DE102014001249A1

DE102014001249A1 - Antriebssystem für Zentrumswickler

Info

Publication number: DE102014001249A1
Application number: DE102014001249.2A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-02-03
Filing date: 2014-02-03
Publication date: 2015-08-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem, ein Verfahren und die Verwendung eines Verfahrens zum Antrieb von Zentrumswicklern mit mindestens einer leistungsverzweigten Antriebseinheit, wobei die Leistungsverzweigung über eine Getriebestufe in der Antriebseinheit realisiert ist und die Antriebseinheit über ein Synchronisationssystem mit weiteren Antriebseinheiten koppelbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem, ein Verfahren und die Verwendung eines Verfahrens zum Antrieb von Zentrumswicklern mit mindestens einer leistungsverzweigten Antriebseinheit, wobei die Leistungsverzweigung über eine Getriebestufe in der Antriebseinheit realisiert ist und die Antriebseinheit über ein Synchronisationssystem mit weiteren Antriebseinheiten koppelbar ist.
Wickelantriebe dienen dazu, Endlosmaterialien vor (Abwickler) oder nach (Aufwickler) einem Bearbeitungs-, Verarbeitungs-, Veredelungs-, Umwickel-, oder Ablängprozess zu speichern. Mathematisch gesehen, handelt es sich bei einem aufgewickelten Wickelgut um eine archimedische Spirale. Das aufgewickelte Material wird in den verschiedenen Anwendungsbereichen und Branchen unterschiedlich bezeichnet, beispielsweise als Wickelballen, Rolle, Coil, Haspel, Spule, Baum oder als Kaule. Bei den verschiedenen Materialien kann es sich um homogene Materialbahnen wie Papierbahnen, Folien, Bänder, Bleche, Gewebe, Geflechte, Drähte, Seile, Kabel, Garne oder Fäden handeln. Sie haben eine hohe Varianz bei folgenden Eigenschaften: Elastizität, Oberfläche, Härte, Biegekräfte, Zugfestigkeit, Breite, Dicke, Dickentoleranz, Dichte, Flächengewicht und Querschnittsprofil. Das Material wird mit einer definierten, von der Materialbeschaffenheit, Materialdicke oder vom Materialdurchmesser (Drähte, Kabel und Seile) abhängigen Zugkraft aufgewickelt bzw. abgewickelt. Jedes zu wickelnde Material stellt an den Wickelantrieb unterschiedliche und zum Teil sehr hohe Anforderungen. So darf das Material während des gesamten Wickelvorgangs nicht beeinträchtigt werden. Erschwerend kommt hinzu, dass das Gewicht und die Geometrie des Wickelgutes mit wachsendem/abnehmenden Durchmesser kontinuierlich größer/kleiner werden und die Lager-Reibkräfte sowie das Trägheitsmoment des Wickelkörpers stetig zunehmen/abnehmen.
Abhängig von den Materialien und abgestimmt auf die zu wickelnden Materialien werden unterschiedliche Wickelmaschinen und damit Wickelprinzipien eingesetzt. Es existieren zwei Grundprinzipien: Zentrumswickler, Umfangswickler oder Kontaktwickler. Der Zentrumswickler ist der am häufigsten eingesetzte Maschinentyp. Aus diesem Grund ist dessen Antrieb Bestandteil der vorliegenden Erfindung. Beim Zentrumswickler wirkt der Antrieb auf das Zentrum des zu wickelnden Materials. Das Drehmoment des Motors wird über den Antriebsstrang, die Antriebswelle sowie über Spule/Haspel/Hülse/Dorn auf die Materialbahn übertragen. Diese gibt das Drehmoment von den jeweils inneren Lagen auf die äußeren Lagen weiter. Ein technologischer Vorteil liegt darin, dass die Oberfläche der Warenbahn nicht von Walzen berührt wird, wie das beim Umfangs- oder Kontaktwickler der Fall ist.
