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Die
Erfindung betrifft ein Streckwerk für eine Spinnereimaschine, insbesondere
eine Regulierstrecke, mit mindestens zwei aufeinander folgenden
Walzenpaaren, mit mehreren Elektromotoren zum Antreiben jeweils
mindestens einer Walze der besagten Walzenpaare und mit einer elektronischen
Regulierungseinrichtung, an welche die Elektromotoren angeschlossen
sind.
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Bei
regulierten Streckwerken ist eine exakte Synchronität der Walzenpaare
des Streckwerks von entscheidender Bedeutung für die Qualität bzw. Gleichmäßigkeit
des oder der produzierten Faserbänder.
Mechanische Kopplungen über
Getriebe oder Riementriebe sind hierfür sehr geeignet, da sie die
grundlegende Synchronität
der Walzenpaare gewährleisten.
Für Automatisierungszwecke
sind sie jedoch nicht optimal geeignet.
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Der
Einsatz von mehreren Direktantrieben, sog. Einzelantrieben, zum
Antreiben der Streckwerkskomponenten bietet die Möglichkeit,
die Maschineneinstellungen von Verzogen und Anspannverhältnissen
zu automatisieren. Strecken mit derartigen Einzelantrieben sind
seit längerer
Zeit bekannt. Bei bekannten Ausführungen
sind den Motorwellen der Antriebe oder den Walzenwellen inkrementale Drehgeber
zur Ermittlung der Drehzahl, der Drehgeschwindigkeit, des Drehwinkels
o. dgl. zugeordnet. Die Drehgeber sind hierbei üblicherweise als digitale Lage-(Winkel)-Sensoren
ausgebildet, aus deren Lagesignalen (Anzahl der Drehungen pro vorgegebenem
Zeitfenster) Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlinformationen erhalten
werden, welche mit Hilfe einer jeweils zugeordneten Motorregeleinrichtung
zur Nachregelung der jeweilige Motordrehzahl herangezogen werden.
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Der
Nachteil dieser herkömmlichen
Antriebssysteme, enthaltend eine Lage- und Drehzahlregelung unter Verwendung
inkrementaler Drehgeber, ist, daß die Bildung der Signale zur
digitalen Weiterverarbeitung Zeit braucht. Während dieses Zeitraums liegen
keine aktuellen Werte vor und es muß interpoliert werden. Für den Antrieb
bedeutet dies ein gewisses Spiel in den Motorwellen, was für die Synchronität im dynamischen
Bereich sehr störend
ist und die Störsteifigkeit
stark verschlechtert. Störgrößen auf den
Motorwellen, entstehend durch Laständerungen, Riemenschwingungen,
etc. können
dadurch nicht effektiv beseitigt werden. Die Folge sind schlechte Laufruhe
bei Konstantlauf sowie Unsynchronitäten zwischen den Streckwerkswalzen.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Streckwerk
der eingangs genannten Art zu schaffen, das die genannten Nachteile
vermeidet und insbesondere einen noch weiter verbesserten Verzug
gewährleistet.
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Diese
Aufgabe wird bei dem Streckwerk der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
daß mindestens
einem Elektromotor und/oder mindestens einer Walze ein Beschleunigungssensor
zugeordnet ist.
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Die
Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, daß ein Echtzeitsignal
hinsichtlich der Beschleunigung erhalten wird, welches unmittelbar
Lastmomentänderungen,
d.h. Störeinflüsse, registriert.
Zu diesen Störgrößen gehören vom
Abtastgetriebe, welches dem Streckwerk vorgeschaltet ist, registrierte
Dickstellen sowie die Elastizität
von Antriebsriemen samt deren Schwingungen. Die Lastmomentänderungen
bewirken positive oder negative Beschleunigungen der Motorwelle,
die unmittelbar vom Beschleunigungssensor erfaßbar sind. Die vom Sensor ausgegebenen
Signale können
dann direkt verarbeitet werden, um den Strom des Motors nachzuregeln.
Da im Gegensatz zur Verwendung inkrementaler Lagesensoren keine
zeitaufwendige Verarbeitung von Signalen notwendig ist, ist ein
unmittelbares, schnelles und präzises
Ansteuern der Motoren möglich.
Es kann somit ein Gleich- und Konstantlauf der Walzenpaare erreicht
werden, welcher herkömmlichen
Antrieben überlegen
ist.
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Würden die
Beschleunigungsinformationen mit Hilfe der bekannten inkrementalen
Drehgeber berechnet, würde
dies eine beträchtliche
Zeit in Anspruch nehmen. Außerdem
würden
durch die notwendige Differentiation der Gebersignale Fehler induziert
werden, welche die Regelgüte
negativ beeinflussen.
