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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Regulierstrecke mit einem Hauptmotor
zum Antrieb wenigstens zweier Walzenkombinationen, mit einem Reguliermotor
zum überlagerten Antrieb wenigstens einer der Walzenkombinationen
und mit einer Regeleinheit, welche die Drehzahl des Reguliermotors
entsprechend der Dickeschwankungen eines zu verarbeitenden Faserbandes
regelt.
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Bei
einer bekannten Ausführung einer Regulierstrecke treibt
der Hauptmotor mit einer konstanten Drehzahl die Lieferwalzen der
Strecke an und bewirkt somit eine konstante Liefergeschwindigkeit
der Strecke. Die Einzug- und Lieferwalzen sind hingegen über
ein Differentialgetriebe mit dem Hauptmotor verbunden. Das Differentialgetriebe
ist andererseits mit einem Reguliermotor verbunden, so dass die
Grunddrehzahl des Hauptmotors durch den Reguliermotor überlagert
ist. Hierdurch sind die Drehzahlen des Eingangswalzenpaares und
des Mittelwalzenpaares veränderbar, so dass Dickeschwankungen
des Faserbandes ausgeglichen werden können. Der Reguliermotor
ist hierbei über eine Bremseinheit bzw. ein Kupplungsbremsmodul
mit dem Differentialgetriebe verbunden. Mittels der Bremseinheit
ist es möglich, den Regulierantrieb zu blockieren und die
Strecke unreguliert zu betreiben, wenn dies gewünscht ist. Weiterhin
kann ein Weiterdrehen oder Rückdrehen der Streckwerkswalzen
nach dem Abstellen verhindert werden. Bei einem Weiterdrehen der
Streckwerkswalzen kann es ebenso wie bei einem Rückdrehen
der Walzen zu unzulässigen Verzugsschwankungen kommen,
welche zu Unregelmäßigkeiten in dem erzeugten
Faserband führen. Weiterhin muss der Antrieb der Strecke
sicher gebremst werden, um einen Selbstanlauf zu verhindern. Hierzu
ist die Erfüllung bestimmter Sicherheitsanforderungen,
wie sie in der Norm EN 60204 festgelegt sind, erforderlich.
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Aus
diesem Grund werden bei bekannten Strecken des Standes der Technik,
beispielsweise der RSB-D35 oder D40 der Firma Rieter Ingolstadt GmbH
als Bremseinheit elektromagnetische Bremsen verwendet. Die Bremse
ist während des normalen Betriebes gelöst, so
dass diese ständig bestromt ist und wird aktiviert, so
bald sie keinen Strom mehr erhält. Hierdurch kann auch
bei Stromausfall ein sicherer Halt der Maschine erreicht werden.
Die Bremse unterliegt jedoch einem Verschleiß, so dass
hierbei immer wieder Einstell- und Wartungsarbeiten erforderlich
sind.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Regulierstrecke vorzuschlagen,
welche wartungsarm ist und dennoch ein sicheres Abbremsen und Halten
des Antriebes ermöglicht. Weiterhin soll ein Verfahren
zum Umrüsten einer Regulierstrecke des Standes der Technik
mit einer elektromagnetischen Bremse für einen wartungsarmen
Betrieb vorgeschlagen werden.
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Die
Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen
Ansprüche.
