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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer eine Hauptwelle
und mindestens einen Folgeantrieb aufweisenden Kettenwirkmaschine,
bei dem man eine Drehwinkellage der Hauptwelle durch eine Sensoranordnung
erfasst und den Folgeantrieb in Abhängigkeit von der Drehwinkellage
steuert.
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Ferner
betrifft die Erfindung eine Kettenwirkmaschine mit einer Hauptwelle,
einer Sensoranordnung, deren Ausgangssignal die Winkelposition der Hauptwelle
anzeigt, einer Steuereinrichtung, die das Ausgangssignal der Sensoranordnung
auswertet, und mindestens einem Folgeantrieb, der mit der Steuereinrichtung
verbunden ist.
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Ein
Verfahren und eine Kettenwirkmaschine der eingangs genannten Art
sind aus
DE 42 15 798 C2 bekannt.
Die Hauptwelle ist durch einen Hauptwellenantrieb angetrie ben. Durch
die Hauptwelle einer Kettenwirkmaschine werden üblicherweise
verschiedene Elemente der Wirkmaschine angetrieben, beispielsweise
eine Wirknadelbarre oder Schwenkhebel für Legebarren. Der
Antrieb von Musterlegebarren oder von Kettbäumen erfolgt
durch jeweils einen Folgeantrieb. Der Folgeantrieb muss mit der Hauptwelle
synchron betrieben werden. So müssen beispielsweise die
Bewegungen der Musterlegenadeln auf die Bewegungen der Wirknadeln
abgestimmt sein, um die gewünschten Muster in der Wirkware
zu erzeugen und um Kollisionen zwischen den Wirknadeln und den Legenadeln
zu vermeiden.
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Eine
Vorgehensweise, wie sie in der oben genannten
DE 42 15 798 C2 beschrieben
ist, hat sich grundsätzlich bewährt. Die Folgeantriebe
werden in Abhängigkeit von der Drehwinkellage der Hauptwelle betrieben.
Die Hauptwelle bildet sozusagen eine "reale Leitachse". Der oder
die Folgeantriebe bilden dann jeweils eine Folgeachse.
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Allerdings
kann man beobachten, dass mit einer derartigen Vorgehensweise nur
bestimmte Betriebsgeschwindigkeiten möglich sind. Wenn
die Geschwindigkeit erhöht wird, ergeben sich an den Folgeachsen
Motortemperaturen in einer Höhe, die durch den normalen
Betrieb an und für sich nicht zu erwarten wäre.
Darüber hinaus steigt die Geräuschemission. Die
mögliche Produktivität der Kettenwirkmaschine
wird damit begrenzt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kettenwirkmaschine mit
hoher Produktivität betreiben zu können.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch
gelöst, dass man ein die Drehwinkellage angebendes Ausgangssignal der
Sensoranordnung glättet.
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Bei
dieser Lösung geht man davon aus, dass die Hauptwelle im
Dauerbetrieb zwar mit einer konstanten Drehzahl rotiert. Dementsprechend
müssten auch der oder die Folgeantriebe entsprechend gleichmäßig
arbeiten können. Tatsächlich unterliegt die Hauptwelle
aber während einer Umdrehung bestimmten Geschwindigkeitsänderungen.
Dies ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen,
dass sich die Belastung der Hauptwelle bei einer Umdrehung verändert.
Wenn die Hauptwelle oder damit verbundene Teile in einem Abschnitt
der Umdrehung beispielsweise die Wirknadelbarre anheben muss, dann
wird sich die Hauptwelle in diesem Abschnitt der Umdrehung kurzzeitig
langsamer drehen. Wenn hingegen in einem anderen Abschnitt der Umdrehung
die Wirknadelbarre wieder abgesenkt wird, dann wird sich hier eine
kurzzeitige Geschwindigkeitserhöhung der Hauptwelle ergeben.
Diese durch Laständerungen an der Hauptwelle verursachten
Geschwindigkeitsänderungen der Hauptwelle werden an den
oder die Folgeantriebe weitergegeben mit der Folge, dass der jeweilige
Folgeantrieb entsprechende Beschleunigungs- oder Bremsvorgänge
ausführen muss. Damit sind entsprechende Stromspitzen verbunden.
Dabei steigen die Amplituden der Stromspitzen mit wachsender Maschinendrehzahl.
