DE10324663A1

DE10324663A1 - Vorrichtung und Verfahren zur drehzahlabhängigen Ansteuerung von Aktuatoren

Info

Publication number: DE10324663A1
Application number: DE10324663A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Burger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2004-12-30
Also published as: US20050021167A1

Abstract

Die Lebensdauer von Aktuatoren einer Produktionsmaschine oder einer Werkzeugmaschine oder eines Handhabungsautomaten, insbesondere einer Strickmaschine, soll verlängert werden. Hierzu ist vorgesehen, dass die Ansteuerspannung für eine Aktuatoreinrichtung (2) einer mit unterschiedlichen Drehzahlen drehbaren Dreheinrichtung (1) der Produktionsmaschine oder der Werkzeugmaschine oder des Handhabungsautomaten abhängig von der Drehzahl der Dreheinrichtung (1) einstellbar ist. Bei Strickmaschinen werden dann beispielsweise die Piezokeramikaktuatoren mit einer von der Drehzahl des Nadelzylinders abhängigen Gleichspannung angesteuert. Dadurch kann die ständig an den Aktuatoren anliegende Gleichspannung im Schnitt vermindert und durch beispielsweise die Kristallbildung in Schmierölen, die zu Ausfällen führen kann, reduziert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern oder Regeln einer Produktionsmaschine oder einer Werkzeugmaschine oder eines Handhabungsautomaten, mit einer Dreheinrichtung, die mit unterschiedlichen Drehzahlen drehbar ist, einer Aktuatoreinrichtung, die mit der Dreheinrichtung in Wirkverbindung steht, und einer Spannungsversorgungseinrichtung zur Versorgung der Aktuatoreinrichtung mit einer Ansteuerspannung. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Steuern oder Regeln einer Produktionsmaschine oder einer Werkzeugmaschine oder eines Handhabungsautomaten. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Strickmaschinen.
Bei industriellen Strickmaschinen, wie Flach- und Rundstrickmaschinen, wird z.B. die Bewegung der Nadeln üblicherweise durch Biegewandler aus Piezokeramik ausgelöst. Dabei werden die Biegewandler mit einer festen Versorgungsspannung von beispielsweise 190 VDC angesteuert. Diese Versorgungsspannung ist in der Höhe so dimensioniert, dass die Schaltgeschwindigkeit der Wandler auch bei hohen Drehzahlen den Anforderungen der Strickmaschine entspricht.
Felderfahrungen haben jedoch gezeigt, dass eine Gleichspannung im Bereich von 190 Volt in einer Strickmaschine große Probleme bereitet. Beispielsweise kann die Gleichspannung ein verwendetes Schmieröl derart zur Kristallbildung anregen, dass ungewollte leitende Übergänge entstehen. Folge davon sind häufig die Ausfälle der Piezokeramikwandler, der eingesetzten Leiterplatten und anderer elektrischer und mechanischer Bauteile.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern oder Regeln einer Produktionsmaschine oder einer Werkzeugmaschine oder eines Handhabungsautomaten vorzuschlagen, womit die Ausfälle der Produktionsmaschine oder der Werkzeugmaschine oder des Handhabungsautomaten verringert werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch. eine Vorrichtung zum Steuern oder Regeln einer Produktionsmaschine oder einer Werkzeugmaschine oder eines Handhabungsautomaten mit einer Dreheinrichtung, die mit unterschiedlichen Drehzahlen drehbar ist, einer Aktuatoreinrichtung, die mit der Dreheinrichtung in Wirkverbindung steht, und einer Spannungsversorgungseinrichtung zur Versorgung der Aktuatoreinrichtung mit einer Ansteuerspannung, wobei die Ansteuerspannung für die Aktuatoreinrichtung abhängig von der Drehzahl der Dreheinrichtung einstellbar ist.

Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen ein Verfahren zum Steuern oder Regeln einer Produktionsmaschine oder einer Werkzeugmaschine oder eines Handhabungsautomaten mit einer Dreheinrichtung , die mit unterschiedlichen Drehzahlen drehbar ist, und einer Aktuatoreinrichtung, die mit der Dreheinrichtung in Wirkverbindung steht, durch Ansteuern der Aktuatoreinrichtung mit einer Ansteuerspannung, wobei die Ansteuerspannung für die Aktuatoreinrichtung abhängig von der Drehzahl der Dreheinrichtung eingestellt wird.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass proportional mit der anliegenden Spannung und der Zeit die Ausfälle von beispielsweise Strickmaschinen steigen beziehungsweise die Lebensdauer der Strickmaschinen beziehungsweise ihrer Aktuatoren sinkt. Ein grundsätzlicher Ansatzpunkt besteht darin, die Betriebsspannung der Piezokeramikwandler um wenige Volt zu reduzieren, wobei stets die geforderte Schaltgeschwindigkeit erhalten bleiben muss. Es ist jedoch nur bei der maximalen Drehzahl einer Strickmaschine die minimale Schaltzeit beziehungsweise maximale Schaltgeschwindigkeit der Biegewandler zu fordern. Dies bedeutet, dass die Schaltgeschwindigkeit der Wandler proportional oder in einer beliebigen Abhängigkeit von der Drehzahl steigen muss. In Folge dessen muss nur bei einer maximalen Drehzahl auch eine maximale Versorgungsspannung an die Biegewandler angelegt werden. In Tests wurde ermittelt, dass bei geringen Drehzahlen, d.h. langsamer Schaltzeit, eine durch niedrige Spannung erzeugte Stellkraft der Aktuatoren zur Ansteuerung der Nadeln sicher ausreicht.

Da im Dauerbetrieb eine Strickmaschine nur etwa mit 60% der Maximaldrehzahl arbeitet und es zusätzlich zu Stillstandszeiten bei eingeschaltetem System kommt, ist durch eine drehzahlabhängige Versorgungsspannung der Biegewandler eine Reduzierung der Ausfallrate beziehungsweise eine Verbesserung der Qualität und eine Steigerung der Lebensdauer der Strickmaschine zu erwarten.

Bei der oben allgemein dargestellten Produktionsmaschine handelt es sich vorzugsweise um eine Textilproduktionsmaschine und insbesondere um eine Strickmaschine wie diese bereits dargestellt wurde. Darüber hinaus umfasst die Aktuatoreinrichtung vorzugsweise, wie dies ebenfalls bereits angedeutet wurde, mindestens einen elektromechanischen Wandler und insbesondere ein beziehungsweise mehrere Piezoelemente.

Die Vorrichtung kann ferner eine Sensoreinrichtung zum Abtasten der Drehzahl und/oder Position der Dreheinrichtung aufweisen, wobei die Sensoreinrichtung mit der Spannungsversorgungseinrichtung verbunden ist. Damit kann die tatsächliche Drehzahl beziehungsweise die aktuelle absolute oder relative Position der Dreheinrichtung festgestellt und für das Einstellen der Ansteuerspannung verwendet werden. Alternativ hierzu wird die Ansteuerspannung beziehungsweise der Ansteuerstrom für die Dreheinrichtung indirekt als Steuergröße für die Ansteuerspannung der Aktuatoreinrichtung verwendet.