Die Baugröße des Motors eines Zentrumswicklers wird durch sein Drehmoment bestimmt. Beim Zentrumswickler fällt das maximale Drehmoment bei dem größten Wickeldurchmesser an und damit bei der geringsten Drehzahl. Die zu installierende Typenleistung (Eckleistung) des Antriebssystems ist daher bei Zentrumswicklern deutlich größer als die Prozessleistung. Obwohl hohe Drehzahlen und hohe Drehmomente nicht gleichzeitig auftreten, muss der Antrieb beide erbringen können, in der Antriebstechnik spricht man hier von einer Anwendung mit Konstantleistungskurve bzw. von einer Anwendung mit linear-reziprok abnehmender Lastmomentkennlinie. Es werden Elektromotoren mit einer hohen Antriebsleistung eingesetzt, die nur schlecht ausgenutzt werden können. Umrichter können durch einen Betrieb des Motors im Bereich der Feldschwächung den Drehzahlbereich des Wickelantriebs erweitern. Diesem Prinzip sind bei großen Durchmessern und hohen Materialbreiten technologische Grenzen gesetzt, die ein Umfangs- oder Kontaktwickler dann besser bedienen kann.
So ist in der DE 696 08 909 T2 eine Ausrüstung zum Aufrollen und Handhaben von Papierrollen und insbesondere Papierwickelsysteme zum Aufnehmen und Entfernen von Papier aus einer papierproduzierenden Maschine beschrieben, bei der eine Rollentrommel, die von dem Antrieb der Papiermaschine mit einer bestimmten Geschwindigkeit angetrieben wird eine angemessene Spannung gewährleistet. Die Spannung kann über einen Zentrumswickerhilfsantrieb gesteuert werden, der die Maschinenrolle antreibt.
Weiterhin ist in der DE 92 92 919 U1 ein Zentrumswickler mit Lenkerkupplung offenbart, bei der die Geschwindigkeit der Zunahme des Wickeldurchmessers mit einer definierbaren Toleranz bestimmt werden kann, so dass die Kulissenführung festgelegt werden kann. Die verbleibende Toleranz kann durch eine Lenkerkupplung ausgeglichen werden, die dem Antrieb zugeordnet ist.
Zentrumswickler nach dem Stand der Technik sind jedoch mit definierten Materialzugkräften und Geschwindigkeiten auf maximale Betriebszustände ausgelegt (F_max, v_max, a_max, D_max, T_max, n_max, α_max, m_max, J_max). Die dynamischen Reserven eines Umrichters reichen in den meisten Fällen aus, den Antrieb auch in Notsituationen abzubremsen. Bei sehr hohen Drehmomenten und kurzen Bremszeiten kann es allerdings auch erforderlich sein, dass das Bremsmoment die relevante Größe für die Auslegung wird. Bei Wicklern mit intermittierenden Betriebsarten bestimmt das dynamische Antriebsdrehmoment die Dimensionierung. Bei dicker aufzuwickelnden/abzuwickelnden Warenbahnen (z. B. Bleche, Kabel, Seile) ist zusätzlich das Biegemoment für die Umformung zu berücksichtigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein energieeffizientes Antriebssystem für Zentrumswickler zu schaffen, bei dem in kostengünstiger, modular aufgebauter, wartungsfreier Bauweise sowie mit hoher Präzision, Dynamik und Zuverlässigkeit, ein Betrieb im optimalen Wirkungsgradbereich des Motors erzielt wird, der auch den störungsfreien Betrieb des Getriebes und des gesamten Getriebestrangs bei ebenso hoher Produkt-, Parameter- und Prozess-Varianz gewährleistet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine zeit-, weg-, und/oder winkel-, und/oder drehzahl-, und/oder beschleunigungs-, und/oder verzögerungs- und/oder drehmomentabhängige Steuerung der Antriebseinheiten erfolgt, die in Abhängigkeit einer Konstantleistungskurve eine synchrone Beschleunigung oder Abbremsung mindestens einer Antriebseinheit regelt.
