DE102004063925B4

DE102004063925B4 - Energetischer Webmaschinenverbund

Info

Publication number: DE102004063925B4
Application number: DE102004063925A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Herrlein; Michael Lehmann; Manuel Renz; Dieter Mayer; Host Hellmuth
Original assignee: Lindauer Dornier GmbH
Current assignee: Lindauer Dornier GmbH
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2024-07-16
Also published as: EP1766119B1; EP1766119A1; DE102004063925A1; WO2006005294A1; EP1766120A1; ATE462034T1; WO2006005295A1; DE502005009278D1

Abstract

Energetischer Webmaschinenverbund, umfassend n Webmaschinen mit Fachbildemitteln, wobei jede Webmaschine eine Hauptantriebswelle aufweist, wobei jede Webmaschine wenigstens eine auf die Hauptantriebswelle wirkende Antriebseinheit mit einem in Drehzahl und Drehrichtung veränderlichen, aus Rotor und Stator bestehenden Elektromotor besitzt, welcher Elektromotor mit einem als Wechselrichter ausgebildeten leistungselektronischen Stellglied betrieben wird, welches Bestandteil der Antriebseinheit ist, wobei ferner zwischen dem Elektromotor und der Hauptantriebswelle eine aus drehfesten und drehbeweglichen Teilen bestehende elektromagnetisch schaltbare Kupplungs-Brems-Kombination angeordnet ist und die Antriebseinheit vorzugsweise eine Zusatz-Schwungmasse besitzt, wobei der Wechselrichter (7; 18) der Antriebseinheiten der n Webmaschinen, wobei n > 1 ist, mit einem gemeinsamen elektrischen Spannungszwischenkreis (5; 12) verbunden ist und wobei für die Antriebseinheiten der n Webmaschinen eine gemeinsam genutzte netzrückspeisefähige Gleichrichter-Einspeiseeinheit (4; 11) vorhanden ist, welche mit dem elektrischen Spannungszwischenkreis (5; 12) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen energetischen Webmaschinenverbund, umfassend n Webmaschinen mit Fachbildemitteln, wobei jede Webmaschine eine Hauptantriebswelle aufweist, wobei jede Webmaschine wenigstens eine auf die Hauptantriebswelle wirkende Antriebseinheit mit einem in Drehzahl und Drehrichtung veränderlichen, aus Rotor und Stator bestehenden Elektromotor besitzt, welcher Elektromotor mit einem als Wechselrichter ausgebildeten leistungselektronischen Stellglied betrieben wird, welches Bestandteil der Antriebseinheit ist, und wobei ferner zwischen dem Elektromotor und der Hauptantriebswelle eine aus drehfesten und drehbeweglichen Teilen bestehende, elektromagnetische schaltbare Kupplungs-Brems-Kombination angeordnet ist und wobei die Antriebseinheit vorzugsweise eine Zusatz-Schwungmasse besitzt.

Aus der DE 4436 424 A1 ist eine Antriebseinheit eines Webautomaten bekannt, welche in bestimmten Arbeitsphasen als Gleichstrommotor arbeitet und dabei von einem Stromversorgungsnetz mit Energie gespist wird, und welche in anderen Arbeitsphasen als Gleichstromgenerator arbeitet und dabei Energie in das Stromversorgungsnetz zurückspeist. Die Vorrichtung gemäß DE 44 36 424 A1 weist unter anderem einen Stromrichter und eine Steuereinheit für die Steuerung des Antriebssystems des Webautomaten auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Aufwand an leistungselektronischen Mitteln zum Betreiben von Webmaschinen in einem energetischen Webmaschinenverbund niedrig zu halten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der Patentansprüche 1, 2 und 7 gelöst.

Danach sind gemäß Patentanspruch 1 die Wechselrichter der Antriebseinheiten von n Webmaschinen, wobei n > 1 ist, mit einem gemeinsamen elektrischen Spannungszwischenkreis verbunden und für die Antriebseinheiten der n Webmaschinen ist eine gemeinsam genutzte, netzrückspeisefähige Gleichrichter-Einspeiseeinheit vorhanden, welche mit dem elektrischen Spannungszwischenkreis verbunden ist.