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Eine
Regulierstrecke weist einen Hauptmotor zum Antrieb wenigstens zweier
Walzenkombinationen sowie einen Reguliermotor zum überlagerten Antrieb
wenigstens einer der Walzenkombinationen auf sowie eine Regeleinheit,
welche die Drehzahl des Reguliermotors entsprechend der Dickeschwankungen
eines zu verarbeitenden Faserbandes regelt. Als Walzenkombinationen
kommen üblicherweise Walzenpaare zum Einsatz, eine Anordnung
aus drei Walzen ist jedoch ebenso möglich. Erfindungsgemäß ist der
Reguliermotor als Wechselstromservomotor ausgebildet und dem Reguliermotor
ist eine weitere Steuereinheit zugeordnet, mittels welcher der Reguliermotor
ausschließlich motorisch bis zum Stillstand abbremsbar
ist. Wird als Reguliermotor ein Wechselstromservomotor verwendet,
kann dieser in günstiger Weise angesteuert und elektrisch
bis zum Stillstand abgebremst werden. Die Anordnung einer elektromagnetischen
Bremse ist somit nicht mehr erforderlich. Durch die Steuereinheit
kann der Reguliermotor zudem in vergleichsweise kurzer Zeit abgebremst
und im Stillstand gehalten werden. Da keine elektro magnetische Bremse
eingebaut werden muss, entfallen bei Verwendung einer Steuereinheit
in Verbindung mit einem Wechselstromservomotor als Reguliermotor
auch die Einstell- und Wartungsarbeiten an der Bremse. Der Reguliermotor
kann auch nach vielen Betriebsstunden ohne Wartung sicher abgebremst werden,
da das Abbremsen sowie Halten ausschließlich elektrisch
erfolgt. Ein Verschleiß und somit verminderte Bremswirkung
kann daher nicht mehr auftreten. Darüber hinaus entsteht
auch kein Abrieb, wie bei einer Bremse des Standes der Technik,
so dass Verschmutzungen hier ebenfalls vermieden werden.
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Zudem
kann eine erfindungsgemäße Regulierstrecke vergleichsweise
platzsparend ausgeführt werden, da eine Kupplungsbremseinheit,
wie im Stand der Technik üblich, nicht mehr erforderlich
ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Reguliermotor
spannungsgeregelt und bei Vorgabe eines Sollwertes der Steuereinheit
von 0 Volt bis zum Stillstand abbremsbar. Frequenzgesteuertes Bremsen
ist jedoch ebenso denkbar.
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Nach
einer anderen vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist
der Reguliermotor durch die Regeleinheit spannungsgeregelt und ist
bei Wegnahme eines Signals zur Reglerfreigabe durch die Steuereinheit
bis zum Stillstand abbremsbar. Wird hingegen das Signal zur Reglerfreigabe
wieder gesetzt, wird der Reguliermotor mit der durch die Regeleinheit
vorgegebenen Betriebsdrehzahl betrieben.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn die Reglerfreigabe auch im Stillstand der
Maschine weggenommen ist, um einen sicheren Halt der Regulierstrecke zu
gewährleisten.
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Eine
besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
das Signal zur Reglerfreigabe bei Überschreiten einer bestimmten
Produktions geschwindigkeit der Regulierstrecke gesetzt ist bzw.
bei Unterschreiten der bestimmten Produktionsgeschwindigkeit weggenommen
ist. Sobald das Signal zur Reglerfreigabe wieder gesetzt ist, läuft
der Regulierantrieb wiederum mit der durch die Regeleinheit vorgegebenen
Betriebsdrehzahl.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn der Reguliermotor zum Erreichen eines sicheren
Betriebshalts auch im Stillstand geregelt ist. Beispielsweise kann durch
die Steuereinheit oder die Regeleinheit eine Spannung zur Erzeugung
eines Haltemoments des Motors erzeugt werden. Durch eine derartige
Stabilisierung des Stillstandes kann der Motor nicht mehr durch äußere
Einwirkung in Rotation versetzt werden. Die Anforderungen zum sicheren
Abstellen von Maschinen sind hierbei in der Norm IEC 61800 bzw. EN
60204 hinterlegt.
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Vorteilhaft
ist es weiterhin, wenn die Steuereinheit einen Bremswiderstand beinhaltet.
Hierdurch kann die Strecke vergleichsweise schnell zum Stillstand
gebracht werden, wobei die entstehende elektrische Energie durch
den Bremswiderstand abgeleitet wird.