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Es
ist hingegen aber auch möglich,
aus den Beschleunigungswerten durch Integration Geschwindigkeits-
bzw. Drehzahlwerte zu erhalten, wobei die hierfür notwendigen Rechenoperationen
weniger Fehler hervorrufen als die genannte Differentiationen.
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Ein
weiterer Vorteil des Einsatzes von Beschleunigungssensoren ist zudem
deren hohe Empfindlichkeit bei gleichzeitig relativ großer Robustheit.
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Besonders
bevorzugt ist der besagte mindestens eine Beschleunigungssensor
als Relativbeschleunigungssensor ausgebildet, da dieser den störenden Einfluß der Erdbeschleunigung
nicht berücksichtigt.
Als ein spezieller, gut geeigneter Relativbeschleunigungssensor
hat sich der sog. Ferraris-Sensor herausgestellt, der auf dem Wirbelstromprinzip beruht
und eine sehr hohe Dynamik besitzt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführung
ist der mindestens eine Beschleunigungssensor an einer Welle eines
Elektromotors angeordnet und ermittelt somit direkt an der Welle
die Echtzeitsignale zur Beschleunigung dieser Welle. Es werden hierbei
bei Einsatzes eines Ferraris-Sensors von diesem nur dann Signale
ausgegeben, wenn die Walze eine relative Beschleunigung erfährt.
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In
einer Alternative ist der Beschleunigungssensor an einer Welle einer
Walze angeordnet.
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Der
mittels des Beschleunigungssensors gewonnene Zeitvorteil kann behalten
werden, wenn schnell schaltende, analoge und/oder digitale Schaltungsteile
zur im wesentlichen verzögerungsfreien Signalauswertung
der genannten Sensoren und deren Umsetzung in Stromsignale für die Motoren
verwendet werden.
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Vorteilhafterweise
ist den Elektromotoren jeweils eine eigene Motorregeleinrichtung
zugeordnet. Diese umfaßt
besonders bevorzugt einen Drehzahlregler und einen nachgeschalteten
Stromregler für den
jeweiligen Motor. Bei einer derartigen Anordnung werden beispielsweise
von inkrementalen Drehgebern (Encoder mit Strichcodescheiben, Resolver
beruhend auf dem Transformatorprinzip, Sincos-Geber) Lage- und Drehzahlsignale
des Motors (oder auch einer von dem Motor angetriebenen Walzenwelle)
gewonnen. Diese Ist-Signale werden dann dem Drehzahlregler aufgeschaltet,
der sie mit den Soll-Werten der Regulierungseinrichtunge vergleicht.
Das Ausgangssignal des Drehzahlreglers wird als Soll-Wert dem Stromregler
aufgeschaltet, der zudem vom Motor dessen aktuellen Strom-Ist-Wert
erhält.
Zusätzlich ist
erfindungsgemäß ein Beschleunigungssensor
an geeigneter Stelle des Motors vorgesehen, vorzugsweise an dessen
Abtriebsseite. Die Signale des Beschleunigungssensors können dann
direkt dem Stromregler aufgeschaltet werden, um kurze bzw. schnelle
Laständerungen
auszuregeln.
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Besonders
bevorzugt wird das Signal des Beschleunigungssensors in seiner analogen
Form, d.h. ohne Analog-Digital-Wandlung, verwendet und der Motoreinrichtung
und hierbei vorzugsweise dem Stromregler aufgeschaltet. Bei einer
derartigen Direktaufschaltung der Signale des Beschleunigungssensors
ist der Stromregler zweckmäßigerweise
als Hybridregler ausgebildet, der sowohl analoge als auch digitale
Signale verarbeiten kann (letztere sind insbesondere die Ausgangssignale
des Drehzahlreglers). Die Verwendung von analogen Beschleunigungswerten
bzw. den hierzu proportionalen Span nungswerten vom mindestens einen
Beschleunigungssensor hat den Vorteil, daß diese Signale in Echtzeit
verarbeitet werden können.
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Alternativ
zu einer Aufschaltung der Beschleunigungssignale auf die Motoreinrichtung
und hierbei vorzugsweise den Stromregler können sie auch auf die Regulierungseinrichtung
aufgeschaltet werden, auch hierbei vorzugs- aber nicht notwendigerweise in analoger
Form.