Gemäß Patentanspruch 2 erfolgt die Einspeisung elektrischer Energie bei motorischem Betrieb der Antriebseinheit erfindungsgemäß dadurch, dass eine erste Einspeiseeinheit vorhanden ist, welche mit einem elektrischen Spannungszwischenkreis verbunden ist. Die Netzrückspeisung erfolgt bei generatorischem Betrieb der Antriebseinheit erfindungsgemäß dadurch, dass eine als Rückspeiseeinheit ausgeführte zweite Einspeiseeinheit vorhanden ist, die ebenfalls mit dem elektrischen Spannungszwischenkreis verbunden ist.

Nach dem selbständigen Patentanspruch 7 ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Wechselrichter der Antriebseinheiten von n Webmaschinen, wobei n > 1 ist, mit einem gemeinsamen elektrischen Spannungszwischenkreis verbunden sind und dass für die Antriebseinheiten der n Webmaschinen ein gemeinsam genutzter elektrischer Bremswiderstand vorhanden ist, welcher über geeignete Mittel mit dem elektrischen Spannungszwischenkreis verbunden ist.

In weiterer Ausgestaltung des energetischen Webmaschinenverbundes kann die wenigstens eine Rückspeiseeinheit oder der wenigstens eine elektrische Bremswiderstand so ausgelegt sein, dass die gleichzeitige Stillsetz-Bremsung von mehreren Webmaschinen aus maximaler Betriebsdrehzahl heraus möglich ist.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
In den Zeichnungen zeigen:
1 die schematische Darstellung eines bekannten Frequenzumrichters in Verbindung mit dem Elektromotor der Antriebseinheit einer im energetischen Webmaschinenverbund betreibbaren Webmaschine,
2 die schematische Darstellung eines bekannten Frequenzumrichters in Verbindung mit dem Elektromotor der Antriebseinheit einer im energetischen Webmaschinenverbund betreibbaren Webmaschine bei Verzicht auf Schalter (Bremschopper) und elektrischem Bremswiderstand nach 1,
3 die schematische Darstellung eines bekannten Frequenzumrichters in Verbindung mit dem Elektromotor der Antriebseinheit einer im energetischen Webmaschinenverbund betreibbaren Webmaschine mit der Möglichkeit, elektrische Energie in das Versorgungsnetz zurückzuspeisen und
4 die schematische Darstellung eines bekannten Frequenzumrichters in Verbindung mit dem Elektromotor der Antriebseinheit einer im energetischen Webmaschinenverbund betreibbaren Webmaschine mit der Möglichkeit, bei Verzicht auf Schalter (Bremschopper) und elektrischem Bremswiderstand gemäß 3, elektrische Energie in das Versorgungsnetz zurückzuspeisen.
1 zeigt anhand vereinfachter bzw. schematischer Darstellung einen aus dem Stand der Technik bekannten Frequenzumrichter 1 für den Elektromotor 2 der nicht dargestellten Antriebseinheit einer in einem energetischen Webmaschinenverbund betreibbaren Webmaschine.
Das speisende Netz 3, also das Versorgungsnetz, ist mit drei Leitern 3.1, 3.2, 3.3 als dreisträngiges Drehstromnetz dargestellt. Die dem Frequenzumrichter 1 zugeordnete Einspeiseeinheit 4 wandelt die Netzspannung in eine Spannung mit einem in der Regel hohen Gleichspannungsanteil. Man spricht im Stand der Technik dann von einem Spannungszwischenkreis 5 oder auch Gleichspannungszwischenkreis. Die Einspeiseeinheit 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel nicht in der Lage, elektrische Energie vom Spannungszwischenkreis 5 in das Versorgungsnetz 3 zurückzuspeisen. Eine solche nicht rückspeisefähige Einspeiseeinheit wird im Stand der Technik oft als sogenannte ungesteuerte B6-Brücke ausgeführt.