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Bei
einer anderen Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft,
wenn die Steuereinheit an einer herkömmlichen Regulierstrecke
mit einem Kupplungsbremsmodul nachrüstbar ist. Ein derartiger
Umbau kann mit vergleichsweise wenig Aufwand erfolgen. Eine entsprechend
nachgerüstete Regulierstrecke kann wartungsarm sowie energiesparend
betrieben werden, da keine Bremseinheit, wie im Stand der Technik,
mehr erforderlich ist.
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Bei
einem Verfahren zum Umrüsten einer Regulierstrecke mit
einem Hauptmotor und einem Reguliermotor sowie einer elektromagnetischen Bremse,
welche zwischen einem Differentialgetriebe und dem Reguliermotor
angeordnet ist, wird erfindungsgemäß die Bremse
entfernt und dem Reguliermotor eine Steuereinheit zugeordnet. Durch
die Steuereinheit ist es möglich, den Reguliermotor bis zum
Stillstand motorisch abzubremsen. Hierdurch ist es möglich,
eine herkömmliche Strecke sehr wartungsarm zu betreiben,
da ein Einstellen des Lüftspiels der Bremse sowie ein Nachstellen
bei Verschleiß der Bremse nicht mehr erfolgen muss. Ebenso
sind keine Austauscharbeiten an der Bremse bei Verschleiß mehr
erforderlich. Da eine Bremse nicht mehr ständig bestromt
werden muss, kann mittels der erfindungsgemäßen
Regulierstrecke bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens
die Strecke auch energiesparend betrieben werden. Auch wird eine
Verschmutzung durch Staub und Abrieb der Bremse vermieden, so dass
auch der Reinigungsaufwand reduziert ist.
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Vorteilhaft
ist es bei dem Verfahren weiterhin, wenn dem Reguliermotor eine
Steuereinheit zugeordnet wird, welche den Reguliermotor im Stillstand im
Sinne eines sicheren Betriebshalts regelt. Verzugsschwankungen durch
ein Rückdrehen der Walzen können hierdurch vermieden
werden. Zudem ist auch die Verletzungsgefahr vermindert, da ein Selbstanlauf
des Regulierantriebes verhindert wird.
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Vorzugsweise
wird hierbei als Reguliermotor ein Wechselstromservomotor eingesetzt,
da dieser durch die Steuereinheit in günstiger Weise gesteuert bzw.
geregelt werden kann.
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Insbesondere
bei einer Nachrüstlösung für eine Regulierstrecke
ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Steuereinheit eine Einrichtung
zur Erzeugung des Sollwertes für das Abbremsen und/oder
den sicheren Betriebshalt umfasst. Durch die Einrichtung kann hierbei
ein Sollwert von 0 Volt erzeugt und der Motor aufgrund der Sollwertvorgabe
stillgesetzt werden.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinheit zwei parallel geschaltete
Optokoppler mit Wechslern beinhaltet, welche zwischen einem Maschinensollwert
der Regeleinheit und dem Sollwert für das Abbremsen und/oder
sicheren Halt der Steuereinheit umschalten. Der Wechsel vom Maschinensoll wert
auf den extern erzeugten Sollwert kann hierdurch in einfacher Weise
erfolgen.
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Vorteilhaft
ist es weiterhin, wenn die Steuereinheit für das Abbremsen
und/oder den Halt im Stillstand eine zwei- oder mehrkanalige Struktur
aufweist. Hierdurch ist es möglich, höhere Sicherheitsanforderungen
zu realisieren, so dass die Verletzungsgefahr an rotierenden Bauteilen
der Strecke vermindert ist.
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Vorteilhaft
ist es weiterhin, wenn die Steuereinheit zur sicheren Abschaltung
eine Schaltung zur Erzeugung eines Sicherheitsfreigabesignals aufweist.
Das Sicherheitsfreigabesignal muss hierbei innerhalb einer bestimmten
Zeitspanne nach dem Signal zum Abschalten des Antriebes gesetzt
sein, um den Motor abzubremsen bzw. einen Haltemoment des Reguliermotors
zu erzeugen.