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Zusätzlich kann
ein Tachogenerator zur exakten Drehzahlmessung mindestens einem
der Elektromotoren zugeordnet sein, wobei die vorzugsweise analogen,
in Echtzeit ermittelten Signale des Tachogenerators bevorzugt auf
einen Eingang des Drehzahlreglers geschaltet werden. Auch mit diesem
Tachogenerator können
kurze bzw. schnelle Drehzahländerungen
an der Motorwelle erfaßt
und in die Drehzahlregelung einfließen. Auch bei langsamen Drehzahlen
lassen sich präzisere
Drehzahlwerte in analoger Form messen als mit einem digitalen und daher
abgestuft arbeitendem Drehgeber. Für die Auswertung dieser analogen
Signale ist der Drehzahlregler ebenfalls bevorzugt als Hybridregler
ausgebildet.
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Anstelle
des Einsatzes von Hybridreglern, die eine Erfassung der Störgrößen ohne
Zeitverlust gewährleisten,
lassen sich die Analogsignale auch durch Analogbausteine verarbeiten,
insbesondere verstärken,
gewichten, bewerten etc.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Streckwerk, und
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2 eine
Blockschaltbild einer Motorregeleinrichtung.
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In 1 ist
schematisch ein erfindungsgemäßes Regulierstreckwerk 1 dargestellt,
welches ein Eingangswalzenpaar, ein Mittelwalzenpaar und ein Ausgangswalzenpaar
umfaßt.
Es sind in 1 lediglich die Unterwalzen
dieser Paare dargestellt, d.h. die Eingangsunterwalze 2,
die Mittelunterwalze 3 und die Ausgangsunterwalze 4.
Nur diese Unterwalzen 2, 3, 4 werden
vorliegend angetrieben, während
die nicht dargestellten Oberwalzen auf die zugehörigen Unterwalzen 2, 3, 4 gepreßt werden,
damit das oder die nur schematisch angedeuteten Faserbänder FB
zwischen den Walzenpaaren geklemmt werden. Die beiden Unterwalzen 2, 3 werden
von einem gemeinsamen Elektromotor 10 angetrieben, welcher über eine nicht
näher dargestellte
Getriebestufe mit Riementrieben 6 einen vorgegebenem Vorverzug
zwischen dem Eingangs- und dem Mittelwalzenpaar bewirkt. Die Ausgangsunterwalze 4 wird
mittels eines eigenen Elektromotors 20 über nicht näher dargestellte Riementriebe 7 angetrieben.
Die Drehzahlen der Elektromotoren 10, 20 sind
mit Hilfe einer Regulierungseinrichtung 5 derart regelbar,
daß ein
die Bandmasseschwankungen ausregelnder Verzug des oder der Faserbänder FB
zwischen dem Mittel- und den Ausgangswalzenpaar realisiert wird.
Hierzu erhält
die Regulierungseinrichtung 5 Bandmasse- bzw. Bandquerschnittssignale
von einer dem Streckwerk 1 vorgelagerten , hier nicht dargestellten
Meßeinrichtung. Die
Regulierungseinrichtung 5 kann als Mikrocomputer ausgebildet
sein, welche neben der elektronischen Regelung auch die Maschinensteuerung übernimmt.
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Den
Elektromotoren 10, 20 ist jeweils eine eigene
elektronische Motorregeleinrichtung 13 bzw. 23 zugeordnet,
welche über
Leitungen 8 bzw. 9 jeweils an die Regulierungseinrichtung 5 angeschlossen sind
und von dieser Soll-Werte
bezüglich
der Motordrehzahlen erhalten. Die Motorregeleinrichtungen 13 bzw. 23 sind
jeweils über
eine Leitung 18 bzw. 28 mit dem jeweiligen Elektromotor 10, 20 verbunden.
Weiterhin ist an die Elektromotoren 10, 20 über Leitungen 16 bzw. 26 jeweils
ein inkrementaler Drehgeber 11 bzw. 21 angeschlossen,
der beispielsweise als bekannter Encoder oder Resolver ausgebildet
ist und zur Erfassung der Drehzahlen der jeweiligen Motorwelle dient.
Während
einer Wellenumdrehung werden vom Inkrementalgeber 11 bzw. 21 beispielsweise ca.
100 Pulse ausgegeben, so daß aus
den Pulsen innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters sowie der Lage
des Motorrotors auf die Drehzahl pro Zeiteinheit der jeweiligen
Welle geschlossen werden kann. Die digitalen Signale der Drehgeber 11 bzw. 21 werden mit
Hilfe von Leitungen 17 bzw. 27 an die jeweilige Motorregeleinrichtung 13 bzw. 23 übermittelt
und dort zur Einstellung des Motorstroms der Elektromotoren 10, 20 herangezogen.