Im Spannungszwischenkreis 5 ist zumeist eine Kapazität 6 vorgesehen, welche u.a. dazu dient, die Spannung im Spannungszwischenkreis 5 zu stabilisieren.
Der Wechselrichter 7 schließlich wandelt die Spannung aus dem Spannungszwischenkreis 5 wieder in eine Wechsel- oder Drehspannung; d.h. man hat wieder ein Wechsel- bzw. Drehstromsystem 8, welches sich vor allem in Effektivspannung, Frequenz, Phasenlage und Strangzahl vom speisenden Netz 3 unterscheiden kann. In der 1 ist es beispielsweise ein dreisträngiges Drehstromsystem 8.
Das Drehstrom- bzw. Wechselstromsystem 8 dient dem Betreiben des Elektromotors 2. Soll der Elektromotor 2 und gegebenenfalls die Webmaschine stillgesetzt oder in ihrer Drehzahl verringert werden oder soll eine Drehrichtungsumkehr bewirkt werden, so muss ein Bremsvorgang erfolgen, bei dem kinetische Energie vom Elektromotor 2, gegebenenfalls von der nicht dargestellten Schwungmasse, den mitrotierenden Teilen einer Kupplungs-Brems-Kombination und gegebenenfalls weiterer nicht dargestellter Komponenten der Webmaschine über den Elektromotor 2 als Wandler (Generator) in elektrische Energie umgewandelt wird und als elektrische Energie über das Stromsystem 8 und den Wechselrichter 7 zum Spannungszwischenkreis 5 gelangt – sofern man den vorgenannten rotierenden Einrichtungen nicht die Zeit des Austrudelns über ihre Eigenverluste geben will oder kann.
Die Einspeiseeinheit 4 kann diese Energie nicht an das speisende Netz 3 weitergeben und die Kapazität 6 kann diese Energie nur in bestimmtem Maße aufnehmen, da sonst die Spannung im Spannungszwischenkreis 5 unzulässig hoch wird.
Mittels eines Schalters 9, im Stand der Technik oft als Chopper oder Bremschopper bezeichnet, wird diese Energie stattdessen dem wenigstens einen elektrischen Bremswiderstand 10 zugeführt, der sie in Wärme umsetzt. Oft werden dabei die Längen von Ein- und Ausschaltzeiten des Schalters 9 unter Berücksichtigung des Niveaus der Spannung im Spannungszwischenkreis 5 festgelegt.
Die kinetische Energie schon des Motors 2 selbst und der gegebenenfalls vorhandenen wenigstens einen Schwungmasse ist jedoch sehr hoch. Bei häufigem Bremsen entsteht im Bremswiderstand 10 entsprechend viel Wärme. Der Bremswiderstand 10 muss daher entsprechend groß ausgeführt werden, um die Wärme auch an die Umgebung abstrahlen zu können. D.h. dass z.B. ein Schaltschrank, in dem der Bremswiderstand 10 installiert ist, muss entsprechend groß sein und/oder aufwendig gekühlt werden.
Erfindungsgemäß ist deshalb, unter Nutzung eines Wechselrichters 7 vorgesehen, entweder eine Gleichstrombremsung oder eine Gegenstrombremsung oder eine Kurzschlussbremsung des Elektromotors 2 vorzunehmen, die außer den Elektromotor 2, die gegebenenfalls vorhandene wenigstens eine Schwungmasse, die mitrotierenden Teile einer Kupplungs-Brems-Kombination, gegebenenfalls die Webmaschine und gegebenenfalls weitere Komponenten entsprechend mit abbremst. Die Vorgehensweisen zur Gleichstrombremsung, zur Gegenstrombremsung und zur Kurzschlussbremsung selbst sind im Stand der Technik hinreichend beschrieben. Sie bewirken, dass die kinetische Energie maßgeblich in Motorenwärme umgesetzt wird.