Diese Beschleunigungen und Stromspitzen führen bei dem
oder den Folgeantrieben zu höheren Motortemperaturen, einer erhöhten
mechanischen Belastung der Übertragungselemente sowie einer
erhöhten Geräuschemission. Wenn man nun das Ausgangssignal,
das die ak tuelle Winkelposition der Hauptwelle anzeigt, glättet,
dann eliminiert man diese Drehzahländerungen oder vermindert
sie zumindest so weitgehend, dass der oder die Folgeantriebe nicht
mehr in unnötiger Weise beschleunigt oder gebremst werden.
Der oder die Folgeantriebe werden also wesentlich gleichmäßiger
angetrieben, so dass man Stromspitzen vermeiden kann. Der Betrieb
der Kettenwirkmaschine im Übrigen wird durch die Glättung
des die Drehwinkellage anzeigenden Signals hingegen nicht negativ
beeinflusst.
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Vorzugsweise
unterbricht man das Glätten des Ausgangssignals in vorbestimmten
Betriebssituationen. Damit wird zwar der Folgeantrieb in diesen Betriebssituationen
mit einer ungleichmäßigen Drehgeschwindigkeit
der Hauptwelle belastet. Wenn diese Betriebssituation aber nur über
einen vorbestimmten kurzen Zeitraum anhält, dann ist dies
in der Regel unkritisch. Eine derartige Betriebssituation kann beispielsweise
das Hochfahren der Kettenwirkmaschine aus dem Stillstand bis zur
Nenndrehzahl sein. Es kann sich auch um Änderungen in der
Betriebsdrehzahl handeln, wenn beispielsweise von einer Ware auf
eine andere Ware übergegangen wird. In diesem Fall ist
es vielfach einfacher, das Glätten des Ausgangssignals
auszusetzen, als das Glätten an den Übergang anzupassen.
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Bevorzugterweise
filtert man das Ausgangssignal. Filtern ist ein relativ einfacher
Vorgang zum Glätten eines Signals, der vorzugsweise elektrisch oder
softwaremäßig erfolgen kann.
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Hierbei
ist bevorzugt, dass man zum Filtern ein Tiefpassfilter verwendet.
Die Geschwindigkeitsänderungen, die die Hauptwelle zeigt,
haben eine höhere Frequenz als die Drehzahl der Hauptwelle. Dementsprechend
kann man durch ein geeignetes Tiefpassfilter, das beispielsweise
auf die Drehzahl der Hauptwelle abgestimmt ist, diese Geschwindigkeitsänderungen
herausfiltern.
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Vorzugsweise
verändert man mindestens einen zum Filtern verwendeten
Filterkoeffizienten. Damit ist es möglich, das Filtern
an bestimmte Bedingungen anzupassen, beispielsweise an unterschiedliche
Drehzahlen.
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Hierbei
ist bevorzugt, dass man zum Verändern des Filterkoeffizienten
mindestens einen der Parameter Hauptwellendrehzahl, Hauptwellenbeschleunigung
oder Änderungssignal für einen Hauptwellenantrieb
verwendet. Dies sind wesentliche Parameter für den Betrieb
der Kettenwirkmaschine. Man kann damit die Kettenwirkmaschine auch
in unterschiedlichen Betriebsbedingungen betreiben, ohne eine Überlastung
des Folgeantriebs oder der Folgeantriebe in Kauf nehmen zu müssen.
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Vorzugsweise
gibt man in Abhängigkeit vom Ausgangssignal Lagesollwerte
für den Folgeantrieb aus und lässt die Lagesollwerte
in Abhängigkeit von der Glättung voreilen. Die
Glättung oder Filterung bewirkt eine Verzögerung.
Die Verzögerungszeit ist bekannt. Man kann nun die Lagesollwerte
um genau die bekannte Verzögerungszeit voreilen lassen,
so dass der Folgeantrieb trotz der Verzögerung lagerichtig angesteuert
wird.
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Hierbei
ist bevorzugt, dass man eine Tabelle für die Lagesollwerte
verwendet, auf die ein Zeiger zeigt, und in Abhängigkeit
von der Glättung die Lage des Zeigers verändert.
Beispielsweise kann man für eine Umdrehung eine vorbestimmte
Anzahl von Lagesollwerten für den Folgeantrieb bereithalten.
Jeder Lagesollwert ist dann einer Winkelposition der Hauptwelle
zugeordnet. Für eine bestimmte Drehzahl ist dann auch bekannt,
um wie viel früher man den Lagesollwert aus einem bestimmten
Tabellenplatz auslesen muss, um ihn bei der bekannten Verzögerungszeit
der entsprechenden Drehwinkellage der Hauptwelle zuzuordnen.
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Alternativ
kann man auch in Abhängigkeit von der Glättung
die Lage des geglätteten Signals voreilen lassen.