Die Erfindung betrifft ein energieeffizientes Antriebssystem zum Betreiben eines Zentrumswicklers mit einem mindestens einer leistungsverzweigten Antriebseinheit, wie beispielsweise einem Getriebestrang. Über eine Getriebestufe kann eine Leistungsverzweigung erfolgen. Dabei kann die Getriebestufe als Zahnriemen- oder Zahnkettentrieb ausgestaltet sein, an der sich abtriebsseitig ein außen am Gehäuse gelagertes und optional getriebenes, luftgekühltes Dreiwellen-Planetengetriebe befindet. Dieses Getriebe kann mit mehreren Antriebseinheiten versehen sein, die jedem Leistungspfad einzeln zugeordnet sind, wobei die Antriebseinheiten durch ein gemeinsames elektronisches Synchronisationssystem zeitbezogen, wegbezogen und/oder winkelbezogen und/oder drehzahlbezogen und/oder beschleunigungsbezogen und/oder verzögerungsbezogen und/oder drehmomentbezogen miteinander gekoppelt sind.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Antriebssystems besteht darin, dass stets im optimalen Wirkungsgradbereich des/der Motors/Motoren gearbeitet wird, wobei der optimale Wirkungsgradbereich des Motors bei 0,75 ± 0,15 × Nenndrehzahl und 0,75 ± 0,15 × Nennmoment liegt. Hinzu kommt, dass Nennverluste und Leerlaufverluste des/der antreibenden Motors/Motoren gegenüber dem Stand der Technik um ein vielfaches reduziert werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass alle am Antrieb beteiligten mechanischen Getriebestränge im optimalen Wirkungsgradbereich betrieben werden können. Das Leerlaufdrehmoment des mechanischen Antriebes bzw. der einzelnen Getriebestränge wird ebenfalls – gegenüber dem Stand der Technik – um ein vielfaches reduziert.
Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen ein Synchronisationssystem und Kommunikationsmittel zum Austausch zeit-, weg- und/oder winkelbezogener und/oder drehzahlbezogener und/oder beschleunigungsbezogener und/oder verzögerungsbezogener und/oder drehmomentbezogener Informationen bereitzustellen. Diese Informationen umfassen insbesondere Soll- und Istwerte für eine Regelung der Antriebseinheiten. Dabei verfügt das Synchronisationssystem zugeordnete Schnittstellen, mit denen die Informationen empfangen und aufbereitet sowie Istwert-Informationen gesendet werden können. Die Kommunikationsmittel sind mit einem Sensor-Aktor-Bussystem ausgestattet, nachfolgend „Antriebsbussystem” genannt. Hierfür sind Schnittstellen für Bus-Ringstrukturen zur integrierten Echtzeit-Kommunikation in der Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik bekannt, wie beispielsweise SERCOS-Interface oder Simolink. Um den Anforderungen an zeitlich hoher Präzision und Schnelligkeit zu genügen, sind Bussysteme vorzusehen, die auf definierte Arbeitstakte synchronisiert sind und sogenanntes taktsynchrones Betriebsverhalten gewährleisten. Die Verwendung einer seriellen Busstruktur hilft, den Aufwand an Verdrahtung einzusparen. Außerdem lässt sich die Einsparung – angesichts der hohen Bit-Übertragungsraten, die heutzutage mit Lichtwellenleitern und geschirmten Datenkabeln möglich sind – entsprechend den Dynamikvorgaben bewerkstelligen. Bei der Ringstruktur kann einer der Busteilnehmer die Rolle des Busmasters übernehmen, beispielsweise ein mit entsprechender Schnittstelle ausgestatteter Drehgeber oder eine ebensolche ausgestattete Antriebseinheit, der/die dann den Arbeitstakt vorgibt, auf den sich die anderen Antriebseinheiten synchronisieren können.
Synchronisationssysteme sind in der Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik allgemein bekannt (Buch „Elektrische Antriebstechnik", Jens Weidauer, ISBN 978-3-89578-431-6, Seite 292). Im Rahmen der Erfindung ist unter „Synchronisationssystem” weniger eine Hardware-Einheit als vielmehr ein Software-Modul zu verstehen, das teilweise auf der Hardware des Antriebsbusses und teilweise auf der Hardware der Antriebseinheiten abläuft, insbesondere im Zusammenhang mit deren Schnittstellen zu den Kommunikationsmitteln bzw. zu dem Bussystem. Damit von der zentralen Leitsteuerung einer größeren Produktionsanlage aus auf den Wickelantrieb zugegriffen werden kann, ist vorgesehen, dass die Antriebseinheiten des Zentrumswicklers zusätzlich mit einem Feldbussystem verbunden sind. Dieses ist im Rahmen einer geschichteten Architektur und einer computergestützten Produktion auf einer höheren Ebene angesiedelt als das Synchronisationssystem bzw. dessen Antriebsbus.