Der Bremswiderstand 10 und auch der Schalter 9 können entsprechend, kleiner ausgelegt werden, ebenso die notwendige Abstrahlfläche für die Motorwärme. Die Anteile der in Wärme umgesetzten kinetischen Energie über den Bremswiderstand 10 und über eine Gleichstrombremsung oder Gegenstrombremsung oder Kurzschlussbremsung können im Verhältnis zueinander beeinflusst werden – vorzugsweise durch die Art der Ansteuerung des Wechselrichters 7 und des Schalters 9. Bei Bedarf kann dies dem Bediener/Betreiber ermöglicht werden, z.B. unter Angabe von Empfehlungen oder es erfolgt eigenständig durch Steuermittel. Gegebenenfalls kann auf den Schalter 9 und den Bremswiderstand 10 ganz verzichtet werden. Die Anordnung gem. 1 reduziert sich dann um den Schalter 9 und den Bremswiderstand 10.
2 zeigt eine entsprechend reduzierte Anordnung eines Frequenzumrichters 1.
In 3 hat die Einspeiseeinheit 11 die selbe Aufgabe wie die Einspeiseeinheit 4 in 1, ist aber im Gegensatz zur Einspeiseeinheit 4 in 1 zudem in der Lage, Energie vom Spannungszwischenkreis 12 in das speisende Netz 13 zurückzuspeisen. Solche Einspeiseeinheiten sind Stand der Technik und in der Leistungselektronik oft wie ein Wechselrichter aufgebaut.
So kann also die unter 1 beschriebene kinetische Energie als elektrische Energie in das speisende Netz 13 zurückgespeist werden. Das bewirkt, dass der elektrische Bremswiderstand 14 und auch der Schalter 15 entsprechend kleiner ausgelegt werden können, ebenso die notwendige Abstrahlfläche für die Wärme des Elektromotors. Die Anteile der in Wärme umgesetzten kinetischen Energie über den Bremswiderstand 14 und die ins Versorgungsnetz 13 zurückgespeiste Energie können im Verhältnis zueinander beeinflusst werden – vorzugsweise durch die Art der Ansteuerung der Einspeiseeinheit 11 und des Schalters 15.
Bei Bedarf kann dies dem Bediener/Betreiber ermöglicht werden, z.B. unter Angabe von Empfehlungen oder es erfolgt eigenständig durch Steuerungsmittel.
Gegebenenfalls kann auf den Schalter 15 und den Bremswiderstand 14 ganz verzichtet werden; die Anordnung in 3 reduziert sich dann um diese beiden vorgenannten Komponenten.
4 zeigt eine entsprechend reduzierte Anordnung eines Frequenzumrichters 17.
Auch bei Verwendung einer rückspeisefähigen Einspeiseeinheit 11 in 3 und 4 und gegebenenfalls bei gleichzeitiger Verwendung von Schalter 15 und Bremswiderstand 14 kann zusätzlich oder alternativ mit Gleichstrombremsung oder Gegenstrombremsung oder Kurzschlussbremsung gearbeitet werden. Die Anteile der in Wärme umgesetzten kinetischen Energie über die Gleichstrombremsung oder die Gegenstrombremsung oder die Kurzschlussbremsung und über gegebenenfalls dem Bremswiderstand 14 und die ins Versorgungsnetz 13 zurückspeisende Energie können im Verhältnis zueinander beeinflusst werden – vorzugsweise durch die Art der Ansteuerung der Einspeiseeinheit 11 und des Wechselrichters 18 sowie gegebenenfalls des Schalters 15. Bei Bedarf kann dies dem Bediener/Betreiber ermöglicht werden, z.B. unter Angabe von Empfehlungen oder es erfolgt eigenständig durch Steuerungsmittel.