Die Spannungsversorgungseinrichtung weist vorzugsweise eine Steuereinrichtung für eine Vielzahl von Aktuatoren mit einer Datenleitung zur Aktuatoreinrichtung und eine steuerbare Spannungswandlungseinheit mit einer Stromversorgungsleitung zur gemeinsamen Versorgung der Vielzahl von Aktuatoren auf. Die Ansteuerspannung für die Aktuatoreinrichtung kann eine Gleichspannung darstellen. Hierzu besitzt die Spannungsversorgungseinrichtung beispielsweise einen Wechselspannungs-Gleichspannungswandler. Die Ansteuerspannung sollte bei der Drehzahl Null einen von Null verschiedenen Minimalwert beziehungsweise eine von Null verschiedene Minimalamplitude besitzen. Dadurch kann ein Mindestbiegezustand beziehungsweise eine Mindestladung der Piezokeramik auch über längere Stillstandszeiten aufrecht erhalten werden. Wenn die Piezokeramikwandler nicht vollständig entladen werden, reduziert sich ihr gesamter Bewegungsumfang, so dass ihre Lebensdauer erhöht wird.

Vorzugsweise wird eine Textilproduktionsmaschine, insbesondere eine Strickmaschine mit der oben genannten Vorrichtung ausgerüstet.

Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
1 ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Strickmaschine; und
2 eine für die Aktuatoren verwendete erfindungsgemäße Spannungskennlinie.
Die nachfolgend näher dargestellte Ausführungsform stellt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar.
Eine Strickmaschine ist in 1 durch ihren Nadelzylinder 1 symbolisiert. Dieser dreht sich gemäß dem eingezeichneten Pfeil.
Während des Strickvorgangs werden die Nadeln im Nadelzylinder entsprechend zur Maschenbildung bewegt. Dabei können die Nadeln einzeln oder in Gruppen gleichzeitig oder nacheinander bewegt werden. Die Bewegung der Nadeln wird durch Piezokeramikaktuatoren ausgelöst. In 1 ist lediglich einer dieser Aktuatoren 2 dargestellt. Diese Aktuatoren 2 sind am Umfang der Dreheinrichtung beziehungsweise des Nadelzylinders 1 verteilt.
Jeder Aktuator 2 wird über eine Datenleitung 3 von einer Steuereinrichtung 4 logisch angesteuert. Hierfür wird die Drehzahl des Nadelzylinders 1 oder dessen relative beziehungsweise absolute Position durch einen Winkelschrittgeber 5 als Nadelimpulssignal in einer Sensorleitung 6 an die Steuerung 4 übertragen.
Eine Spannungsversorgungseinheit 7, hier ein AC-DC-Wandler, versorgt jeden der Aktuatoren 2 mit einer Gleichspannung über eine Versorgungsleitung 8. Über eine Steuerleitung 9 erhält die regelbare Spannungsversorgungseinheit 7 einen Nadeltakt von der Steuerung 4. Damit ist es möglich, dass die Versorgungsspannung für die Aktuatoren in ihrer Höhe drehzahlabhängig eingestellt wird.
Die Abhängigkeit der Spannung an den Aktuatoren 2 von der Drehzahl ist in 2 als Kennlinie beispielhaft dargestellt. In einem Drehzahlbereich von etwa 0% bis 90% der Maximaldrehzahl steigt die Spannung über der Drehzahl in etwa linear an. Sie erreicht bei einer Maximaldrehzahl von n = 100% eine maximale Spannung von U = 100%. Bei Stillstand n = 0% der Dreheinrichtung beziehungsweise des Nadelzylinders 1 können die Aktuatoren aus Gründen der Ladungserhaltung gegebenenfalls mit einer Minimalspannung versorgt werden. Dann fällt die Spannung nicht wie in der Kennlinie von 2 dargestellt bei Stillstand auf U = 0% ab, sondern bleibt beispielsweise bei U = 20% der Maximalspannung. Dadurch wird der Dynamikbereich der Piezoelemente vermindert und ihre Lebensdauer steigt.
Die in 2 wiedergegebene Kennlinie kann in der Steuerung 4 abgelegt sein. Die Steuerung 4 liefert dann ein entsprechendes Drehzahlsteuersignal zur Regelung des AC-DC-Wandlers 7 an diesen. Alternativ kann die in 2 dargestellte Kennlinie auch in der Spannungsversorqungseinheit 7 direkt abgelegt sein. In diesem Fall kann das Sensorsignal vom Sensor 5 direkt zu der Spannungsversorgungseinheit 7 geleitet werden. Ebenso ist es möglich, das Sensorsignal ohne spezielle Aufbereitung lediglich durch die Steuereinrichtung 4 zur Spannungsversorgungseinheit 7 durchzuleiten.
In jedem Fall wird durch diese drehzahlabhängige Ansteuerung der Aktuatoren eine Verlängerung der Lebensdauer der in der Regel verhältnismäßig teuren Aktuatoren erreicht.

