 näher erklärt werden. Zusätzlich kann auf die folgenden Schriften hingewiesen werden:
EP-A-20404:

Eine schlupffreie Verbindung an einem Ende des Streckwerks verhindert das Zurückdrehen der Zylinder;
DE-A-10142741 (WO 03/018885)

Einsatz von einem Zusatzmotor beim Nachrüsten bestehender Maschinen.
EP-A-654550, DE-A-10137140 (WO 03/014442) und DE-A-10151647

Verwendung eines führenden (Master-)Motors und eines geführten (Sklaven-)Motors.

Diese Lösungen sind allesamt weder kostengünstig noch vollständig technisch befriedigend. Die Zusatzmotoren gewährleisten bspw. nicht einmal eine gezielte Momentenverteilung auf die einzelnen Antriebe. Im Falle eines Netzausfalles, wie er in vielen Ländern immer noch an der Tagesordnung ist, vergrössern sich die Probleme mit jedem zusätzlichen Motor.

Aufgabe der Erfindung ist es also, eine verglichen mit dem Stand der Technik günstigere und wirksamere Lösung für die Problematik der langen Längsteiltextilmaschine bereitzustellen, die auch eine Maschinenkonstruktion ermöglicht, die wirtschaftlicher und technisch nicht problematischer ist als eine Längsteiltextilmaschine von der heute gewöhnlichen Länge.

Diese Aufgabe wird durch ein Antriewbssystem gemäss dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst, wobei die Unteransprüche vorteilhafte Ausbildungen bezeichnen und die unabhängigen Ansprüchen 11 und 12 je eine vorteilhafte Variante zur Unterstützung der Lösung gemäss dem Anspruch 1 darstellen.

Die erfindungsgemässe Lösung sieht vor, für mindestens eine und vorzugsweise pro Welle mindestens einen Drehmomenterzeuger vorzusehen, der im Betrieb keinen Einfluss auf die Wellendrehzahl hat. Die Wellendrehzahl kann mittels eines anderen Motors bestimmt werden, der dieser Funktion zugeordnet wird und mit einer entsprechenden Steuerung versehen ist. Der Drehmomenterzeuger soll nicht nur in der Lage sein, die ungewünschte Torsion stark zu reduzieren, sondern – im Vergleich zu anderen Lösungen, z. B. einer Vergrösserung des Hauptmotors – auch noch kostengünstig sein. Weiter soll er einsetzbar sein, ohne neue technische oder technologische Probleme zu produzieren.

Ein „Drehmomenterzeuger" im Sinne dieser Erfindung kann aus einem speziellen Drehstromasynchronmotor und einem zugehörigen Frequenzumrichter bestehen. Der Drehmomenterzeuger muss sich im Betrieb der ihm vorgegebenen Wellendrehzahl anpassen können, wobei er an einer ausgewählten Antriebsstelle ein einstellbares zusätzliches Drehmoment an die Welle gibt und entlastet damit sowohl den drehzahlbestimmenden Motor als auch die zugehörige Welle. Er bietet noch einen weiteren Vorteil, v.a. für Länder, deren Stromversorgung nicht konstant gegeben ist: Bei einem Netzwerkausfall unterstützt der Drehmomenterzeuger die Überbrückung statt zusätzliche Probleme zu generieren. In einer besonders vorteilhaften Ausbildung ist für den Drehmomenterzeuger eine Umlaufkühlung vorgesehen.