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Weitere
Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgend dargestellten
Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
elektrisch gebremsten Regulierstrecke,
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2 eine
schematische Darstellung eines Schaltbildes einer ersten Ausführung
einer Steuereinheit an einer erfindungsgemäßen
Regulierstrecke und
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3 eine
alternative Ausführung einer Steuereinheit an einer erfindungsgemäßen
Regulierstrecke.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Regulierstrecke 1, welche erfindungsgemäß mit
einem Wechselstromservomotor als Reguliermotor 2 ausgestattet
ist, wobei der Wechselstromservomotor mit tels einer Steuereinheit 3 ausschließlich
durch den Motor selbst bis zum Stillstand abbremsbar ist. Eine mechanische
Bremse ist hierzu nicht mehr erforderlich.
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In
der Strecke 1 werden in bekannter Weise ein oder mehrere
zugeführte Faserbänder 4 vergleichmäßigt
und verstreckt und anschließend in einer hier nicht dargestellten
Kanne abgelegt. Die Faserbänder 4 werden über
einen Verdichter 5 sowie ein Tastrollenpaar 6 dem
eigentlichen Streckwerk 7 zugeführt. Das Streckwerk
beinhaltet mehrere hintereinander geschaltete Walzenkombinationen 8,
welche in der Regel als Walzenpaare ausgebildet sind. Ebenso kann
eine Walzenkombination jedoch auch drei Walzen beinhalten. Das Eingangs-
und das Mittelwalzenpaar 8a und 8b bilden hierbei
ein Vorverzugsfeld, wobei der Verzug des Vorverzugsfeldes durch
einen Reguliermotor 2 reguliert werden kann, während
die Mittelwalzen 8b und die Ausgangswalzen 8c ein
Hauptverzugsfeld bilden, bei welchem der Verzug bzw. die Liefergeschwindigkeit
konstant ist. Alle Walzenkombinationen 8 sind hierbei durch
einen Hauptantrieb 9 mit einer Grunddrehzahl angetrieben, so
dass sich zwischen den Walzenkombinationen 8a und 8b ein
Vorverzug und zwischen den Walzenkombinationen 8b und 8c ein
Hauptverzug ergibt. Um Dickeschwankungen der einlaufenden Faserbänder 4 ausgleichen
zu können, wird die durch den Hauptantrieb 9 bereitgestellte
Grunddrehzahl durch den Reguliermotor 2 über das
Differentialgetriebe 10 überlagert.
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Die
Dicke der einlaufenden Faserbänder 3 wird hierbei
von dem Tastrollenpaar 6 erfasst und von einer Regeleinheit 11 in
einen Maschinensollwert 16 für den Reguliermotor 2 umgesetzt,
wie durch die gepunkteten Pfeile dargestellt.
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Zwischen
dem Reguliermotor 2 und dem Differentialgetriebe 10 ist
in Regulierstrecken des Standes der Technik ein Kupplungsbremsmodul
angeordnet, welches eine elektromagnetische Bremse enthält.
Mittels der Bremse kann ein Weiterdrehen oder Zurückdrehen
der Walzen 8, was zu unzulässigen Verzugsschwankungen
führen kann, vermieden werden. Ebenso kann ein selbstständiges
Wiederanlaufen der Maschine verhindert sowie der Reguliermotor 2 blockiert
werden, um die Regulierstrecke als unregulierte Strecke zu betreiben.
Die elektromagnetische Bremse ist daher im Regulierbetrieb gelüftet und
ständig bestromt, so dass bei Wegfall der Bestromung ein
sicherer Halt gegeben ist.
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Erfindungsgemäß ist
dem Reguliermotor 2 eine weitere Steuereinheit 3 zugeordnet,
mittels welcher der Reguliermotor 2 ausschließlich
motorisch bis zum Stillstand abbremsbar ist. Die Anordnung einer
elektromagnetischen Bremse ist hierdurch nicht mehr erforderlich.