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Die
Aufgabe wird bei einer Kettenwirkmaschine der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, dass eine Glättungseinrichtung
für das Ausgangssignal vorgesehen ist.
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Mit
der Glättungseinrichtung lässt sich das Ausgangssignal
glätten, so dass die "reale Leitachse", die die Hauptwelle
bildet, im Betrieb durch eine Ersatz-Leitachse nachgebildet werden
kann, die geringere Drehzahlschwankungen oder sogar eine konstante
Geschwindigkeit aufweist. Je kleiner die Drehzahlschwankungen während
einer Umdrehung sind, desto geringer ist auch die Belastung des
Folgeantriebs. Da die Belastung des Folgeantriebs bei Drehzahlschwankungen
mit der Geschwindigkeit der Kettenwirkmaschine überproportional
ansteigt, kann man durch das Glätten des Drehwinkelsignals
der Hauptwelle eine höhere Drehzahl der Hauptwelle zulas sen,
so dass die Produktivität der Kettenwirkmaschine erhöht
wird.
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Vorzugsweise
ist die Glättungseinrichtung abschaltbar. Damit kann man
beispielsweise während des Hochlaufens der Kettenwirkmaschine
auf die Soll-Drehzahl auf das Glätten verzichten. In diesem
Fall werden zwar der oder die Folgeantriebe mit höheren
Stromspitzen belastet. Wenn die entsprechende Zeit, in der man auf
das Glätten verzichtet, aber kurz gehalten wird, dann hat
der kurzzeitige Verzicht auf das Glätten keine übermäßig
nachteiligen Folgen.
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Vorzugsweise
ist die Glättungseinrichtung als Filter, insbesondere als
Tiefpassfilter, ausgebildet. Ein Filter, insbesondere ein Tiefpassfilter,
ist ein in der Regelungstechnik bekanntes Bauelement. Es lässt
sich daher mit hoher Zuverlässigkeit betreiben.
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Vorzugsweise
weist der Filter veränderbare Filterkoeffizienten auf.
Damit kann man den Filter an unterschiedliche Betriebsbedingungen,
insbesondere unterschiedliche Drehzahlen, anpassen.
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Auch
ist von Vorteil, wenn die Steuereinrichtung Lagesollwerte für
den Folgeantrieb ausgibt, wobei sie dann, wenn das Ausgangssignal
der Sensoranordnung unter Verwendung der Glättungseinrichtung
verarbeitet wird, die Lagesollwerte mit einer vorbestimmten Voreilung
ausgibt. Damit kann man berücksichtigen, dass zum Glätten
des Ausgangssignals eine gewisse Zeit erforderlich ist, die sich
in einer Verzögerung äußert. Diese Verzögerungszeit kann
man durch die Voreilung ausgleichen.
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Hierbei
ist bevorzugt, dass die Lagesollwerte in einer Tabelle abgelegt
sind, auf die ein Zeiger der Steuereinrichtung zeigt, wobei die
Steuereinrichtung bei Verwendung der Glättungseinrichtung
den Zeiger verändert.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild von wesentlichen Teilen einer Kettenwirkmaschine
in schematischer Darstellung,
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2a eine
Steuereinrichtung mit weiteren Einzelheiten,
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2b eine
abgewandelte Form der Steuereinrichtung und
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3 eine
schematische Darstellung der Geschwindigkeit der Hauptwelle der
Kettenwirkmaschine.
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1 zeigt
in stark schematisierter Form eine Kettenwirkmaschine mit einer
Hauptwelle 1, die von einem Hauptwellenmotor 2 angetrieben
ist. Eine Sensoranordnung 3 ermittelt die Drehwinkellage
der Hauptwelle 1. Die Hauptwelle 1 kann noch mit
einer Bremse 4 versehen sein.
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Die
Hauptwelle 1 treibt in nicht näher dargestellter,
aber an sich bekannter Weise eine Vielzahl von Elementen an, die
für einen Wirkvorgang benötigt werden. Bei spielsweise
treibt die Hauptwelle eine Wirknadelbarre an, die Wirknadeln trägt.
Diese Wirknadelbarre muss im Laufe einer Umdrehung der Hauptwelle
einmal angehoben werden. Beim Anheben verlangsamt sich die aktuelle
Winkelgeschwindigkeit φ . der Hauptwelle, wie dies in 3 dargestellt ist.