Die Erfindung soll nun anhand der Figuren, die beispielhaft und keineswegs einschränkend zu verstehen sind, näher erläutert werden.
Es zeigt:
1 eine Kopie der 1 aus DE-A-19649769;
2 eine Kopie der 2 aus DE-A-2641434;
3 eine Kopie der 2 aus DE-C-2911279;
4 schematisch eine erste Ausführung gemäss der vorliegenden Erfindung, wobei die 4A eine mögliche Variante dieser Ausführung darstellt;
5 und 6 je ein Beispiel für die mögliche Verteilung der Drehmomente der Welle entlang.
7 schematisch eine zweite Ausführung gemäss der Erfindung;
8 schematisch ein Antriebskonzept für eine Ringspinnmaschine, wobei die Ausführungen gemäss den 4 und 7 kombiniert werden;
9 schematisch ein Alternativkonzept, der eher für die Verlängerung einer bestehenden Maschinenkonstruktion geeignet ist;
10 schematisch einen Querschnitt durch eine Maschine, die gemäss dem Konzept der 9 verlängert worden ist,
11 ein Detail einer möglichen Ausführung einer Maschine nach der 10, und
12A bis E verschiedene Diagramme zur Erklärung von Änderungen im angeforderten Drehmoment im Betrieb.
Die Spinnmaschine nach 1 ist auf beiden Maschinenseiten 1 und 2, symmetrisch zur Mittellängsebene 3, mit einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Spinnstellen 4 versehen. Jede Spinnstelle 4 enthält ein Streckwerk 5 und eine als Ringspindel ausgebildete Spindel 6. Den einzelnen Spinnstellen 4 wird in Transportrichtung A jeweils ein Faserband oder Vorgarn als Fasermaterial 7 zugeführt und mittels des zugehörigen Streckwerks 5 auf die gewünschte Feinheit verzogen und mittels der Spindeln 6 zu einem Faden gesponnen. Jedes Streckwerk 5 enthält drei angetriebene Unterwalzen bzw. Unterzylinder 9, 10, 11, die zu je einem langen Walzenstrang (in der 1 nicht sichtbar) verbunden sind, der sich über eine Vielzahl von Spinnstellen 4 erstreckt. Das Verbinden der Walzen kann z. B. gemäss EP-A-446690 und/oder DE-A-4211685 erfolgen.
Für den Antrieb sämtlicher Spindeln 6 und Streckwerke 5 ist eine Hauptantriebswelle 18 vorgesehen, die in der Mittellängsebene 3 der Spinnmaschine liegt und sich längs über die ganze Spinnmaschine erstreckt. Sie ist von einem Hauptmotor (in dieser Figur nicht gezeigt) angetrieben. In bestimmten Abständen sind auf der Hauptantriebswelle 18 Treibscheiben 21 angeordnet, die jeweils von einem Antriebsriemen 22 umschlungen sind. Über verschiedene Umlenkrollen ist der Antriebsriemen 22 in einer endlosen Schlaufe so geführt, dass er mindestens zwei Spindeln 6 beider Maschinenseiten 1 und 2 antreibt. Den einzelnen Spindeln 6 können Andruckrollen 24 zum Andrucken des Riemens 22 zugeordnet werden, oder ein Spindelwirtel kann vom Riemen zum Teil umschlungen werden.
Die Hauptantriebswelle 18 dient nicht nur dem Antreiben der einzelnen Spindeln 6, sondern auch dem Antrieb der Walzenstränge. Über einen Antrieb und ein Zahnradgetriebe, die in der 1 nicht gezeigt sind, wird der Antrieb für die Streckwerke von der Hauptantriebswelle 18 abgeleitet. Damit werden in bekannter Weise die unterschiedlichen Drehzahlen der Stränge zueinander festgelegt. Um die Torsion zu verringern, ist für den in Transportrichtung A letzten Walzenstrang ein Zusatzmotor (in der 1 nicht sichtbar) vorgesehen, der als Drehstrom-Asynchronmotor ausgebildet ist. Der Zusatzmotor ist so ausgewählt, dass er unabhängig von der Drehzahl n des Walzenstranges 14 ein nahezu konstantes Drehmoment M in den Streckwerksantrieb einleitet. Zu diesem Zweck soll der Zusatzmotor eine bestimmte Kennlinie aufweisen, die in der DE Schrift erläutert wird.
Bei der Ausführung nach der 2 (aus DE-A-2641434) sind die durch die Walzenstränge 15', 16', 17' gebildeten Unterwalzen der Streckwerke 11 nur in der Längsmitte des Streckwerkbereichs dieser Maschine 10' mittels Zahnradgetrieben 21', 23' miteinander verbunden. Im Bereich dieser in einem strichpunktiert angedeuteten Gehäuse 27 angeordneten Getrieben 21', 23' sind die Durchmesser der Walzenstränge 15', 16', 17' verkleinert. Der Antrieb dieser Verzugswalzenstränge 15', 16' und 17' erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel durch einen einzigen Antriebsmotor 20', der auch gleichzeitig der Hauptantriebsmotor der Spinnmaschine 10' und ggfs. auch an anderen als der dargestellten Stelle an der Spinnmaschine angeordnet sein kann, beispielsweise an einem Maschinenende. Der Motor 20' treibt ein auf dem Walzenstrang 17 angeordnetes Zahnrad 29. Um die Torsion der Walzenstränge 15', 16', 17' zu vermindern, können deren äussere Enden mit zusätzlichen Hilfsantriebsmotoren 20'' verbunden sein, die leistungsschwächer als der Hauptantriebsmotor 20' sind.
Daraus ist zu folgern, dass sowohl in DE-A-2641434 als auch in DE-A-19649769, der Verzug durch das Zahnradgetriebe (z.B. in DE-A-2641434 – 21', 23') bestimmt wird. Eine derartige Lösung kommt allenfalls beim Nachrüsten bzw. Aufrüsten einer bestehenden Maschine zur Anwendung, ist aber heute für eine moderne Maschine nicht mehr marktkonform und fällt für die Praxis ausser Betracht.
Im Ausführungsbeispiel nach 3 (DE-C-2911379) sind alle drei Unterwalzenstränge 10, 11 und 12 jeweils an beiden Enden von Synchronmotoren 17, 17, 17', 17', 17'', 17'', deren Läuferwellen zu ihnen koaxial angeordnet sind, unmittelbar drehfest angetrieben, oder mindestens ein Synchronmotor kann über einer Zahnradgetriebe unveränderlichen Übersetzungsverhältnisses mit dem ihm zugeordneten Ende des betreffenden Walzenstranges formschlüssig verbunden sein. Jedes Paar von Synchronmotoren 17, 17 und 17', 17' und 17'', 17'' wird von je einem nur ihm zugeordneten digital gesteuerten Frequenzumrichter 19, 19', 19'' gespeist.
Infolge des beidseitigen Antriebs aller Unterwalzenstränge 10, 11, 12 durch gesonderte, nur die betreffenden Walzenstrangenden antreibende Synchronmotoren 17, 17', 17'' sollen die Torsionen aller Unterwalzenstränge 10, 11, 12 verkleinert und die durch die Torsionen verursachten Verzugsfehler minimiert werden. Gemäss dem Hauptanspruch der DE-C-2911379 sollen die Synchronmotoren am Strang eingangsseitig des Hauptverzugsfelds die gleiche Leistung und gleiche Polzahl aufweisen, so dass der Strang an in grossen Abständen voneinander angeordneten Antriebsstellen synchron und formschlüssig angetrieben wird.
Diese Lösung ist zuverlässig – aber wegen der Benutzung so vieler Synchronmotoren teuer. Ausserdem sind Synchronmotoren meistens nicht in der Lage, Torsionsschwingungen zu dämpfen. Die letztere Aussage gilt zwar nicht für Reluktanzmotoren – derartige Motoren haben aber bisher wegen ihres bekannten schlechten Wirkungsgrads praktisch keine Anwendung in Spinnmaschinen gefunden.
4 zeigt schematisch eine erste Ausführung der Erfindung in der Form eines Antriebssystems, insbesondere für eine Textilmaschine mit mehreren Arbeitsstellen bzw. -positionen, z. B. ähnlich der Maschine gemäss der 1. Das abgebildete Antriebssystem umfasst eine Antriebswelle W, die, von der Auslaufwelle AW1 eines drehzahlsteuerbaren Elektromotors M angetrieben, ein Moment auf die verschiedenen Arbeitspositionen – dargestellt durch Pfeile – überträgt. Die Welle W ist eine lange Welle, z. B. mit einer Länge grösser als 30m, vorzugsweise grösser als 40m, sodass viele Arbeitspositionen (z. B. mit einer sogenannten Teilung von ca. 70mm bis 80mm) von einer gemeinsamen Welle angetrieben werden können. Es sind nur wenige Arbeitspositionen in der 4 angedeutet worden – die grössere Länge der Welle ist aber in der 4 mittels Unterbrechungslinien angedeutet.
