DE102005031520A1

DE102005031520A1 - Pumpeneinheit zur Förderung von Spinnmasse

Info

Publication number: DE102005031520A1
Application number: DE200510031520
Authority: DE
Inventors: Rainer Hinkelmann
Original assignee: ZiAG Plant Engineering GmbH
Current assignee: Lurgi Zimmer GmbH
Priority date: 2005-07-06
Filing date: 2005-07-06
Publication date: 2007-01-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pumpeneinheit PE zur Förderung von Spinnmasse für eine Spinnvorrichtung mit einer Antriebseinheit 1 und einer Spinnpumpe 5, wobei die Antriebseinheit 1 ohne Zwischenschaltung eines mechanischen Getriebes mit der Spinnpumpe 5 verbunden ist. Erfindungsgemäß ist die Antriebseinheit 1 als Reluktanzmotor ausgebildet. Durch die erfindungsgemäße Pumpeneinheit PE wird der Umfang an unvermeidlichen Wartungsarbeiten bezüglich des Antriebs und die dadurch verursachten Produktionsausfälle auf ein Minimum reduziert. Gegenüber herkömmlichen in Verbindung mit einem mechanischen Getriebe zur Drehzahluntersetzung und Drehmomentverstärkung verwendeten elektrischen Antrieben beschränken sich die Wartungsarbeiten bei der erfindungsgemäßen Pumpeneinheit PE lediglich auf den Austausch der Motorlager, wobei sich die Standzeit der Motorlager betriebsbedingt durch die geringen Drehzahlen des Reluktanzmotors vervielfacht. Getriebeölwechsel und Austausch von Dichtungen zwischen elektrischem Antrieb und mechanischem Getriebe entfallen. Ferner werden durch die betriebsbedingt längeren Standzeiten der Motorlager auch die Wartungsintervalle deutlich verlängert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpeneinheit zur Förderung von Spinnmasse für eine Spinnvorrichtung zur Herstellung von Natur- und Synthesefasern.

Spinnvorrichtungen zur Herstellung von Natur- und Synthesefasern verfügen über Spinnpumpen, die verflüssigtes Ausgangsmaterial, die Spinnmasse bzw. Spinnschmelze oder Spinnlösung, fördern und durch Spinndüsen pressen. Dabei entstehen so viele Einzelfilamente, wie die spinnenden Spinndüsen Löcher haben.

Derartige Spinnpumpen werden bekanntlich mit Elektromotoren, insbesondere Synchronmotoren, angetrieben. Synchronmotoren werden in der Praxis vorzugsweise bei höheren Antriebsleistungen als Antriebe für Kompressoren und Pumpen verwendet.

Im Hinblick auf einen guten Wirkungsgrad sind die bekannten elektrischen Antriebe für Spinnpumpen für höhere Drehzahlen ausgelegt und mittels eines mechanischen Getriebes auf die gewünschte Arbeitsdrehzahl untersetzt. Mit der Untersetzung der Drehzahl wird das Drehmoment des elektrischen Antriebs zudem auf das gewünschte Antriebsmoment verstärkt.

Derartigen elektrischen Antrieben mit einem mechanischen Getriebe liegt das Problem zugrunde, dass unvermeidlich und regelmäßig Wartungsarbeiten anfallen. Diese Wartungsarbeiten umfassen den Austausch des Getriebeöls, den Austausch von Motorlagern und den Austausch von Dichtungen zwischen elektrischem Antrieb und mechanischem Getriebe. Mit diesen Wartungsarbeiten geht auch ein regelmäßiger Produktionsausfall einher. Je nach Spinnverfahren muss das Getriebeöl im allgemeinen nach 8.000 bis 40.000 Betriebsstunden ausgetauscht werden, wobei letzterer Wert nur für hochwertige Getriebe in Verbindung mit synthetischen Ölen gilt. Betriebsbedingt müssen die Motorlager nach ca. 20.000 Betriebsstunden ausgetauscht werden. Hinzu kommt der Austausch der Dichtungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die durch die Wartung der elektrischen Antriebe mit einem mechanischen Getriebe verursachten Kosten und Produktionsausfälle zu reduzieren.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den in dem Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Pumpeneinheit zur Förderung von Spinnmasse umfasst eine Antriebseinheit und eine Spinnpumpe, wobei die Antriebseinheit ohne Zwischenschaltung eines mechanischen Getriebes mit der Spinnpumpe verbunden ist. Die Antriebseinheit ist hierbei erfindungsgemäß als Reluktanzmotor ausgebildet, der grundsätzlich die Eigenschaften eines konventionellen Getriebemotors aufweist. Reluktanzmotoren als solche sind aus dem Stand der Technik als selbständig hochlaufende Sychronmotoren bekannt (vgl. LUEGER, Lexikon der Technik, Band 14). Sie zeichnen sich durch ein hohes Drehmoment und eine niedrige Drehzahl aus. Sie sind kompakt im Aufbau und kostengünstig zu betreiben.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Spinnpumpe eine Antriebswelle, die mit einer Antriebswelle der Antriebseinheit über eine Kupplung verbunden ist. Als Kupplung können grundsätzlich schaltbare und nicht schaltbare Kupplungen eingesetzt werden. Es ist aber auch möglich, die Antriebswellen von Antriebseinheit und Spinnpumpe ohne Kupplung miteinander zu verbinden. Dies setzt im allgemeinen voraus, dass die Wellen exakt zueinander fluchtend angeordnet sind. Beispielsweise kann der Reluktanzmotor direkt an die Spinnpumpe angeflanscht sein.