Wichtige periphere Einrichtungen eines Zentrumswicklers sind die Einzugseinrichtung bei Aufwicklern, die Abzugseinrichtung bei Abwicklern, Tänzereinheiten sowie die Verlege- oder Changier-Einrichtung beim Wickeln von Kabeln, Seilen, schmalen Bändern, Folien, Blechen, Drähten und Textilien. So kann auch eine Verlege- oder Changier-Einrichtung nahezu winkelsynchron zum Wickelvorgang angetrieben werden. Mit dem Synchronisationssystem können gegebenenfalls auch mit dessen Kommunikationsmitteln und/oder dessen Antriebsbussystem weitere Antriebseinheiten gekoppelt sein, die der Einzugs- und/oder Abzugseinrichtung, und/oder Tänzereinrichtung und/oder Verlege- oder Changier-Einrichtung der Produktionsanlage zugeordnet sind.
Ferner kann erfindungsgemäß die Antriebswelle des Wickelgutes mittels eines gekoppelten Drehgebers eine reale Leitdrehachse erzeugen bzw. es wird im Synchronisationssystem eine den Antriebseinheiten gemeinsam zugeordnete virtuelle Leitdrehachse generiert. Dies kann entweder in einem der Antriebseinheiten selbst oder in einem gesonderten Rechner erfolgen, der kommunikationstechnisch mit Rechnerschnittstellen der Antriebseinheiten verbunden ist. Mit diesem Konzept können die einzelnen Antriebseinheiten die Antriebswelle des Wickelgutes nach rechnerisch ermittelten Sollwerten, nämlich nach „Leitdrehachswerten”, antreiben oder einem real ermittelten Istwert folgen. Dies kann gemäß nachstehender Beziehung erfolgen: n_{Wickelkörper-Erforderlich} = |n_{Leistungspfad-Getriebestrang 1}| + |n_{Leistungspfad-Getriebestrang 2}|
Die Leitdrehachs- bzw. Sollwerte für die einzelnen Antriebseinheiten werden zweckmäßigerweise jeweils aus einem Soll- oder Istwert einer Abzugsgeschwindigkeit der Warenbahn gemäß nachstehender Beziehung gewonnen: n_{Wickelkörper-Erforderlich} = v_{Warenbahn-Ist}/(⌀d_{Wickelkörper-Ist} × ¶)
Die kommunikationstechnische Übermittlung dieser Werte an die Antriebseinheiten kann der oben genannte, insbesondere seriell digitale Antriebsbus mit zeitlich taktsynchronem Verhalten übernehmen. Eine Vereinfachung ergibt sich, wenn das Antriebsbussystem primär als reiner Datenbus ausgeführt ist.
Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass alle Antriebe energetisch verknüpft sind und einzeln und/oder gemeinsam motorisch und/oder generatorisch arbeiten können (4Q-Betrieb). Der Energieausgleich erfolgt in einem dafür vorgesehenen Spannungszwischenkreis mit integriertem Bremschopper und Bremswiderstand. Dies kann gemäß nachstehender Beziehung erfolgen: T_{Wickelkörper-Erforderlich} = |T_{Leistungspfad-Getriebestrang 1}| + |T_{Leistungspfad-Getriebestrang 2}| P_{Wickelkörper-Erforderlich} = |P_{Leistungspfad-Getriebestrang 1}| + |P_{Leistungspfad-Getriebestrang 2}|
Um den Anforderungen an hohe Präzision, Schnelligkeit, Kompaktheit und Energieeffizienz zu genügen, sind permanenterregte Drehstrom-Synchron-Servomotoren oder Synchron-Reluktanzmotoren vorgesehen. Diese haben gegenüber den fremderregten Drehstrom-Asynchron-Servomotoren, Drehstrom-Asynchronmotoren oder Gleichstrommotoren aus energetischer Sicht deutliche Vorteile, da kein Magnetisierungsstrom (Fremderregung) erforderlich ist und ein Fremdlüfter zum kühlen des Motorkörpers entfallen kann. Von Vorteil und zum Erweitern des nutzbaren Motor-Drehzahlbereiches sind alle Antriebe einzeln und/oder gemeinsam im Bereich der Feldschwächung betreibbar.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgen Ausführungsbeispiele nochmals eingehend erläutert.