Der Motor M ist an ein Drehzahlmessgerät, z. B. ein Tachometer T, angeschlossen, das die Drehzahl des Motors M misst und die Informationen darüber an einen steuerbaren Frequenzumrichter FU abgibt. Diesem ersten Frequenzumrichter FU ist ein Sollwert n_soll für die Drehzahl der Auslaufwelle des Motors M vorgegeben. Weicht die gemessene Drehzahl des Motors M vom Sollwert n_soll ab, regelt der Frequenzumrichter FU den Motor M auf den korrekten Sollwert n_soll ein. Der Tachometer T gibt die Informationen über die Drehzahl des Motors M nicht nur an den ersten Frequenzumrichter FU ab, sondern auch an einen zweiten, steuerbaren (programmierbaren) Frequenzumrichter HFU, der aus dem gleichen Drehstromnetz N gespeist wird. Der zweite Umrichter HFU ist wiederum mit einem Hilfsmotor NM verbunden, so dass der Hilfsmotor HM zusammen mit dem ihm zugeordneten Umrichter HFU ein „Drehmomenterzeuger" (auch „Torque Booster" genannt) gemäss dieser Erfindung bildet. Diesem zweiten Frequenzumrichter HFU ist ein Sollmoment M_TB für den Drehmomenterzeuger vorgegeben. Er ist zusätzlich mit dem ersten Frequenzumrichter FU durch einen Gleichstromlink bzw. Gleichstromzwischenkreis DC verbunden.
Der Hilfsmotor NM hat eine Auslaufwelle AW2, die mit einer Antriebsscheibe AS versehen ist. Die Scheibe AS ist mittels eines geeigneten Übertragungselements, z. B. eines Zahnriemens R, mit einer weiteren Scheibe WS verbunden, welche derart mit der Welle W verbunden ist, dass sie auf die Welle ein Drehmoment ausübt. Dieses Drehmoment ist im Betrieb durch die Sollmomenteingabe M_TB vorgegeben.
Die Anordnung nach 4 kann nun mit einem Antrieb gemäss DE-A-19912070 verglichen werden. Der Antrieb gemäss der DE Schrift ist für eine Maschine mit 10 bis zu 35 Stickköpfen konzipiert. Um Torsion in einer Hauptantriebswelle zu vermeiden, soll diese Welle durch mehrere Asynchronmotoren angetrieben werden, wobei die Antriebsdrehmomente der Asynchronmotoren über die Länge der Welle verteilt angreifen. Diese Asynchronmotoren sollen untereinander möglichst gleich gestaltet werden. Es ist in der DE Schrift keine Aufteilung der Funktionen im Sinne einerseits der Drehzahlbestimmung und andererseits der Drehmomenterzeugung vorgesehen.
In der Anordnung gemäss der 4 ist der Motor M mit einem Ende der Welle W verbunden, während der Hilfsmotor HM ein Drehmoment zwischen den Enden der Welle W einleitet. Der Motor M entfaltet somit seine Antriebswirkung in Richtung des Pfeils P1, während der Motor HB seine Antriebswirkung sowohl in Richtung des Pfeils P2, wie auch in Richtung des Pfeils P3 entwickelt. Man kann sich somit vorstellen, dass ungefähr zwei Drittel der Arbeitspositionen von der Wellenstrecke zwischen den Motoren M, HM angetrieben werden, während die Antriebskräfte nur für einen Drittel der Arbeitspositionen von der Wellenstrecke zwischen dem Motor HM und dem freien Ende der Welle abgeleitet werden. Diese Anordnung ist aber nicht erfindungswesentlich – der drehzahlgesteuerte Motor M könnte seine Antriebswirkung zwischen den Wellenenden erzeugen und/oder der Hilfsmotor (Drehmomenterzeuger) HM könnte mit einem Ende der Welle W verbunden werden. Wichtig ist nicht so sehr die Wahl der Antriebsstellen – obwohl wie nachfolgend erklärt werden soll, es können unter Umständen bestimmte Vorteile für die eine oder die andere Gestaltung des Antriebsystems sprechen – wichtig ist vielmehr die Aufteilung der Funktionen der Motoren.
Der drehzahlgesteuerte, vorzugsweise frequenzgesteuerte, Motor M soll im Betrieb die Drehzahl n der Welle W ausreichend genau bestimmen, wobei die erforderliche Genauigkeit von der vorgesehenen Anwendung abhängt. Im Beispiel gemäss der 4 ist der Motor M als ein drehzahlgeregelter Motor realisiert worden, d.h. dass mittels des Drehzahlgebers T ein Rückführungssignal erzeugt wird, das zum Einregulieren der Motordrehzahl anhand der Regelcharakteristik des Umrichters FU verwendet wird. Diese Lösung ist aber auch nicht erfindungswesentlich. Der Motor M könnte als ein Synchronmotor realisiert werden, so dass sich die Drehzahl seiner Auslaufwelle AW1, und somit die Drehzahl der Welle W, mittels der vom Umrichter FU festgelegten Speisefrequenz ohne Rückführungssignal bestimmen lässt. Der Drehzahlgeber T könnte durch ein Encoder oder Resolver ersetzt werden und der Motor M könnte dann als ein lagegeregelter Motor (Servomotor) z. B. gemäss EP-A-654550 betrieben werden. Ein derartiger Antrieb ist aber relativ aufwendig und lässt sich nur in Ausnahmefällen für eine Spinnmaschine wirtschaftlich rechtfertigen.
In der bevorzugten Ausführung wird der drehzahlgesteuerte Motor als Reluktanzmotor realisiert. Derartige Motoren sind in EP-A-1398402 allgemein erklärt worden, wobei einen Auszug aus der Beschreibung der EP-A-1398402 zwecks Vollständigkeit hier eingefügt wird:
Reluktanzmotoren sind Elektromotoren, die einen wicklungsfreien, Rotorzähne aufweisenden Rotor enthalten und deren Drehzahlverhalten im synchronen Betrieb direkt proportional der Frequenz der zugeführten Spannung ist. Der Rotor eines Reluktanzmotors besteht nur aus einem Blechpaket und einer Welle, welche die vorerwähnte Auslaufwelle (AW1 in der 4) bildet. Das im Stator eines Reluktanzmotors zu bildende magnetische Drehfeld kann durch mehrphasige Spannungen erzeugt werden, die im zeitlichen Verlauf um eine vorbestimmte Phasendifferenz zueinander verschoben sind. Der Stator eines dreiphasigen Motors weist z. B. drei Wicklungen auf, die symmetrisch versetzt angeordnet sind, und die dreiphasigen Spannungen sind im zeitlichen Verlauf um jeweils 120° zueinander verschoben.
Überlegungen zur magnetischen und elektrischen Dimensionierung eines Reluktanzmotors sind in EP-A-1398402 anhand der 3 der genannten Schrift erklärt worden und die entsprechenden Erklärungen müssen hier nicht wiederholt werden. Ein grosser Vorteil des Reluktanzmotors ist sein einfacher, kostengünstiger Aufbau, der trotzdem ein zuverlässig steuerbares Drehzahlverhalten gewährleistet. Bei der Verwendung eines Reluktanzmotors kann auf einen Drehzahlgeber bzw. eine Rückführungsschleife verzichtet werden, d.h. die Drehzahl des Reluktanzmotors kann allein durch die vom Umrichter FU bestimmte Speisefrequenz vorgegeben werden. Bekannte Probleme des konventionellen Reluktanzmotors sind sein niedriger Wirkungsgrad und die hohe Anforderung an Blindstrom („cos φ Wirkung"), die sich auf die Gestaltung der Energiezufuhr, insbesondere des ihm zugeordneten Umrichters, auswirkt. In einem Antriebssystem gemäss der vorliegenden Erfindung ist es möglich, diese, für die Praxis erheblichen Nachteile durch eine geschickte Auswahl des Drehmomenterzeugers praktisch auszugleichen, oder zumindest auf ein akzeptables Niveau zu reduzieren.
Die erste Anforderung am Drehmomenterzeuger ist daher, dass er die Grundfunktion des Motors M nicht beeinträchtigt – insbesondere darf der Drehmomenterzeuger auf keinen Fall während des Betriebs die Bestimmung der Drehzahl der Welle W übernehmen oder sogar beeinflussen. Der Drehmomenterzeuger soll aber gezielt ein Hilfsdrehmoment an die lange Welle W abgeben, insbesondere um den Torsionswinkel in der Welle W klein zu halten und/oder Torsionswinkelschwankungen zu vermeiden. Weiter kann er helfen, die Antriebslast zu verteilen – die Lastverteilung sogar zu optimieren. Das Hilfsdrehmoment, das im Betrieb vom Drehmomenterzeuger an die Welle abgegeben wird, sollte daher gesteuert vorgegeben sein.
Für viele Anwendungszwecke, und insbesondere für die Verwendung in einer Ringspinnmaschine, soll das Hilfsdrehmoment mit möglichst kleinem Aufwand erzeugt werden. Die, heute, ideale Lösung dieser Anforderung besteht im Einsatz eines Asynchronmotors als Hilfsmotor NM, der aber im Betrieb steuerbar sein sollte, um das erforderliche Drehmoment zu erzeugen.
Um den Steuerungsaufwand zu begrenzen, kann der Drehmomenterzeuger derart ausgelegt und im Betrieb gesteuert werden, dass er ein niedrigeres Drehmoment an die Welle W abgibt, als das vom drehzahlgesteuerten Motor M abgegebene Hauptantriebsmoment. Diese Anforderung ist besonders wichtig, wenn der drehzahlgesteuerte Motor eine lastabhängige Drehzahlcharakteristik aufweist, insbesondere in der Form eines Asynchronmotors realisiert wird. Unter solchen Umständen kann die Aufgabe der Drehzahlregelung nur vom stärkeren Motor übernommen werden. Das Hilfsdrehmoment kann dann z. B. ungefähr 60% bis 70% des Hauptdrehmoments betragen. Wenn diese Anforderung erfüllt ist, kann der Hilfsmotor HM gesteuert, ohne Rückführungsschleife, betrieben werden. Das vom Drehmomenterzeuger abzugebende Drehmoment kann aber variabel, z. B. gemäss einem sogenannten Fahrprogramm veränderlich, bestimmt werden. Der Hilfsmotor muss nicht in der Lage sein, und vorzugsweise ist nicht in der Lage, die Gesamtlast des Antriebssystems, z. B. beim Ausfall des drehzahlgesteuerten Motors, zu übernehmen. Die Anordnung kann so getroffen werden, dass der Hilfsmotor beim Ausfall des drehzahlgesteuerten Motors, allenfalls nach dem Durcharbeiten eines vorbestimmten Auslaufprogramms, abgeschaltet wird.