Die erfindungsgemäße Pumpeinheit mit dem Reluktanzmotor hat den Vorteil, dass eine Sicherheitskupplung für den Fall, dass die Spinnpumpe blockiert, grundsätzlich nicht erforderlich ist. Eine Überbeanspruchung kann in vorteilhafter Weise dadurch vermieden werden, dass das Drehmoment des Reluktanzmotors mit einem Frequenzumrichter limitiert wird.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Spinnpumpe mit einer Teleskopwelle versehen, die mit der Welle der Antriebseinheit über die Kupplung verbunden ist. Dadurch kann auch ein axialer Versatz ausgeglichen werden.

Zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern bei der Verbindung der Spinnpumpe mit der Antriebseinheit ist die Kupplung als Ausgleichskupplung ausgebildet. Vorzugsweise ist die Ausgleichskupplung als Kreuzgelenk bzw. Kardangelenk ausgebildet. Alternativ kann die Pumpeneinheit derart ausgebildet sein, dass der Antriebsstrang zwischen der Antriebseinheit und der Spinnpumpe zwei Kardangelenke zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern aufweist. Grundsätzlich sind auch andere starre und elastische Ausgleichskupplungen denkbar.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Spinnpumpe vorzugsweise als Zahnradpumpe ausgebildet. Grundsätzlich sind aber auch andere Pumpen zur Förderung der Spinnmasse denkbar.

Durch den Wegfall des mechanischen Getriebes zur Drehzahluntersetzung und zur Drehmomentverstärkung des elektrischen Antriebs werden die oben beschriebenen Wartungsarbeiten und die damit einhergehenden Produktionsausfälle beträchtlich reduziert. Getriebeölwechsel und der Austausch von Dichtungen zwischen elektrischem und mechanischem Getriebe entfallen. Lediglich der Austausch von Motorlagern bleibt unvermeidlich, wobei sich die Standzeit der Motorlager betriebsbedingt durch die geringen Drehzahlen des Reluktanzmotors von im allgemeinen ca. 20.000 auf ca. 100.000 Betriebsstunden vervielfacht, wodurch auch die Wartungsintervalle deutlich verlängert werden.

Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Pumpeneinheit ein Gestell zur Aufnahme der Antriebseinheit, wobei das Gestell an einer Bodenplatte befestigt sein kann.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
1 eine erfindungsgemäße Pumpeneinheit mit einem Reluktanzmotor als elektrischen Antrieb.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Pumpeneinheit PE zur Förderung von Spinnmasse abgebildet. Diese Pumpeneinheit ist Bestandteil einer Spinnvorrichtung zur Herstellung von Fasern- bzw. Synthesefasern und umfasst eine Antriebseinheit 1 mit einer Antriebswelle und eine Spinnpumpe 5, wobei die Antriebseinheit 1 ohne Zwischenschaltung eines mechanischen Getriebes mit der Spinnpumpe 5 verbunden ist. Die Antriebseinheit 1 ist erfindungsgemäß als Reluktanzmotor ausgebildet, der durch das Kabel 6 mit Strom versorgt wird. Bei der Spinnpumpe handelt es sich um eine Zahnradpumpe, deren grundsätzlicher Aufbau dem Fachmann bekannt ist und deshalb nicht näher erläutert wird.
Zur Aufnahme der Antriebseinheit 1 weist die Pumpeneinheit PE ein Gestell 3 auf, das am Boden 7 verankert ist. Die Spinnpumpe 5 ist mit einer Teleskopwelle 4 versehen, die mit der Welle der Antriebseinheit 1 über eine Kupplung 2 verbunden ist, die zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern bei der Verbindung der Spinnpumpe 5 mit der Antriebseinheit 1 als Ausgleichskupplung in Form eines Kreuzgelenks bzw. Kardangelenks ausgebildet ist.
Durch die Spinnpumpe 5 wird der hier nicht dargestellten Spinnstelle bzw. Spinndüse einer Spinvorrichtung die notwendige Menge an Spinnmasse bzw.
Spinnschmelze oder Spinnlösung gleichmäßig und genau dosiert zugeführt. Beim Pressen der Spinnmasse durch die Spinndüse entstehen so viele Einzelfilamente, wie die spinnende Spinndüse Löcher hat.
Der in dieser bevorzugten Ausführungsform der Pumpeneinheit PE als Antriebseinheit 1 fungierende Reluktanzmotor benötigt zum Antrieb der Spinnpumpe 5 kein mechanisches Getriebe, um die Drehzahl bei gleichzeitiger Drehmomentverstärkung zu untersetzen. Vielmehr weist der Reluktanzmotor die Eigenschaften eines Getriebemotors auf, ohne dass ein Getriebe vorhanden ist, wobei die Drehzahluntersetzung und Drehmomentverstärkung berührungslos mittels eines Magnetfeldes realisiert wird. Reluktanzmotoren liefern hohe Drehmomente bei kleiner Baugröße, arbeiten mit hohem Wirkungsgraden und sind mit geringem fertigungstechnischen Aufwand herstellbar. Ferner weisen Reluktanzmotoren gute Gleichlaufeigenschaften bei niedrigen Drehzahlen auf.
Grundsätzlich weist der Reluktanzmotor eine niederpolige Drehstromwicklung im Stator auf, wie man sie bereits von herkömmlichen Asynchron- oder Synchronmaschinen kennt. Bedingt durch eine spezielle Form der Stator- und Rotorzähne erhält der Reluktanzmotor die Eigenschaften einer langsamlaufenden Synchronmaschine mit sehr hohem Drehmoment. Der Stator erhält zusätzliche Flussführungselemente, die in axialer Richtung orientiert sind und deren aktive Länge sich über die gesamte Länge des Blechpaketes erstreckt. Die Flussführungselemente bestehen entweder aus ferromagnetischem Material oder aus magnetisiertem Permanentmagnetenmaterial.
Die Pumpeneinheit weist darüber hinaus einen am Motorgehäuse angebrachten Frequenzumrichter 8 auf, mit dem das Drehmoment des Reluktanzmotors auf einen einstellbaren Wert limitiert werden kann. Damit erübrigt sich die Zwischenschaltung einer Sicherheitskupplung, die bei einem konventionellen Antrieb erforderlich wäre.
Der Aufbau und die Funktionsweise von Reluktanzmotoren ist dem Fachmann bekannt und wird deshalb im Folgenden nicht im Einzelnen erläutert.
In der Patentschrift DE 197 43 380 C1 sind verschiedene Ausführungsformen eines Reluktanzmotors beschrieben, der sich in vorteilhafter Weise bei der erfindungsgemäßen Pumpeinheit einsetzen lässt. Die DE 197 43 380 C1 beschreibt sämtliche Merkmale dieses Reluktanzmotors. Daher wird zum Zwecke der Offenbarung ausdrücklich auf die DE 197 43 380 C1 Bezug genommen.

Claims

Pumpeneinheit zur Förderung von Spinnmasse aufweisend eine Antriebseinheit (1) und eine Spinnpumpe (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (1) ohne Zwischenschaltung eines mechanischen Getriebes mit der Spinnpumpe (5) verbunden ist, wobei die Antriebseinheit (1) als Reluktanzmotor ausgebildet ist.
Pumpeneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spinnpumpe (5) eine Antriebswelle aufweist, die mit der Antriebswelle der Antriebseinheit (1) über eine Kupplung (2) verbunden ist.
Pumpeneinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spinnpumpe (5) mit einer Teleskopwelle (4) versehen ist, die mit der Antriebswelle der Antriebseinheit (1) über die Kupplung (2) verbunden ist.
Pumpeneinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (2) als Ausgleichskupplung zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern bei der Verbindung der Spinnpumpe (5) mit der Antriebseinheit (1) ausgebildet ist.
Pumpeneinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichskupplung als Kreuzgelenk ausgebildet ist.
Pumpeneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spinnpumpe (5) als Zahnradpumpe ausgebildet ist.
Pumpeneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeneinheit ein Gestell (3) zur Aufnahme der Antriebseinheit (1) aufweist.
Pumpeneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeneinheit einen Frequenzumrichter (8) aufweist, der derart ausgebildet ist, dass mit dem Frequenzumrichter das Drehmoment des Reluktanzmotors limitierbar ist.