1 zeigt ein Block-Schema des gesamten mechanischen Antriebsstrangs der Erfindung. An eine Antriebswelle (38) des Wickelkörpers (6) ist ein leistungsverzweigter Antriebsstrang (8) gekoppelt. Die Leistungsverzweigung wird über eine Getriebestufe (9) im Antriebsstrang (8) realisiert, die als Zahnriemen- oder Zahnkettentrieb (10) ausgeführt ist. Abtriebsseitig befindet sich ein außen am Gehäuse (12) mit Wälzlagern (39) gelagertes und über ein Gebläse (13) luftgekühltes Dreiwellen-Planetengetriebe (14) welches mit mehreren Antriebseinheiten (15, 42) gekoppelt ist, die jedem Leistungspfad einzeln zugeordnet sind. Jeder Leistungspfad ist von einem Drehstrom-Synchron-Servomotor (16) mit Resolver oder Encoder (33) angetrieben. Jede Antriebseinheit (15, 42) wird von einem Wechselrichter (17) mit einem darin eingebautem Mikroprozessor (18) angesteuert, kontrolliert bzw. geregelt. Letzterer besitzt Schnittstellen sowohl zu einem Antriebsbus (19) auf Aktor/Sensor-Ebene als auch zu einem Feldbus (20) auf der nächsthöheren Ebene einer geschichteten Netzwerk-Architektur. Alle Wechselrichter (17) sind an den beiden Bussystemen (19, 20) vorzugsweise mit Parallelverhalten angekoppelt.
2 zeigt eine typische Konstantleistungskurve (32) für Wickelanwendungen und installierte Eckleistung (3) nach dem Stand der Technik. Es zeigt sich, dass die Eckleistung (3) eines Wickelantriebs, ausgeführt als Einzelantrieb nach dem Stand der Technik, in jedem Betriebspunkt (4) deutlich größer ist als die erforderliche Prozessleistung. Somit ist ein Betreiben desselben im optimalen Wirkungsgradbereich (Prozessleistung ca. 3/4 × Nennleistung des Motors) nicht möglich.
In 3 ist ein Block-Schema für die Kommunikation und Regelung der Antriebseinheiten der Erfindung dargestellt. Es ist eine Warenbahn (5) dargestellt, die mit einer konstanten Geschwindigkeit V und einer konstanten Zugkraft F zu einer archimedischen Spirale mit einer variablen Drehzahl n und einem variablen Drehmoment T aufgewickelt wird. Ein mit der Antriebswelle (38) des Wickelkörpers (6) gekoppelter Drehgeber (7) dient zum Generieren einer realen Leitdrehachse. Dabei gelten folgende physikalischen Zusammenhänge: P_Prozess = F_Warenbahn × v_Warenbahn = T_{Wickelkörper-Ist} × 2 × ¶ × n_{Wickelkörper-Ist} = konstant V_Warenbahn = d_{Wickelkörper-Ist} × ¶ × n_{Wickelkörper-Ist} = konstant
Diese physikalischen Zusammenhänge gelten für zwei (und optional mehr als zwei) Antriebseinheiten (15, 42) mit Elektromotoren. Danach wird der Antriebseinheit (15, 42) ein Solldrehwinkel vom Antriebsbus (19) aus mitgeteilt. Gleiches gilt für den Drehzahlsollwert, den Verzögerungssollwert, den Beschleunigungssollwert und den Stromsollwert. Die Berechnung dieser Sollwerte kann mit einem Mikroprozessor (18) in einem der Wechselrichter (17) der Antriebseinheiten (15, 42) erfolgen. Diesen berechneten Größen, wie Sollwinkel, Solldrehzahl, Sollverzögerung, Sollbeschleunigung und Sollstrom, folgen alle anderen Antriebseinheiten (15, 42) des Antriebssystems (1). Sie folgen somit einer virtuellen Leitdrehachse bzw. einer realen Leitdrehachse. Damit jeder einzelne Antrieb der vorgegebenen Konstantleistungskurve (32) präzise folgt, wird der Antriebsdatenbus (19) streng taktsynchron betrieben. Der auf Lichtwellenleiter oder geschirmten Datenkabeln als physikalischem Übertragungsmedium basierende Antriebsdatenbus (19) verbindet die Antriebseinheiten-Teilnehmer vorzugsweise in einer Ringstruktur.