Die Begrenzung des effektiven Drehmoments vom Drehmomenterzeuger auf ca. 70% vom effektiven Drehmoment des drehzahlgesteuerten Motors gilt allerdings nicht, wenn der drehzahlgesteuerte Motor ein Synchronmotor ist. In diesem Fall kann der Hilfsmotor bis zu 100% des Drehmoments vom drehzahlgesteuerten Motor aufbringen.
Der Drehmomenterzeuger kann vorzugsweise über seinen gesamten Drehzahl-Arbeitsbereich (zweckmässigerweise auch bei Drehzahl n = 0) ein vorgegebenes Drehmoment aufbringen. Der Elektromotor HM wird auch vorzugsweise für den Betrieb im Generatorbereich („Vierquadrantenbetrieb") ausgelegt. In Anbetracht seiner Funktion wird ein Asynchronmotor als Hilfsmotor HM vorzugsweise nicht fequenz-, sondern stromgesteuert, da das Drehmoment eines Asynchronmotors eine steuerbare Funktion seines Speisestroms ist. Eine dazu geeignete Stromregelung ist schematisch in 4A gezeigt, wobei diese Figur ein Drehmomenterzeuger 100 ohne Frequenzumrichter darstellt. In dieser Variante bestimmt eine steuerbare Stromventil 102 die Stromzufuhr aus dem Drehstromnetz N an den Hilfsmotor HM. Der Ist-Wert J_ist des dem Motor NM zugeführten Stroms wird abgenommen und mit einem Sollwert J_soll verglichen, wobei eine allfällige Differenz δ an einen Verstärker 104 weitergegeben wird, um eine Steuergerät 106 zu beeinflussen, welches die Stromventil 102 steuert. Die Anordnung gemäss der 4 kann auch nach diesem Prinzip arbeiten, wenn das Soll-Drehmoment M_TB in der Form eines Stromsollwertes vorgegeben wird, ein Strom-Istwert zwischen dem Umrichter HFU und dem Motor HM abgenommen und mittels einer Rückführungsschleife (gestrichelt angedeutet) zum Vergleich mit dem Sollwert an den Umrichter HFU zurückgeführt wird.
Der Hilfsmotor HM kann eine beliebige Polzahl aufweisen. Sofern der Hilfsmotor durch seine Speisefrequenz beeinflusst wird, sollte er mit einer derartigen Frequenz gespeist werden, dass seine Drehzahl ohne Last höher wäre, als die vom drehzahlgesteuerten Motor M bestimmte Drehzahl der Welle W. Er wird dann im Betrieb von der Welle W gebremst, gibt aber trotzdem das vorgegebene Drehmoment an die Welle ab. Der Hilfsmotor HM weist vorzugsweise eine steile Drehmoment-Drehzahlkennlinie auf, weil er so schneller und sensibler auf Drehzahlschwankungen reagieren kann. Der Hilfsmotor kann derart gestaltet werden, dass er allfällige Torsionsschwingungen in der Welle W dämpft.
Die 5 und 6 zeigen je ein Beispiel für die mögliche Drehmomenten-Verteilung in einer Anordnung prinzipiell gemäss der 4, wobei die 5 und 6 sich mit je einer Maschine bzw. je einem Kopsgewicht befassen. Im ersten Beispiel (5) wird angenommen, dass das vom Hilfsmotor HM abgegebene Drehmoment M_DE für jede Drehzahl des drehzahlgesteuerten Motors M konstant gehalten wird. Der Unterschied zwischen dem konstanten Drehmoment des Hilfsmotors und der Lastcharakteristik muss bei jeder Drehzahl vom drehzahlgesteuerten Motor geliefert werden, wobei dieser Motor beim Erreichen der eingestellten Betriebsdrehzahl n_Betr ein Nenn-Drehmoment für den Dauerbetrieb abgibt. Daraus folgt, dass bei jeder Drehzahl unterhalb der Betriebsdrehzahl, insbesondere während des Hochlaufs, die Differenz zwischen dem Nenn-Drehmoment und dem momentanen Lastdrehmoment für die Beschleunigung zur Verfügung steht.
Im Beispiel gemäss der 6 ist das Drehmoment M_DE des Hilfsmotors nicht konstant, sondern als eine Funktion der effektiven (momentanen) Drehzahl programmiert, wobei auch bei Drehzahl n=0 der Hilfsmotor ein vorgegebenes Drehmoment K erzeugen kann. Grundsätzlich gilt für beide Lösungen das Prinzip, dass bei Drehzahlen unterhalb der Betriebsdrehzahl das Drehmoment, das für die Beschleunigung zur Verfügung steht, durch Abzug des momentan effektiven Lastmoments vom Gesamtdrehmoment gegeben wird, das zur Aufrechterhaltung der Betriebsdrehzahl ausgeübt werden kann.
7 zeigt ein Wellenpaar W1, W2 mit je einem Antriebssystem gemäss der Erfindung. Die Elemente des Antriebssystems für die Welle W1, insbesondere der drehzahlgesteuerte Motor M1 und der Hilfsmotor HM1, sind im wesentlichen den entsprechenden Elemente der Anordnung gemäss der 4 gleich und sie müssen deshalb nicht erneut beschrieben werden. Der Frequenzumrichter für den Drehmomenterzeuger der Welle W1 ist in der 7 mit HFU1 bezeichnet. Lediglich eine Modifikation ist in der Anordnung nach der 7 gezeigt, indem die Auslaufwelle AW des Motors M1 nicht direkt sondern mittels eines Getriebes G1 mit einer festen Übertragungsverhältnis mit der Welle W1 gekoppelt ist. Die Drehzahl n1 der Welle W1 wird somit sowohl durch die Drehzahl der Auslaufwelle AW des Motors M1 als auch durch die festvorbestimmte Übertragungsfunktion vom Getriebe G1 (ohne Wechselstelle) bestimmt.
Die Welle W2 ist auch mittels eines Getriebes G2 mit der Auslaufwelle AW eines drehzahlgesteuerten Motors M2 verbunden, sodass die Drehzahl n2 der Welle W2 durch die Drehzahl der Auslaufwelle AW des Motors M2 und die fest vorbestimmte Übertragungsfunktion vom Getriebe G2 bestimmt wird. Der Motor M2 ist mit einem eigenen Frequenzumrichter FU2 versehen. Die Welle W2 ist in diesem Fall mit mehreren Drehmomenterzeuger versehen, wobei diese Drehmomenterzeuger je einen Hilfsmotor HM2 bzw. HM2' und einem gemeinsamen Frequenzumrichter HFU2 mit einem Sollwertgeber M_TB2 aufweisen. Die der Welle W2 zugeordneten Hilfsmotoren HM2 bzw. HM2' erzeugen daher das gleiche, vorgegebene Drehmoment, wobei dies nicht erfindungswesentlich ist, da die Hilfsmotoren HM2 bzw. HM2' mit je einem Frequenzumrichter versehen und die Frequenzumrichter der Hilfsmotoren anhand von je einem Drehmoment-Sollwert betrieben werden könnten. Die Koppelungen zwischen diesen Hilfsmotoren und der Welle W2 sind der Koppelung zwischen dem Hilfsmotor HM (4) und der Welle W1 gleich und werden nicht nochmals beschrieben. Bei der dargestellten Anordnung ist es am vorteilhaftesten, wenn die Drehmomenterzeuger die Welle W2 in gleichlange Abschnitte teilen, wobei, wie schon angedeutet, diese Anordnung nicht erfindungswesentlich ist. Hier wird auf jeden Fall ein grosser Vorteil der Verwendung eines Drehmomenterzeugers in Sinne der Anmeldung deutlich: mit ihrer Hilfe ist ein modularer Aufbau einer Textilmaschine möglich. Wenn nötig, kann also eine Maschine auch nachträglich noch verlängert werden, ohne dass die Antriebe der Grundmaschine geändert werden müssen.
Anders als der Motor M in der Anordnung nach 4, ist keiner von beiden Motoren M1 bzw. M2 in der 7 mit einem Drehzahlgeber (T in 4) versehen. Stattdessen erhalten die Frequenzumrichter ihre jeweiligen Sollwerte von einer gemeinsamen programmierbaren Steuerung S. Das momentane Verhältnis zwischen den Drehzahlen der Wellen W1, W2 wird daher durch die Programmierung der Steuerung S bestimmt.
Die Anwendung in einer Ringspinnmaschine
Die Probleme des Streckwerksantriebs in einer Ringspinnmaschine sind ausreichend im Zusammenhang mit dem Stand der Technik (vgl. 2 und 3) erklärt worden und werden hier nicht wiederholt. Dem Fachmann wird es klar sein, dass solche Probleme durch eine Gesamtanordnung gemäss der 7 effizient und effektiv gelöst werden können.
Das Antriebsystem gemäss der 4 ist anwendbar in Kombination z. B. mit einem Spindelantrieb gemäss der 1. Wenn eine Ringspinnmaschine mit einem derartigen Spindelantrieb verlängert werden soll, ob als Nachrüstung einer bestehenden Maschine oder beim Auslegen einer Neukonstruktion, um eine grössere Anzahl von Arbeitspositionen (Spinnstellen) zu umfassen, entstehen zumindest die folgenden Probleme im Zusammenhang mit dem Antrieb:

1. Der Spindelantriebsmotor muss normalerweise vergrössert werden, um ein erhöhtes Drehmoment zu erzeugen, wobei oft kein Platz für einen grösseren Motor vorhanden ist und/oder keine ausreichende Kühlung am bestehenden Standort des Hauptantriebsmotors gewährleistet ist;
2. Die Welle 18 muss verlängert werden, um die Antriebskräfte an die zusätzlichen Spinnstellen übertragen zu können. Wenn der Wellendurchmesser nicht vergrössert wird und ihre Lager nicht entsprechend angepasst werden können, entstehen allenfalls Torsionsprobleme im Verlängerungsbereich. Solche Probleme bestehen z. B. darin, dass beim Hochlaufen die vom Antriebsmotor entfernten Spinnstellen mit einer kurzen Verzögerung beschleunigt werden, wobei Fasermaterial schon vom Streckwerk geliefert wird. Daraus ergeben sich zumindest Drehungsunterschiede im Garn, wenn nicht Fadenbrüche in den verzögerten Spinnstellen.

Bei der Anwendung einer Anordnung gemäss der 4 für den Spindelantrieb einer verlängerten Maschine nach 1 kann man davon ausgehen, dass die schon bestehende Maschinenauslegung für die schon vorhandenen Spinnstellen optimiert worden ist und nicht verändert werden sollte. Ein Drehmomenterzeuger gemäss der 4 kann aber im Verlängerungsbereich ein Hilfsdrehmoment in die verlängerte Welle 18 (1) einleiten. Prinzipiell kann die Hilfsantriebsstelle am vom Hauptantrieb entfernten Ende der Welle vorgesehen werden. Wenn aber die Platzverhältnisse am Wellenende dies nicht zulassen, kann die Hilfsantriebsstelle innerhalb des Verlängerungsbereichs angeordnet werden.
Die 8 zeigt schematisch eine Kombination der Ausführungen gemäss den 4 und 7 in einer Ringspinnmaschine, wobei in der 8