Hier zeigt eine Kurve 5 eine konstante Hauptwellengeschwindigkeit,
während eine Kurve 6 Abweichungen von der konstanten
Geschwindigkeit zeigt. Wenn die Wirknadelbarre wieder abgesenkt
wird, dann wird sich die Geschwindigkeit φ . der Hauptwelle 1 etwas
erhöhen. Ähnliche Effekte ergeben sich auch bei
der Betätigung von anderen Elementen der Kettenwirkmaschine,
beispielsweise der Betätigung von Polplatinen oder von
Schwenkhebeln, die letztendlich die Schwenkbewegung von Legebarren
steuern.
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Eine
Legebarre 7 trägt eine Vielzahl von Legenadeln 8.
Die Legebarre 7 ist über eine Verbindungsstange 9 mit
einem Folgeantrieb 10 verbunden. Der Folgeantrieb 10,
beispielsweise ein Elektromotor, der als Linearmotor arbeitet, ist
Bestandteil eines Regelkreises 11. Der Regelkreis 11 weist
einen Regler 12 auf, der mit einem Lage-Absolutgeber 13 verbunden
ist. Der Lage-Absolutgeber 13 meldet über eine
Leitung 14 Lage-Istwerte xi an
den Regler 12. Der Regler 12 gibt dann entsprechende
Steuerbefehle s an den Folgeantrieb 10 aus.
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Der
Regler 12 bekommt Sollwerte xs von
einer Steuereinrichtung 15, die über eine Leitung 16 mit
der Sensoranordnung 3 verbunden ist. Die Lagesollwerte
xs haben also einen Zusammenhang mit der
aktuellen Drehwinkellage φ der Hauptwelle 1. Um unterschiedliche
Musterlegungen durch die Legebarre 7 erzeugen zu können,
ist eine Musterauswahleinrichtung 17 vorgesehen, die mit
der Steuereinrichtung 15 verbunden ist.
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Die
Legebarre 7 wird normalerweise nach einer Versatzkurze
gefahren. Eine derartige Versatzkurve kann beispielsweise in einer
Tabelle 18 mit einer Folge von Lagesollwerten xs abgelegt sein, die in der Steuereinrichtung 15 enthalten
ist. Die Auswahl, welche Tabellenspalte für den Versatz
der Legebarre 7 verwendet wird, erfolgt über die
Musterauswahleiririchtung 17. Die Versatzkurve ist normalerweise
so gestaltet, dass der Folgeantrieb 10 die Legebarre 7 entsprechend
bewegen kann.
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Wenn
nun die Hauptwelle 1 aufgrund der oben dargestellten Problematik
eine ungleichmäßige Drehgeschwindigkeit φ . hat,
dann wird der Folgeantrieb 10 wesentlich stärker
beansprucht. Er muss nämlich die Legebarre 7 wiederholt
beschleunigen und bremsen, obwohl dies mit der eigentlichen Versatzfunktion
oder -kurve nichts zu tun hat.
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Um
dieses Problem zu beseitigen, wird das Ausgangssignal der Sensoranordnung 3 in
einer Glättungseinrichtung 19 geglättet.
Die Glättungseinrichtung 19 ist im einfachsten
Fall als Tiefpassfilter ausgebildet. Die Glättungseinrichtung 19 filtert
damit die höherfrequenten Störungen, die sich
aufgrund der ungleichmäßigen Drehgeschwindigkeit φ . der Hauptwelle 1 ergeben,
aus, so dass ein Signal φ' entsteht, das der Kurve 5 entspricht,
also einer konstanten Drehgeschwindigkeit φ' der Hauptwelle 1.
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Das
Auslesen der einzelnen Lagesollwerte xs wird
durch einen Zeiger 20 gesteuert, der von einer Ausleseeinrichtung 21 betätigt
wird. Die Ausleseeinrichtung 21 bekommt nun das geglättete
Drehwinkelsignal φ', so dass das Auslesen der einzelnen
Lagesollwerte xs ohne störende
Schwankungen erfolgt.
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Die
Glättungseinrichtung 19 benötigt allerdings
eine gewisse Zeit für die Durchführung der Filterung.
Dementsprechend würden die Lagesollwerte xs zu
spät an den Regler 12 weitergeleitet werden. Um
dieses Problem zu vermeiden, ist eine Zeigerbeeinflussungseinrichtung 22 vorgesehen,
die den Zeiger 20 etwas voreilen lässt, um die
Verzögerung, die durch die Glättungseinrichtung 19 verursacht
wird, wieder zu kompensieren. Die Zeigerbeeinflussungseinrichtung 22 kann,
wie in 2a dargestellt, nach der Ausleseeinrichtung 21 angeordnet
sein. Man kann aber auch, wie in 2b dargestellt,
das geglättete Signal P durch eine Voreileinrichtung 22' voreilen
lassen.