Ein Element wie beispielsweise der Drehgeber (7) an der Antriebswelle (38) kann die Rolle eines Dispatchers übernehmen. Alternativ kann der Dispatcher mit einer Antriebseinheit (15, 42) bzw. mit dessen Wechselrichter (17) oder mit einem gesonderten Hardware-Modul (21) realisiert sein. Weiterhin werden die vom Antriebsbus (19) gelesenen Sollwertdaten Φ_soll, α_soll, n_soll, I_soll in einen Funktionsbaustein „Leitwertaufbereitung” (22) eingelesen. In diesem ist ein auf das zu wickelnde Produkt spezifischer Algorithmus implementiert. Dieser kann entweder vom überlagerten Feldbus (20) eingelesen werden oder im Funktionsbaustein Leitwertaufbereitung (22) hinterlegt sein. In der Leitwertaufbereitung (22) werden die vom Antriebsbus (19) gelesenen Sollwerte entsprechend der Konstantleistungskurve (32) zu internen Sollwerten des Winkels, der Drehzahl, der Beschleunigung und Verzögerung sowie des Stroms umgeformt. Diese Ergebnisse werden einem Winkellageregler (23), Drehzahlregler (24) und Stromregler (25) zugeführt. Winkellageregler (23) und Drehzahlregler (24) besitzen zusätzlich Istwert-Eingänge (26), die dem Ausgang eines Drehzahlgebers und/oder Winkellagegebers (37) zugeordnet sind, der das Drehverhalten der Antriebseinheiten (15, 42) abtastet. Der Stromregler besitzt zusätzlich einen Istwert-Eingang (27), der dem Ausgang des Wechselrichters zugeordnet ist und den Ist-Strom des Servomotors zuführt. Zwischen dem Istwert-Eingang (26) des Winkellagereglers (23) und dem Ausgang des Gebers (37) ist ein Element „Lage-Istwert-Aufbereitung” (28) eingefügt, über den mittels einer damit kombinierten Ausgangsschnittstelle (29) die vom Ausgang Drehzahl-, Winkellagergeber (37) abgeleiteten Istwert-Daten für Winkellage, Drehzahl, Beschleunigung und Verzögerung auf den Antriebsbus (19) gesendet werden können. Der Wechselrichter (17) ist bekanntlich mit einem Stromregler (25) und einem nachgeschalteten Wechselrichter-Steuersatz ausgebildet, dessen Ausgang in den Leistungsteil (31) des Wechselrichters (17) geführt ist. Das Ergebnis ist ein hochdynamisches winkel-, drehzahl-, beschleunigungs-, verzögerungs- und drehmomentgetreues Verhalten der Antriebe untereinander.