– die Welle W der sogenannten Tambour-Welle für den Spindelantrieb darstellt (vgl. Welle 18 in der 1) und der Welle W in der 4 entspricht;
– die Welle W1 dem gemeinsamen Antrieb für die Einlauf- und Mittelzylinder des Streckwerks darstellt (siehe die Walzenstränge 9 und 10 in der 1) und der Welle W1 in der 7 entspricht;
– die Welle W2 dem Antrieb für den Auslaufzylinder des Streckwerks darstellt (siehe den Walzenstrang 11 in der 1) und der Welle W2 in der 7 entspricht, wobei aber in der 8 nur ein Hilfsmotor NM2 statt, wie in der 7, zwei Hilfsmotoren zur Drehmomenterzeugung vorgesehen ist;
– die Auslaufwellen der drehzahlerzeugenden Motoren M, M1, M2 in der 8 nicht speziell angedeutet sind und die Getriebe jeweils mit dem Bezugszeichen G angedeutet sind, da ihre jeweilige Gestaltung für die Erfindung keine Rolle spielt;
– der Drehzahlgeber T sein Signal sowohl an den Frequenzumrichter FU des Motors M als auch an die Frequenzumrichter HFU, HFU1 und HFU2 liefert;
– die programmierbare Steuerung S ein programmierter Drehzahlsollwert n_soll, an die Frequenzumrichter FU und HFU, ein programmierter Drehzahlsollwert n1_soll, an die Frequenzumrichter FU1 und HFU1 und ein programmierter Drehzahlsollwert n2_soll an die Frequenzumrichter FU2 und HFU2 liefert; und
– die drehzahlgesteuerten Motoren M1 und M2 als Synchronmotoren (Syn), der drehzahlgesteuerte Motor M als ein Asynchronmotor ASM und alle Hilfsmotoren HM, HM1, HM2 als Asynchronmotoren ASM realisiert sind.