Hierdurch kann die erfindungsgemäße Regulierstrecke 1 nicht
nur sehr wartungsarm ausgeführt werden, sondern sind auch
Einsparungen durch einen verminderten Energieverbrauch möglich, da
eine permanente Bestromung einer Bremse nicht mehr erforderlich
ist. Ebenso kann hierdurch die Wärmeentwicklung reduziert
werden. Die erfindungsgemäße Regulierstrecke 1 kann
durch den Wegfall des Kupplungsbremsmoduls zudem auch platzsparend ausgeführt
werden. Die Verschmutzung durch Abrieb der Bremse ist ebenfalls
reduziert.
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Hierbei
sind verschiedene Ausführungen der Steuereinheit 3 denkbar.
Die Steuereinheit 3 kann auf die Regeleinheit 11 oder
im Wechsel mit dieser auf den Reguliermotor 2 wirken. Ebenso
kann die Steuereinheit 3 auch lediglich eine Ergänzung
der Regeleinheit 11 darstellen und im Wesentlichen bereits
vorhandene Komponenten der Regeleinheit 11 nutzen, was
insbesondere für Nachrüstlösungen vorteilhaft ist.
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Nach
einer ersten Ausführung der Erfindung, welche in 2 dargestellt
ist, wird durch die Steuereinheit 3 ein Sollwert 18 von
0 Volt für den Reguliermotor 2 erzeugt, wodurch
dieser zum Stillstand abgebremst wird bzw. im Stillstand gehalten
werden kann. Die Steuereinheit 3 umfasst hierzu eine Einrichtung 14 zur
Erzeugung des Sollwertes 18, so dass der Reguliermotor 2 aufgrund
der Sollwertvorgabe stabil stillsteht.
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Die
Ansteuerung des Reguliermotors 2 erfolgt hierbei über
Schütze 12a, b, c sowie einen Servoverstärker 13. Über
den Schütz 12a und 12b ist eine Spannungsversorgung 20 des
Servoverstärkers 13 vorgesehen, während
durch den Schütz 12c die Reglerfreigabe 17 für
den Servoverstärker 13 gesetzt wird. Die Steuereinheit 3,
mittels welcher der Reguliermotor 2 bis zum Stillstand
abbremsbar ist, beinhaltet eine Einrichtung 14 zur Erzeugung
einer Spannung, welche als Sollwert 18 für das
Abbremsen und/oder den Stillstand auf den Servoverstärker 13 gegeben
wird. Die Einrichtung 14 kann beispielweise durch einen
Spannungsteiler mit Trimmpotentiometer gebildet sein. Der Sollwert 18 wird
vorliegend als Spannung von 0 V ausgegeben, in der Praxis sind hierbei
jedoch auch bis zu 60 mV möglich.
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Weiterhin
beinhaltet die Regeleinheit 3 ein Optokopplerrelais 15,
mittels welchem jeweils zwischen dem Sollwert 18 für
das Abbremsen bzw. den Stillstand der Maschine, welcher von der
Einrichtung 14 erzeugt wird sowie dem Maschinensollwert 16 für den
normalen Maschinenbetrieb, welcher von der Regeleinheit 11 erzeugt
wird, umgeschaltet werden kann. Das Optokopplerrelais 15 beinhaltet
hierzu zwei parallel geschaltete Optokoppler mit Wechsler. Über
den Schütz 12c wird hierbei jeweils die Reglerfreigabe 17 für
die Regeleinheit 11 gesetzt oder weggenommen. Ist die Reglerfreigabe 17 durch
den Schütz 12c gesetzt, wird durch das Optokopplerrelais 15 der
Maschinensollwert 16 auf den Servoverstärker 13 gegeben,
während bei fehlender Reglerfreigabe 17 der Sollwert 18 für
Abbremsen bzw. Stillstand der Maschine auf den Servoverstärker 13 gegeben
wird. Die Umschaltung erfolgt jeweils durch das Setzen bzw. Abfallen
des Signals zur Reglerfreigabe 17.