1: Frequenzumrichter
2: Elektromotor
3: Speisendes Netz
3.1: elektrischer Leiter
3.2: elektrischer Leiter
3.3: elektrischer Leiter
4: Einspeiseeinheit
5: Spannungszwischenkreis
6: Kapazität
7: Wechselrichter
8: Wechsel-/Drehstromsystem
9: Schalter
10: Bremswiderstand
11: Einspeiseeinheit
12: Spannungszwischenkreis
13: Speisendes Netz
13.1: elektrischer Leiter
13.2: elektrischer Leiter
13.3: elektrischer Leiter
14: Bremswiderstand
15: Schalter
16: Kapazität
17: Frequenzumrichter
18: Wechselrichter
19: Wechsel-/Drehstromsystem

Claims

Energetischer Webmaschinenverbund, umfassend n Webmaschinen mit Fachbildemitteln, wobei jede Webmaschine eine Hauptantriebswelle aufweist, wobei jede Webmaschine wenigstens eine auf die Hauptantriebswelle wirkende Antriebseinheit mit einem in Drehzahl und Drehrichtung veränderlichen, aus Rotor und Stator bestehenden Elektromotor besitzt, welcher Elektromotor mit einem als Wechselrichter ausgebildeten leistungselektronischen Stellglied betrieben wird, welches Bestandteil der Antriebseinheit ist, wobei ferner zwischen dem Elektromotor und der Hauptantriebswelle eine aus drehfesten und drehbeweglichen Teilen bestehende elektromagnetisch schaltbare Kupplungs-Brems-Kombination angeordnet ist und die Antriebseinheit vorzugsweise eine Zusatz-Schwungmasse besitzt, wobei der Wechselrichter (7; 18) der Antriebseinheiten der n Webmaschinen, wobei n > 1 ist, mit einem gemeinsamen elektrischen Spannungszwischenkreis (5; 12) verbunden ist und wobei für die Antriebseinheiten der n Webmaschinen eine gemeinsam genutzte netzrückspeisefähige Gleichrichter-Einspeiseeinheit (4; 11) vorhanden ist, welche mit dem elektrischen Spannungszwischenkreis (5; 12) verbunden ist.
Energetischer Webmaschinenverbund, umfassend n Webmaschinen mit Fachbildemitteln, wobei jede Webmaschine eine Hauptantriebswelle aufweist, wobei jede Webmaschine wenigstens eine auf die Hauptantriebswelle wirkende Antriebseinheit mit einem in Drehzahl und Drehrichtung veränderlichen, aus Rotor und Stator bestehenden Elektromotor besitzt, welcher Elektromotor mit einem als Wechselrichter ausgebildeten leistungselektronischen Stellglied betrieben wird, welches Bestandteil der Antriebseinheit ist, und wobei ferner zwischen dem Elektromotor und der Hauptantriebswelle eine aus drehfesten und drehbeweglichen Teilen bestehende elektromagnetisch schaltbare Kupplungs-Brems-Kombination angeordnet ist und die Antriebseinheit vorzugsweise eine Zusatz-Schwungmasse besitzt, wobei die Einspeisung elektrischer Energie bei motorischem Betrieb der Antriebseinheit über eine erste Einspeiseeinheit (4; 11) erfolgt, welche mit einem elektrischen Spannungszwischenkreis (5; 12) verbunden ist und die Netzrückspeisung bei generatorischem Betrieb der Antriebseinheit über eine zweite entsprechend als Rückspeiseeinheit ausgeführte Einspeiseeinheit (4; 11) erfolgt, die ebenfalls mit dem elektrischen Spannungszwischenkreis (5; 12) verbunden ist.
Energetischer Webmaschinenverbund nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein elektrischer Bremswiderstand (10; 14) vorhanden ist, der so ausgelegt ist, dass nur die gleichzeitige Stillsetz-Bremsung von m Webmaschinen aus maximaler Betriebsdrehzahl heraus möglich ist, wobei m ≧ 1 und m < n ist.
Energetischer Webmaschinenverbund nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb der Fachbildemittel von der Hauptantriebswelle abgeleitet ist.
Energetischer Webmaschinenverbund nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb der Fachbildemittel mittels wenigstens eines eigenen Aktors erfolgt.
Energetischer Webmaschinenverbund nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor elektromechanischer Ausprägung ist und vorzugsweise aus einem Elektromotor besteht.
Energetischer Webmaschinenverbund, umfassend n Webmaschinen mit Fachbildemitteln, wobei jede Webmaschine eine Hauptantriebswelle aufweist, wobei jede Webmaschine wenigstens eine auf die Hauptantriebswelle wirkende Antriebseinheit mit einem in Drehzahl und Drehrichtung veränderlichen, aus Rotor und Stator bestehenden Elektromotor besitzt, welcher Elektromotor mit einem als Wechselrichter ausgebildeten leistungselektronischen Stellglied betrieben wird, welches Bestandteil der Antriebseinheit ist, wobei ferner zwischen dem Elektromotor und der Hauptantriebswelle eine aus drehfesten und drehbeweglichen Teilen bestehende elektromagnetisch schaltbare Kupplungs-Brems-Kombination angeordnet ist und die Antriebseinheit vorzugsweise eine Zusatz-Schwungmasse besitzt, wobei die Wechselrichter (7; 18) der Antriebseinheiten von n Webmaschinen, wobei n > 1 ist, mit einem gemeinsamen elektrischen Spannungszwischenkreis (5; 12) verbunden sind und wobei für die Antriebseinheiten der n Webmaschinen ein gemeinsam genutzter elektrischer Bremswiderstand (10; 14) vorhanden ist, welcher über geeignete Mittel mit dem elektrischen Spannungszwischenkreis (5; 12) verbunden ist.
Energetischer Webmaschinenverbund nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Bremswiderstand (10; 14) so ausgelegt ist, dass nur die gleichzeitige Stillsetz-Bremsung von m Webmaschinen aus maximaler Betriebsdrehzahl heraus möglich ist, wobei m ≧ 1 und m < n ist.
Energetischer Webmaschinenverbund nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb der Fachbildemittel von der Hauptantriebswelle abgeleitet ist.
Energetischer Webmaschinenverbund nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb der Fachbildemittel mittels wenigstens eines eigenen Aktors erfolgt.
Energetischer Webmaschinenverbund nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor elektromechanischer Ausprägung ist und vorzugsweise aus einem Elektromotor besteht.