Die Arbeitsweise der Anordnung gemäss der 8 ergibt sich aus einer Betrachtung der vorangehenden Figuren, wobei der Fachmann erkennen wird, dass der Streckwerksantrieb eigentlich für die zweite Maschinenseite (vgl. 1, Maschinenseite 2) verdoppelt werden muss.
Sofern man von einem völlig neuen Maschinenkonzept ausgehen kann, hat der Konstrukteur relativ viele Freiheit, die Elemente des Antriebssystems in dieses Konzept zu integrieren. Die optimale Lösung besteht allenfalls dann darin, für die bzw. jede Welle ein einziger drehzahlgesteuerte Motor mit mindestens einem Drehmomenterzeuger und allenfalls mit mehreren Drehmomenterzeuger zu kombinieren. Sofern es aber um die Verlängerung einer vorgegebenen Maschinenkonstruktion geht, d.h. einer Maschine, die schon in einem kürzeren Zusammenbau realisiert wurde, sind diese Freiheiten oft nicht vorhanden. Die Erfindung kann aber auch dann mit Vorteil angewendet werden, wie die nachfolgende Erklärung anhand der 9 bis 11 darstellen soll.
Die 9 zeigt skizzenhaft verschiedene Arbeitselemente einer Ringspinnmaschine eines bestehenden Typs bzw. Modells, ohne effektiven Bezug zur Anordnung im Raum innerhalb des Maschinenquerschnitts. Die gestrichelten, sich von oben nach unten erstreckenden Linien stellen die Enden der Sektionen dar, welche den Arbeitspositionen umfassen – links von der linken Linie befindet sich der sogenannten Maschinenfuss F und rechts von der rechten Linie der Maschinenkopf K. Es wird nun angenommen, die bestehenden Modelle mit z. B. bis zu 1200 Spindeln (30 Sektionen) sollen durch ein neues Modell ergänzt werden, das 1600 Spindeln (40 Sektionen) umfasst. Der Maschinenkopf und -Fuss sollen dabei weitgehend unverändert beibehalten werden.
Von oben nach unten betrachtet, zeigt die 9 den Einlaufzylinder EZ vom Streckwerk an der einen Maschinenseite, den Mittelzylinder MZ und den Auslaufzylinder AZ des gleichen Streckwerks, den Absaugkanal AK, die Tambourwelle TW, den Auslaufzylinder AZ, dem Mittelzylinder MZ und den Einlaufzylinder EZ der anderen Maschinenseite. Jeder Streckwerkzylinder wird an beiden Enden angetrieben, wobei auf jede Maschinenseite für den Auslaufzylinder AZ ein Motorenpaar SMA und für die Einlauf- und Mittelzylinder EZ, MZ ein gemeinsames Motorenpaar SMM vorgesehen ist. Alle bisher genannten Motoren SMA bzw. SMM sind als Synchronmotoren ausgeführt und sie befinden sich entweder im Kopf K oder im Fuss F der Maschine. Für die Tambourwelle TW ist ein Hauptantriebsmotor HMA im Fuss F vorgesehen. Symbolisch ist mit der Elementengruppe SG angedeutet, dass es sich um einen sogenannte „Vierspindel-Antrieb" handelt – in einem derartigen Antriebssystem treibt jede Tambourscheibe TS (vgl. Scheibe 21 in der 1) mittels eines Riemens eine Gruppe von vier Spindeln, je zwei Spindeln pro Maschinenseite. Diese Anordnung ist aber nicht erfindungswesentlich – Alternativen sind dem Fachmann bekannt. Die verschiedenen Motoren sind mit ihren jeweiligen Wellen mittels geeigneter Kraftübertragungselemente (Getriebeblöcke, Riemen,....) verbunden – diese Elemente sind zum Teil in der 9 angedeutet, spielen aber für die folgenden Erklärungen keine wesentliche Rolle und werden deshalb nicht näher erläutert.
Die Elemente, die bisher im Zusammenhang mit der 9 beschrieben wurden gehören zur „Grundausrüstung" der Maschine. Sie kommen in allen Bauvarianten (Baulängen) – d.h. auch in den bestehenden Varianten – vor. Die Antriebsanordnung ist dem Fachmann auch gut bekannt. Es kann angenommen werden, dass die Durchmesser und die Materialien der Wellen TW, EZ, MZ, AZ für alle bestehenden Bauvarianten standardisiert worden sind, und dass die Sektionen mit entsprechenden Lagereinheiten und Halterungen (nicht gezeigt) versehen sind. Für die bisher erwähnten Antriebsmotoren ist ein Kühlsystem vorgesehen, das z. B. gemäss EP-A-326688 und/oder DE-A-19535310 gestaltet ist. Für diese Motoren sind auch geeignete Frequenzumrichter und Steuerungselemente vorgesehen, die ebenfalls bekannt sind und hier nicht gezeigt bzw. näher beschrieben werden müssen. Es kann weiter angenommen werden, dass die Modelle bestehender Baulängen mit einem Absaugkanal AK versehen sind, welcher einen einheitlichen Querschnitt über seine ganze Länge aufweist, was in der 9 teilweise mit gestrichelten Linien angedeutet ist. Die Maschine ist im Fuss mit einem geeigneten Ventilator (nicht gezeigt) versehen, welche im Betrieb einen Luftstrom von rechts nach links (Pfeilrichtung) erzeugt. Dieser Luftstrom dient zum Teil dem Kühlen der wärmeabgebenden Arbeitselemente, wie Motoren, Frequenzumrichter, usw.
Es kann weiter angenommen werden, dass die zum Einbau von 400 zusätzlicher Arbeitsstellen erforderliche Verlängerung der Wellen TW, EZ, MZ, AZ zu Torsionsproblemen in den Wellen TW und MZ (nicht aber in den Wellen EZ und AZ) führen wird, wenn keine Gegenmassnahmen getroffen werden. Die erste Gegenmassnahme gemäss dieser Erfindung besteht darin, die betroffene Wellen TW und MZ (an beiden Maschinenseiten) in der verlängerten Version mit je einem geeigneten Drehmomenterzeuger DE zu versehen. Da diese Aggregate schon im Zusammenhang mit den vorhergehenden Figuren ausführlich erläutert worden sind, werden sie nicht einzeln im Zusammenhang mit der 9 beschrieben, wobei zu bestätigen ist, dass jeder Drehmomenterzeuger aus einem Asynchronmotor NM und einem jeweils geeigneten Frequenzumrichter HFU besteht. Aus der 9 ist ersichtlich, dass diese zusätzlichen Motoren innerhalb der Sektionen zu unterbringen sind, d.h. der Kopf bzw. Fuss kann weiterhin für alle Bauvarianten unverändert bleiben.
Es sind verschiedene Lösungen für das Unterbringen von Motoren in den Sektionen einer Ringspinnmaschine bekannt – siehe z. B. DE-A-10040420, DE-A-10209992, sowie DE Patentanmeldung Nr. 10 2004 017025.8 vom 02.04.2004. Der Gesamtinhalt der letztgenannten Anmeldung wird hiermit zum integrierenden Bestandteil der vorliegenden Beschreibung erklärt. Eine zweckmässige Lösung wird nun anhand der 10 und 11 näher erklärt, wobei diese Lösung mit der Lehre gemäss DE 10 2004 017025.8 kombiniert werden kann.
Die 10 zeigt schematisch den Umriss U vom sogenannten Zwischenschild (siehe dazu z. B. DE-A-4319959 und/oder DE-A-19836911) inklusiv des Absaugkanals AK. Die Mittelebene der Maschine ist gestrichelt angedeutet. Oberhalb des Absaugkanals befinden sich die Zylinder EZ, MZ, AZ, wobei in der 10 die Zylinder nur auf der rechten Maschinenseite dargestellt sind. Aus der 10 ist ersichtlich, dass, um den bestehenden Maschinenquerschnitt beibehalten zu können, der Motor HM vom Drehmomenterzeuger für den dargestellten Mittelzylinder MZ im Raum vorgesehen werden soll, welcher „normalerweise" vom Absaugkanal AK besetzt wird, wobei die Welle des Motors mittels einer Riemenübertragung R mit dem Mittelzylinder MZ verbunden ist. Dies kann aber dadurch ermöglicht werden, dass der Querschnitt des Absaugkanals im Endpartie in der Nähe des Kopfes K (9) ausreichend reduziert wird, um den für den Motor HM erforderlichen Platz freizustellen, was in der 9 mit vollausgezogenen Linien angedeutet ist. Diese Ausführung ist realisierbar, weil die Kanalpartie AK1 mit reduziertem Querschnitt am vom Ventilator entfernten Ende des Kanals vorgesehen ist. Die Luftmenge, die in dieser Partie durch die Absaugröhrchen AR (9) der einzelnen Spinnstellen in den Kanal einströmt, kann daher auch mit reduziertem Strömungsquerschnitt verkraftet werden.
In einer Alternative könnte der Querschnitt des Kanals AK über die ganze Länge der Maschine im wesentlichen konstant beibehalten werden, wobei die beiden Motoren HM (9) der Drehmomenterzeuger für die Streckwerke im Absaugkanal AK aufgestellt werden, wie dies prinzipiell in DE-A-19612707 für die Spindelmotoren vorgeschlagen wurde. Es können dann, sofern notwendig, lokale Erweiterungen im Kanalquerschnitt in der Nähe der Motoren HM vorgesehen werden, um eine unakzeptable Störung der Strömungsverhältnisse in der Nähe der benachbarten Spinnstellen zu vermeiden.
Die 10 zeigt ebenfalls die Tarnbourwelle TW mit einer Tambourscheibe TS im Verhältnis zum Maschinenquerschnitt. In der Ausführung der Maschine mit einer verlängerten Welle TW trägt die Welle TW zusätzlich eine Scheibe HS, womit das effektive Drehmoment vom Motor NM des Drehmomenterzeugers für die Tambourwelle in die Welle eingeleitet werden kann. Der Motor HM kann in diesem Fall senkrecht unterhalb der Tambourwelle untergebracht werden, ohne wesentliche Platzprobleme zu verursachen. Seine Wärmeverluste müssten aber an die Umgebungsluft abgegeben werden, es sei denn auch dieser Motor in einem Wasserkühlungskreis z. B. gemäss EP-A-326688 integriert werden kann.
Schliesslich zeigt die 11 eine Möglichkeit, lokal Platz im oberen Teil des Maschinenquerschnitts freizustellen, z. B. um Erweiterungen (oder Umlenkungen) des Absaugkanals AK zu ermöglichen. In dieser Variante wird die Tambourwelle in zwei Abschnitte TW1 bzw. TW2 aufgeteilt, wobei jeder Abschnitt in den ihm zugeordneten Sektionen montiert ist, z. B. gemäss DE-A-19758317. Zwischen den Sektionengruppen, welche die Abschnitte TW1, TW2 aufnehmen, wird eine Brücken- bzw. Verbindungssektion (nicht gezeigt) eingefügt, die nur eine relativ kleine Anzahl Spindeln (Spinstellen) umfasst, beispielsweise acht = je vier pro ^I Maschinenseite. Der Motor HM' des Drehmomenterzeugers für die Tambourwelle TW wird auf einem Träger (nicht gezeigt) in der Brückensektion montiert, wobei der Träger derart aufgestellt ist, dass sich der Motor HM' unterhalb der niedrigsten horizontalen Ebene befindet, welche der Tambourwelle TW schneidet.
Die einander gegenübergestellten Enden der Wellenabschnitte TW1, TW2 sind mit je einer Tambourscheibe TS1 bzw. TS2 und je einem Antriebsrad TR1 bzw. TR2 versehen. Mittels der Tambourscheiben TS1, TS2 werden die Spindeln der Brückensektion angetrieben, was in der 11 mit „Schattenlinien" angedeutet ist, obwohl die Spindeln in dieser Ansicht eigentlich nicht sichtbar wären. Die Antriebsräder TR1, TR2 werden mit je einem Ende einer durchgehenden Motorwelle MW verbunden, sodass das effektive Drehmoment des Motors HM' dadurch in die Wellenabschnitte TW1, TW2 eingeleitet wird. Der Raum zwischen den Antriebsrädern TR1, TR'' wird somit freigelassen und kann zum Berücksichtigen eines erweiterten und/oder umgebogenen Absaugkanals genutzt werden.
In der Ausführung gemäss der 11 dient der Motor HM' zusätzlich als eine „Brücke" zwischen den Wellenabschnitten TW1, TW2. Die Drehzahl des Abschnitts TW1, welche durch den drehzahlgesteuerten Motor HMA bestimmt ist, wird durch die Riemenübertragung der Welle des Motors HM' aufgeprägt und durch diese Motorenwelle bzw. die Rückübertragung an den Wellenabschnitt TW2 weitergegeben. Auch die Drehzahl vom „separaten" Wellenabschnitt TW2 wird somit, indirekt, vom drehzahlgesteuerten Motor HMA bestimmt.
In einer Variante gemäss der 11 müssten die Motoren der Drehmomenterzeuger für die Streckwerke ebenfalls in der Brückensektion aufgenommen werden, um den freigestellten Platz optimal ausnutzen zu können. Falls aber eine Lösung ohne Brückensektion gewählt wird, können die Drehmomenterzeuger in der Längsrichtung der Maschine verteilt werden, wie dies in der 9 angedeutet ist. Der Drehmomenterzeuger für die Tambourwelle soll auf jeden Fall da vorgesehen werden, wo sonst Torsionserscheinungen zu erwarten sind, beispielsweise im Wellenverlängerungsbereich. Die Drehmomenterzeuger für die Streckwerke sind in der Lösung gemäss der 9 im Bereich des reduzierten Kanalquerschnitts AK1 vorzusehen und sonst auch wo, ohne diese Hilfsmotoren, mit unakzeptablen Wellentorsionen zu rechnen ist.
Es ist ein Vorteil der Anwendung dieser Erfindung in der Ringspinmaschine; dass die verschiedenen Motoren sich mittels der sogenannten „Rekuperation" bei einem Netzausfall gegenseitig unterstützen können. Zu diesem Zweck sind z. B. die Motoren M, HM in der 4 mittels dem Gleichstromzwischenkreis DC miteinander verbunden. Das Rekuperationsprinzip, ist dem Fachmann gut bekannt und ist z. B. der DE-A-4312023 zu entnehmen. Auf eine eingehendere Beschreibung dieser Massnahme kann daher verzichtet werden.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten bzw. beschriebenen Ausführungen eingeschränkt. Die Erfindung sieht für mindestens eine Welle einerseits einen drehzahlbestimmenden Motor und andererseits einen Hilfsmotor, der als Drehmomenterzeuger wirkt, vor. Durch das Vorgeben vom Drehmoment des Hilfsmotors ist es möglich, der Beitrag dieses Motors zum Gesamtantrieb, insbesondere relativ zum Beitrag des drehzahlbestimmenden Motors, festzulegen.
Durch die Möglichkeit, das Drehmoment des Hilfsmotors variabel zu bestimmen (vorzugeben) ist es möglich, das in die entsprechende Welle eingeleitete Drehmoment optimal an die Betriebsverhältnisse gesteuert anzupassen. Eine Anpassung könnte z. B. aus einem oder mehreren der folgenden Gründen erforderlich sein:

1. Weil sich das Lastmoment, welches das von der langen Welle zu erbringende Drehmoment beeinflusst, über die sogenannte Kops-Reise (mit dem Kopsfüllungsgrad) ändert – siehe 12A (zur „Kops-Reise" bzw. zum Kopsaufbau, siehe Die Kurzstapelspinnerei, Band 4: Ringspinnmaschine, Autor W. Klein, Herausgeber The Textile Institute, Seite 31 bis 33).
2. Weil das Lastmoment eine (in einer Ringspinnmaschine nicht-lineare) Funktion der Wellendrehzahl ist – siehe 12B.
3. Weil das Lastmoment von Beschleunigungs- bzw. Bremsvorgängen abhängig ist – siehe 12C sowie 12D.
4. Weil in einer Spinnmaschine das Lastmoment einer Funktion der sogenannten Garnnummer ist – siehe 12E. (zur „Garnnummer" siehe Johannsen, Handbuch der Baumwollspinnerei, Band I, 4te Auflage, Seite 24 bis 32).

Mittels der selektiv wählbaren Vorgabe des Drehmoments vom Hilfsmotor kann seinen Beitrag zur Bewältigung der Gesamtlast an die momentan effektiven Lastverhältnisse angepasst werden. Mittels einer Steuerung kann diesen Beitrag im Betrieb geändert werden und zwar, beispielsweise, als eine Funktion der Drehzahl und/oder der Zeit.

Claims

Antriebssystem für eine lange Welle (W, 4; W1, W2, 7 bzw. 8; MZ, TW, 9) mit mindestens einem ersten Elektromotor, der derart an einer ersten Stelle mit der langen Welle gekoppelt ist, dass im Betrieb die lange Welle mit einer Drehzahl dreht, welche durch die Drehzahl der Ausgangswelle des Motors bestimmt wird, und mit einer Motorsteuerung, welche im Betrieb die Drehzahl der Motorenwelle bestimmen kann, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiterer Elektromotor an einer zweiten, von der ersten Stelle entfernten Stelle mit der Welle gekoppelt und derart gestaltet ist, dass bei jeder durch den ersten Motor bestimmten Drehzahl der weitere Motor ein vorgegebenes Drehmoment in die Welle einleiten kann, und dass für den weiteren Motor eine Motorsteuerung vorgesehen ist, welche den ihr zugeordneten Motor zur Abgabe eines vorgebbaren Drehmoments speisen kann.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Motor ein Synchronmotor, insbesondere ein Reluktanzmotor, ist, und der weitere Motor ein Asynchronmotor ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Motor ein Asynchronmotor ist, und der weitere Motor auch ein Asynchronmotor ist.
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Motor derart geregelt ist, dass er eine Drehzahlvorgabe auch bei Laständerungen einhält.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung für den weiteren Motor derart gewählt ist, dass im Betrieb der an den Motor gelieferte Strom gesteuert bzw. geregelt wird.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Motor maximal 80%, vorzugsweise maximal 70% des Drehmoments vom ersten Motor erzeugen kann.
Streckwerk für eine Längsteilmaschine mit mindestens zwei langen Wellen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine dieser Wellen (MZ, 9) mit einem Antriebssystem gemäss einem der Ansprüche 1 bis 6 versehen ist, so dass im Betrieb das Drehzahlverhältnis der langen Wellen, d.h. der Verzug zwischen diesen Wellen, mittels der Bestimmung der Drehzahl des ersten Elektromotors wählbar festgelegt werden kann
Streckwerk für eine Längsteilmaschine mit mindestens zwei langen Wellen, dadurch gekennzeichnet, dass diese Wellen (W1, W2, 7 bzw. 8) mit je einem Antriebssystem gemäss einem der Ansprüche 1 bis 6 versehen sind, so dass im Betrieb das Drehzahlverhältnis der langen Wellen, d.h. der Verzug zwischen diesen Wellen, durch das Drehzahlverhältnis der beiden Ausgangswellen der jeweiligen ersten Elektromotoren wählbar festgelegt werden kann.
Ringspinnmaschine mit einer ersten langen Welle zur Abgabe von Antriebskräfte an die Spindeln der Spinnstellen und mit einem Streckwerk gemäss Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle ebenfalls mit einem Antriebssystem gemäss einem der Ansprüche 1 bis 6 versehen ist.
Maschine gemäss dem Anspruch 9 gekennzeichnet durch eine programmierbare Steuerung zur Bestimmung von Sollwerte für die Drehzahlen der beiden ersten Motoren.
Längsteilmaschine mit einem Streckwerk, einem Absaugkanal und einem Hilfsmotor zur Erzeugung eines Drehmoments an einer Stelle zwischen den Enden der Streckwerkszylinder, dadurch gekennzeichnet, dass der Absaugkanal mindestens eine Partie mit einem relativ kleinen Querschnitt aufweist und der Hilfsmotor mindestens zum Teil den Platz besetzt; welcher durch die Verkleinerung des Kanalquerschnitts freigestellt wurde.
Antriebssystem für eine lange Welle (TW1; TW2, 11) mit mindestens einem ersten Elektromotor, der derart an einer ersten Stelle mit der langen Welle gekoppelt ist, dass im Betrieb die lange Welle mit einer Drehzahl dreht, welche durch die Drehzahl der Ausgangswelle des Motors bestimmt wird, einer Motorsteuerung, welche im Betrieb die Drehzahl der Motorenwelle bestimmen kann, und mindestens einem weiteren Elektromotor zum Erzeugen eines Hilfsdrehmoments an einer zweiten, von der ersten Stelle entfernten Stelle dadurch gekennzeichnet, dass die lange Welle in mindestens zwei Abschnitte (TW1, TW2) aufgeteilt ist, wobei beide Abschnitte mit der Motorwelle (MW) des weiteren Elektromotors durch Drehungsübertragungsmittel verbunden sind.