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Weiterhin
ist den Elektromotoren 10 bzw. 20 erfindungsgemäß jeweils
ein Beschleunigungssensor 12 bzw. 22 zugeordnet,
welche vorliegend als Relativbeschleunigungssensoren ausgebildet
sind, beispielsweise als Ferraris-Sensoren. Die Beschleunigungssensoren 12 bzw. 22 sind über Leitungen 14 bzw. 24 den
jeweiligen Motorwellen der Elektromotoren 10, 20 zugeordnet,
wobei die Beschleunigungssensoren 12 bzw. 22 hochdynamische
Beschleunigungssignale in Form von Ist-Spannungswerten über Leitungen 15 bzw. 25 an
die jeweilige Motorregeleinrichtung 13 bzw. 23 übermitteln.
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Die
Beschleunigungssensoren 12, 22 liefern bevorzugt
nur Signale, wenn tatsächlich
positive oder negative Beschleunigungen an den Motorwellen auftreten.
Diese werden durch Laständerungen
bewirkt, welche Änderungen
im Lastmoment und dadurch der Motordrehzahl hervorrufen. Die analogen
Beschleunigungssignale der Beschleunigungssensoren 12, 22 können nunmehr
unmittelbar als Echtzeitsignale zur Stromregelung der Elektromotoren 10, 20 herangezogen
werden. Die kombinierte Auswertung der mit Hilfe der inkrementalen
Drehgeber 11 bzw. 21 gemessenen Lagewerte und
der Beschleunigungswerte der Sensoren 12 bzw. 22 gewährleisten
eine präzise,
schnelle Motorregelung, insbesondere bei schnellen und/oder kurzen
Laständerungen.
Insgesamt kann somit die Regelgüte
erheblich gesteigert werden.
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In 2 ist
ein Blockschaltbild einer Motorregeleinrichtung 13 wiedergegeben,
wobei diese Einrichtung 13 analog der Motorregeleinrichtung 23 aufgebaut
ist. Die Motorregeleinrichtung 13 umfaßt einen Drehzahlregler 34 und
einen nachgeschalteten Stromregler 36, wobei letzterer
mit dem Elektromotor 10 über die Leitung 18 verbunden
ist und diesem einen Strom-Soll-Wert übermittelt. Dem Motor 10 ist
einerseits der besagte Beschleunigungssensor 12 und andererseits über eine
Leitung 31 ein (im Ausführungsbeispiel
der 1 nicht vorhandener) Tachogenerator 30 zugeordnet.
Dieser ermittelt die Ist-Drehzahl der Motorwelle und gibt sein analoges
Ausgangssignal über
eine Leitung 32 an den Drehzahlregler 34 weiter.
Der Drehzahlregler 34 erhält weiterhin digitale Signale
vom inkrementalen Drehgeber 11 sowie über die Leitung 8 einen
Drehzahlsollwert „Soll" von der Regulierungseinrichtung 5.
Da der Drehzahlregler 34 somit analoge und digitale Signale verarbeitet,
ist er als Hybridregler ausgebildet. Seine Ausgangssignale werden über eine
Leitung 35 dem Stromregler 36 aufgeschaltet, der
zudem über
eine Leitung 37 den Strom-Ist-Wert des Motors 10 und über die
Leitung 15 einen dem momentanen Beschleunigungswert (falls
gerade eine Beschleunigung vorliegt) proportionalen Spannungswert
vom Beschleunigungssensor 12 erhält. Vorteilhafterweise werden
diese Spannungswerte in analoger Form dem Stromregler 36 direkt
aufgeschaltet, so daß dieser
zweckmäßigerweise
ebenfalls als Hybridregler ausgebildet ist. Weiterhin erhält der Stromregler 36 über eine
Leitung 38 die Information „Max" für
den maximal zulässigen
Motorstrom.
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Die
Motorregeleinrichtung 13 mitsamt dem Drehzahlregler 34 und
dem Stromregler 36 weist bevorzugt schnell schaltende,
analoge und digitale Schaltungsteile auf, um die Signalauswertung
sowie die Umsetzung in Stromsignale im wesentlichen verzögerungsfrei
vornehmen zu können.
Bevorzugt ist die Motorregeleinrichtung 13 durch Software
regelbar.
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Die
obigen Ausführungen
zur Motorregeleinrichtung 13 gelten analog für die Motorregeleinrichtung 23.
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Die
beteiligten Elektromotoren können
entweder im Maste-/Slavebetrieb oder im Parallelsollwertbetrieb
arbeiten.
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Ohne
vom Grundgedanken der Erfindung – wie in den Ansprüchen niedergelegt – abzuweichen, sind
andere Einzelantriebsanordnungen möglich.