Claims

Vorrichtung zum Steuern oder Regeln einer Produktionsmaschine oder einer Werkzeugmaschine oder eines Handhabungsautomaten mit, – einer Dreheinrichtung (1), die mit unterschiedlichen Drehzahlen drehbar ist, – einer Aktuatoreinrichtung (2), die mit der Dreheinrichtung (1) in Wirkverbindung steht, und – einer Spannungsversorgungseinrichtung (4, 7) zur Versorgung der Aktuatoreinrichtung (2) mit einer Ansteuerspannung, dadurch gekennzeichnet, dass – die Ansteuerspannung für die Aktuatoreinrichtung (2) abhängig von der Drehzahl der Dreheinrichtung (1) einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Produktionsmaschine eine Textilproduktionsmaschine ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Textilproduktionsmaschine eine Strickmaschine ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aktuatoreinrichtung (2) mindestens einen elektromechanischen Wandler umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der mindestens eine elektromechanische Wandler ein Piezoelement umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Sensoreinrichtung (5) zum Abtasten der Drehzahl und/oder Position der Dreheinrichtung (1) aufweist, wobei die Sensoreinrichtung (5) mit der Spannungsversorgungseinrichtung (4, 7) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spannungsversorgungseinrichtung (4, 7) eine Steuereinheit (4) für eine Vielzahl von Aktuatoren mit einer Datenleitung (3) zur Aktuatoreinrichtung (2) und eine steuerbare Spannungswandlungseinheit (7) mit einer Stromversorgungsleitung (8) zur gemeinsamen Versorgung der Vielzahl von Aktuatoren aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ansteuerspannung eine Gleichspannung ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ansteuerspannung bei der Drehzahl Null einen von Null verschiedenen Minimalwert beziehungsweise eine von Null verschiedene Minimalamplitude besitzt.
Textilproduktionsmaschine, insbesondere Strickmaschine mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Steuern oder Regeln einer Produktionsmaschine oder einer Werkzeugmaschine oder eines Handhabungsautomaten mit einer Dreheinrichtung (1), die mit unterschiedlichen Drehzahlen drehbar ist, und einer Aktuatoreinrichtung (2), die mit der Dreheinrichtung (1) in Wirkverbindung steht, durch – Ansteuern der Aktuatoreinrichtung (2) mit einer Ansteuerspannung, dadurch gekennzeichnet, dass – die Ansteuerspannung für die Aktuatoreinrichtung (2) abhängig von der Drehzahl der Dreheinrichtung (1) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Produktionsmaschine eine Textilproduktionsmaschine ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Textilproduktionsmaschine eine Strickmaschine ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Aktuatoreinrichtung (2) mindestens einen elektromechanischen Wandler umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der mindestens eine elektromechanischen Wandler ein Piezoelement umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die Drehzahl und/oder Position der Dreheinrichtung (1) für das Einstellen der Steuerspannung abgetastet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei eine Vielzahl von Aktuatoren der Aktuatoreinrichtung (2) über eine Datenleitung (3) angesteuert und mit einer Stromversorgungsleitung (8) gemeinsam versorgt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei die Ansteuerspannung eine Gleichspannung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei die Ansteuerspannung bei der Drehzahl Null einen von Null verschiedenen Minimalwert beziehungsweise eine von Null verschiedene Minimalamplitude besitzt.