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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 angetrieben. 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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Die Ermittlung der Drehwinkellage der Hauptwelle kann beispielsweise mit einer Anordnung zur berührungslosen Drehwinkelerfassung eines drehbaren Elements erfolgen, wie sie aus
EP 0 740 776 B1 bekannt ist. Dort ist an dem drehbaren Element ein Magnet befestigt, der gegenüber einer Anordnung mit zwei Hall-Elementen verdreht werden kann. Die beiden Hall-Elemente sind räumlich um 90° versetzt zueinander angeordnet und werden mit elektrisch um 90° zueinander versetzten Strömen versorgt.
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Ihre Ausgangsspannungen werden summiert und einem Phasenkomperator zugeführt, der dieses Summensignal mit einem tiefpassgefilterten Signal eines Oszillators vergleicht. Am Phasenkomperator entsteht dadurch eine Rechteck-Spannung, die durch einen Tiefpassfilter geführt wird, um eine Ausgangsspannung zu gewinnen, die dem absoluten Drehwinkel proportional ist.
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DE 31 23 002 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Einrichtung zur Drehzahlmessung einer mit einem rotierenden Impulsgeber gekuppelten Welle. Das durch den Impulsgeber erzeugte Signal wird frequenztransformiert in eine frequenzproportionale Spannung umgesetzt, die dann geglättet wird.
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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, wobei man in Abhängigkeit vom Ausgangssignal Lagesollwerte für den Folgeantrieb ausgibt und die Lagesollwerte in Abhängigkeit von der Glättung voreilen lässt.
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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 Geräusch-emission. Wenn man nun das Ausgangssignal, das die aktuelle 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. 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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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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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, wobei 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.
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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-Leit-achse 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 zulassen, so dass die Produktivität der Kettenwirkmaschine erhöht wird. Man kann 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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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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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. Beispielsweise 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-Absolut-geber 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 Musterauswahleinrichtung 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. 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.