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Der
Folgeantrieb 10 bekommt also ein Steuersignal 11,
das wesentlich weniger Oberschwingungen aufweist, als bei einem
ungefilterten Drehwinkelsignal φ von der Hauptwelle 1.
Dementsprechend muss der Folgeantrieb 10 auch wesentlich
weniger Stromspitzen aushalten, so dass er sich weniger stark erwärmt.
Auch bleiben die Geräusche geringer.
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Die
Filterkoeffizienten der Glättungseinrichtung 19 sind
von der Drehzahl oder Drehgeschwindigkeit φ . der Hauptwelle 1 abhängig.
Man kann daher für unterschiedliche Drehgeschwindigkeiten φ . auch unterschiedliche
Filterkoeffizienten für die Glättungseinrichtung 19 vorsehen.
Die Umschaltung kann beispielsweise automatisch in Abhängigkeit
von der aktuellen Drehgeschwindigkeit φ' erfolgen.
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Wenn
man vermeiden möchte, dass beim Hochlaufen der Kettenwirkmaschine,
also beim Erhöhen der Drehgeschwindigkeit der Hauptwelle 1 von Null
auf Sollgeschwindigkeit, zu viele Glättungs- oder Filterparameter
berücksichtigt werden müssen, dann kann man die
Glättung für bestimmte Betriebssituationen auch
abschalten. Hierzu ist ein Schalter 23 vorgesehen, der
dafür sorgt, dass die Glättungseinrichtung 19 in
diesen bestimmten Betriebssituationen umgangen wird. Der Schalter 23 schaltet
auch die Versorgung der Zeigerbeeinflussungseinrichtung 22 ab,
so dass der Zeiger 20 ohne Kompensation der Voreilung betrieben
werden kann. Da sich diese Betriebsbedingungen auf relativ kurze
Zeiträume beziehen, beispielsweise das Hochlaufen der Kettenwirkmaschine
oder Drehzahländerungen, kann man die stärkere
Belastung des Folgeantriebs 10 ohne weiteres in Kauf nehmen.
Für den Dauerbetrieb, der üblicherweise mit einer
konstanten Geschwindigkeit φ . der Hauptwelle 1 erfolgt, wird
die Drehgeschwindigkeit φ . aber in ausreichendem Maße geglättet,
so dass der Folgeantrieb 10 nicht durch Stromspitzen oder ähnliches
belastet wird. Da derartige Stromspitzen mit der Drehgeschwindigkeit φ . der
Hauptwelle 1 steigen, sind nunmehr höhere Drehzahlen
der Hauptwelle 1 möglich, ohne dass es zu erhöhten
Temperaturen an den Folgeantrieben, erhöhten mechanischen
Belastungen oder einer erhöhten Geräuschemission
kommt. Die Produktivität der Kettenwirkmaschine kann damit
gesteigert werden.
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Als
Kriterien für die dynamische Anpassung der Koeffizienten
der Glättungseinrichtung 19 können beispielsweise
die Drehzahl oder Drehgeschwindigkeit φ . der Hauptwelle 1,
die Beschleunigung der Hauptwelle 1 oder auch ein geeignetes
digitales Signal sein, das eine Solldrehzahländerung der
Kettenwirkmaschine anzeigt.
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In
Abhängigkeit vom zugrunde liegenden Konzept zur dynamischen
Anpassung der Filterkoeffizienten werden unterschiedliche Filtereigenschaften
realisiert. Beispielsweise kann ein fester Filterkoeffizientensatz
bei konstanter Drehgeschwindigkeit φ . der Hauptwelle 1 verwendet
werden, während bei Drehzahländerung auf einen
zweiten Filterkoeffizientensatz umgeschaltet wird. Es können
aber auch Filterkoeffizienten für zwei unterschiedliche
Hauptwellendrehzahlen n1 und n2 festgelegt werden. Anhand dieser
Stützstellen und der aktuellen Drehzahl der Hauptwelle 1 kann
dann ein Algorithmus, z. B. durch lineare Interpolation, die für
diese Maschinendrehzahl gültigen Filterkoeffizienten bestimmen.
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Die
einzelnen Elemente, die im Zusammenhang mit der Erläuterung
der 1 und 2 beschrieben
worden sind, können, wie dargestellt, diskret ausgeführt
sein. Man kann sie aber auch in einer Steuereinrichtung zusammenfassen.
Auch ist es möglich, die Steuereinrichtung insgesamt durch
einen Mikroprozessor oder dergleichen zu bilden und die einzelnen
Funktionen durch entsprechende Steuersignale ablaufen zu lassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4215798
C2 [0003, 0004]