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Eine
andere Ausführung einer Steuereinheit 3 ist in 3 dargestellt.
Auch hier erfolgt die Ansteuerung des Reguliermotors 2 über
Schütze 12a, b sowie einen Servoverstärker 13.
In bekannter Weise ist die Regeleinheit 11 angeordnet,
welche den Maschinensollwert 16 für den Normalbetrieb
der Regulierstrecke erzeugt. Eine Reglerfreigabe 17 für
den Normalbetrieb der Regulierstrecke 1 erfolgt hierbei über den
Schütz 12c, sofern die Produktionsge schwindigkeit
der Strecke einen bestimmten Wert von beispielsweise 4 m/min. überschreitet.
Der Motor 2 wird in diesem Fall mit einer dem Maschinensollwert 16 entsprechenden
Betriebsdrehzahl 16' betrieben. Soll die Maschine abgeschaltet
werden, wird durch den Schütz 12a ein Signal S1
auf den Servoverstärker 13 gegeben. Zugleich wird
durch den Schütz 12a der Schütz 12b betätigt
und setzt ein weiteres Signal S2 an dem Servoverstärker 13.
Die durch den Schütz 12b gesetzte Spannung wird
in dem Servoverstärker 13 freigeschalten, so dass
ein Sicherheitsfreigabesignal 19 auf den Servoverstärker 13 gesetzt
ist.
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Zugleich
erfolgt die Wegnahme der Reglerfreigabe 17. Hierdurch wird
der Motor 2 nicht mehr mit dem Maschinensollwert 16 für
den Normalbetrieb betrieben, sondern der Regler 11 erzeugt
einen Sollwert 18 bzw. 18' für den sicheren
Halt des Motors 2. Das Signal 18 zur Erzeugung
des Haltemoments des Motors 2 erfolgt jedoch nur, wenn
auf das Setzen des ersten Signals S1 durch den Schütz 12a innerhalb kurzer
Zeit, beispielsweise innerhalb von 0,5 Sekunden, das Signal S2,
welches der Schütz 12b auf den Servoverstärker 13 gibt,
als Sicherheitsfreigabesignal 19 freigeschalten wird. Sofern
die Produktionsgeschwindigkeit wieder größer als
der vorbestimmte Schwellenwert ist, wird hingegen wiederum die Reglerfreigabe 17 für
den Normalbetrieb mit dem Maschinensollwert 16 an dem Servoverstärker 13 gesetzt.
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Mit
der beschriebenen Steuereinheit 3 ist es somit auch möglich,
Sicherheitsfunktionen zu realisieren und Gefährdungen von
Personen durch rotierende Bauteile der Regulierstrecke 1 zu
vermeiden. Dies wird durch die zweikanalige Struktur mit den Signalen
S1 und S2 sowie der Sicherheitsfreigabe 19 erzielt.
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Mit
den beschriebenen Steuereinheiten 3 können somit
sämtliche Funktionen realisiert werden. Anstelle – wie
im Stand der Technik – mittels eines Bremsmoduls kann die
Strecke durch die beschriebenen Steuereinheiten 3 elektrisch
gebremst und somit unreguliert betrieben werden. Ebenso sind Not- Aus-Funktion,
Langsamlauf und sämtliche andere benötigte Funktionen
einer Regulierstrecke 1 problemlos möglich.
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Der
Energieverbrauch der erfindungsgemäßen Regulierstrecke 1 kann
durch die Verwendung einer elektrischen Bremse mittels einer Steuereinheit 3
im Vergleich zur bekannten elektromagnetischen Bremseinheit, welche
permanent bestromt ist, reduziert werden. Ebenso sind keine aufwändigen
Wartungs- und Einstellarbeiten an der Bremse mehr erforderlich.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche
fallen ebenfalls unter die Erfindung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Norm EN 60204 [0002]
- - Norm IEC 61800 [0012]
- - EN 60204 [0012]