4 zeigt eine typisch mathematische Funktion f(n) (Konstantleistungskurve) für Wickelanwendungen und das Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verwendung des Antriebssystems. Darin ist eine typische Konstantleistungskurve (32) abgebildet, wie sie bei Zentrumswicklern üblicherweise gegeben ist. Der Wickelvorgang beginnt, indem beide Antriebseinheiten (15, 42) gleichzeitig starten und winkel-, drehzahl- sowie drehmomentsynchron beschleunigen, bis der Wickelkörper (6) die erforderliche Betriebsdrehzahl am Startpunkt (34) erreicht. Einer der beiden Antriebseinheiten (15, 42) arbeitet generatorisch und speist Energie in einen Spannungszwischenkreis (35). Es gelten folgende physikalischen Zusammenhänge: n_{Wickelkörper-Erforderlich-Punkt 0} = |n_{Leistungspfad-Getriebestrang 1}| + |n_{Leistungspfad-} _{Getriebestrang 2|} T_{Wickelkörper-Erforderlich-Punkt 0} = |T_{Leistungspfad-Getriebestrang 1}| + |T_{Leistungspfad-} _{Getriebestrang 2|} P_{Wickelkörper-Erforderlich-Punkt 0} = |P_{Leistungspfad-Getriebestrang 1}| + |P_{Leistungspfad-} _{Getriebestrang 2|}
Von hier an folgen beide Antriebseinheiten (15, 42) – winkel-, drehzahl-, beschleunigungs-, verzögerungs- und drehmomentsynchron arbeitend – der Konstantleistungskurve (32) bis der Übergabepunkt 1 (40) erreicht ist. Hier angekommen, verzögert einer der beiden Antriebseinheiten (15, 42) seine Drehzahl bis er still steht und mechanisch und/oder elektrisch festgesetzt wird. Gleichzeitig beschleunigt die andere Antriebseinheit (15, 42) seine Drehzahl, sodass der Wickelkörper (6) die erforderliche Betriebsdrehzahl beibehält. Dieser erste „fliegende” Übergabevorgang erfolgt ebenfalls winkel-, drehzahl- und drehmomentsynchron. Es gelten folgende physikalischen Zusammenhänge: n_{Wickelkörper-Erforderlich-Übergabepunkt 1} = n_{Leistungspfad-Getriebestrang 1 oder 2} T_{Wickelkörper-Erforderlich-Übergabepunkt 1} = T_{Leistungspfad-Getriebestrang 1 oder 2} P_{Wickelkörper-Erforderlich-Übergabepunkt 1} = P_{Leistungspfad-Getriebestrang 1 oder 2}
Von hier an folgt die Antriebseinheit (15, 42) der Konstantleistungskurve (32) bis Übergabepunkt 2 (41) erreicht ist. Hier angekommen, verzögert der aktive Motor seine Drehzahl bis er still steht und mechanisch und/oder elektrisch festgesetzt wird. Parallel beschleunigt die nicht aktive Antriebseinheit (15, 42) seine Drehzahl, sodass der Wickelkörper (6) die erforderliche Betriebsdrehzahl beibehält. Dieser zweite „fliegende” Übergabevorgang erfolgt ebenfalls winkel-, drehzahl- und drehmomentsynchron. Es gelten folgende physikalischen Zusammenhänge: n_{Wickelkörper-Erforderlich-Übergabepunkt 2} = n_{Leistungspfad-Getriebestrang 2 oder 1} T_{Wickelkörper-Erforderlich-Übergabepunkt 2} = T_{Leistungspfad-Getriebestrang 2 oder 1} P_{Wickelkörper-Erforderlich-Übergabepunkt 2} = P_{Leistungspfad-Getriebestrang 2 oder 1}
Von hier aus folgt die Antriebseinheit (15, 42) der Konstantleistungskurve (32) bis der Endpunkt (36) erreicht ist und der Wickelvorgang durch kontrolliertes Abbremsen beendet wird.
Bezugszeichenliste

1: Antriebssystem
2: Zentrumswickler
3: Eckleistung
4: Betriebspunkt
5: Warenbahn
6: Wickelkörper
7: Drehgeber
8: Antriebsstrang
9: Getriebestufe
10: Zahnriemen/Zahnkette
11: Synchronisationssystem
12: Gehäuse
13: Gebläse
14: Planetengetriebe
15: Antriebseinheit
16: Elektromotor
17: Wechselrichter
18: Mikroprozessor
19: Antriebsbus
20: Feldbus
21: Hardware-Modul
22: Leitwertaufbereitung
23: Winkellageregler
24: Drehzahlregler
25: Stromregler
26: Istwert-Eingang Drehzahl-, Winkellagergeber
27: Istwert-Eingang Wechselrichter
28: Lage-Istwert-Aufbereitung Element
29: Ausgangsschnittstelle
30: Schnittstelle Synchronisationssystem
31: Leistungsteil
32: Konstantleistungskurve
33: Encoder/Resolver
34: Startpunkt
35: Spannungszwischenkreis
36: Endpunkt
37: Ausgang Drehzahl-, Winkellagergeber
38: Antriebswelle
39: Wälzlager
40: Übergabepunkt 1
41: Übergabepunkt 2
42: Antriebseinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 69608909 T2 [0005]
DE 9292919 U1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Elektrische Antriebstechnik”, Jens Weidauer, ISBN 978-3-89578-431-6, Seite 292 [0013]

Claims

Antriebssystem (1) für Zentrumswickler (2) mit mindestens einem leistungsverzweigten Antriebsstrang (8), wobei die Leistungsverzweigung über eine Getriebestufe (9) in dem Antriebsstrang (8) realisiert ist und der Antriebsstrang (8) über ein Synchronisationssystem (11) mit weiteren Antriebseinheiten (15, 42) koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine zeit-, weg- und/oder winkel-, und/oder drehzahl-, und/oder beschleunigungs-, und/oder verzögerungs- und/oder drehmomentabhängige Steuerung der Antriebseinheiten (15, 42) erfolgt, die in Abhängigkeit einer Konstantleistungskurve (32) eine synchrone Beschleunigung oder Abbremsung mindestens einer Antriebseinheit (15, 42) regelt.
Antriebssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheiten (15, 42) nach Leitdrehachsenwerten über Wechselrichter (17) gesteuert werden, die einem ermittelten Soll- oder Ist-wert folgen, wobei die Antriebseinheiten (15, 42) energetisch verknüpft sind und einzeln oder gemeinsam motorisch und/oder generatorisch die Zentrumswickler (2) antreiben.
Antriebssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Synchronisationssystem (11) als Software-Modul ausgestaltet ist, wobei die Steuerung des Zentrumwicklers (2) mindestens einer Antriebseinheit (15, 42) über ein Bussystem (19, 20) erfolgt.
Antriebssystem (1) nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass periphere Einrichtungen, insbesondere Einzugs-, Abzugs-, Tänzer-, Verlege- und Changiereinrichtungen mit den Antriebseinheiten (15, 42) synchronisiert und energetisch verknüpft sind.
Antriebssystem (1) nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebestufe (9) über einen Zahnriemen oder Zahnkette (10) angetrieben, abtriebsseitig gelagert und als Planetengetriebe (14) ausgestaltet ist.
Antriebssystem (1) nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheiten (15, 42) Elektromotoren (16), insbesondere Drehstrom-Synchron-Servomotoren, Synchron-Reluktanzmotoren, Drehstrom-Asynchron-Servomotoren, Drehstrom-Asynchron-Motoren oder Gleichstrommotoren aufweisen und diese einzeln und/oder gemeinsam im Bereich der Feldschwächung betreibbar sind.
Verfahren zum Antrieb mindestens eines leistungsverzweigten Antriebsstranges (8) für Zentrumswickler (2), wobei der Antriebsstrang über ein Synchronisationssystem (11) koppelbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zeit-, weg-, und/oder winkel-, und/oder drehzahl-, und/oder beschleunigungs-, und/oder verzögerungs- und/oder drehmomentabhängig eine Steuerung der Antriebseinheiten (15, 42) erfolgt, die in Abhängigkeit einer Konstantleistungskurve (32) eine synchrone Beschleunigung oder Abbremsung mindestens einer Antriebseinheit (15, 42) regelt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Antriebseinheiten (15, 42) nach Leitdrehachsenwerten erfolgt, wobei die Steuerung einem ermittelten Soll- oder Ist-wert folgt und die Antriebseinheiten (15, 42) miteinander gekoppelt sind und einzeln oder gemeinsam, motorisch und/oder generatorisch die Zentrumswickler (2) antreiben.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass periphere Einrichtungen, insbesondere Einzugs-, Abzugs-, Tänzer, Verlege- und Changiereinrichtungen mit dem Antriebssystem (1) synchronisiert und energetisch verknüpft sind.
Verwendung eines Verfahren zum Antrieb mindestens eines leistungsverzweigten Antriebsstranges (8) für Zentrumswickler, wobei der Antriebsstrang (8) über ein Synchronisationssystem (11) mit Antriebseinheiten (15, 42) koppelbar ist und eine zeit-, weg-, und/oder winkel-, und/oder drehzahl-, und/oder beschleunigungs-, und/oder verzögerungs- und/oder drehmomentabhängiger Steuerung der Antriebseinheiten (15, 42) erfolgt, der in Abhängigkeit einer Konstantleistungskurve (32) eine synchrone Beschleunigung oder Abbremsung der mindestens einen Antriebseinheit (15, 42) erfolgt.