DE19515476A1 - Antrieb für Spindeln einer Spinn- oder Zwirnmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für Spindeln einer Spinn- oder Zwirnmaschine mit wenigstens einem Asynchronmotor, der zur Drehzahlveränderung mit einem Frequenzumrichter verbunden ist und dessen Abtriebswelle mit einer längs der Maschine verlaufenden Antriebswelle gekoppelt ist, die mehrere Treibscheiben trägt, die jeweils von einem wenigstens eine Spindel antreibenden Antriebsriemen umschlungen sind.

Bei einem Antrieb dieser Art (DE 44 20 609 A1) sind für jede einzelne Spindel eine eigene Treibscheibe und ein eigener Antriebsriemen vorgesehen. Die Drehzahl der Spindeln kann über einen Frequenzumrichter variiert werden. Wenn bei einem derartigen Antrieb die Betriebsdrehzahlen für die Spindeln, im vorliegenden Falle Ringspindeln, eine größere Spannbreite überbrücken sollen, wie dies heute in der Praxis gefordert wird, dann kann der Asynchronmotor im Zusammenwirken mit dem Frequenz­ umrichter nicht in allen Fällen im optimalen Leistungsbereich arbeiten.

Es ist deshalb auch bekannt geworden, die Drehzahlen des antreibenden Motors nicht über einen Frequenzumrichter, sondern über ein zwischen Motor und Antriebswelle befindliches Getriebe zu verändern. Dies kann entweder ein gestuftes Vorgelege (DE 36 39 747 A1) oder ein stufenlos regelbares Getriebe (EP 454 176 A1) sein. Derartige zwischengeschaltete Getriebe haben aber in der Regel einen schlechten Wirkungsgrad.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gewünschten Betriebsdrehzahlen mit einem Frequenzumrichter einzustellen, dabei aber dafür Sorge zu tragen, daß der Asynchronmotor im optimalen Leistungsbereich arbeitet.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Abtriebswelle des Asynchronmotors ein Drehmomentwandler zugeordnet ist, der so ausgelegt ist, daß der Frequenzumrichter und der Asynchronmotor im wesentlichen nur in einem Frequenzbereich von 35 bis 50 Hz arbeiten.

Der Drehmomentwandler, der im vorliegenden Falle äußerst einfach konstruiert sein kann, dient hier nicht dem Zweck, die Betriebsdrehzahlen zu variieren, sondern dem Anpassen des Asynchronmotors an den günstigsten Leistungsbereich. Über den Drehmomentwandler wird lediglich eine Vorauswahl getroffen, nach deren Einstellung im bevorzugten Frequenzbereich von 35 bis 50 Hz für eine Vielzahl von Betriebsdrehzahlen gearbeitet werden kann. Lediglich wenn - in Ausnahmefällen - die Betriebsdrehzahl deutlich von der üblichen Spannbreite abweichen soll, wird über den Drehmomentwandler eine andere Vorauswahl für eine Gesamtübersetzung getroffen, wonach dann der Asynchronmotor und der Frequenzumrichter wieder im optimalen Frequenzbereich arbeiten können.

Im einfachsten Falle besteht die Vorauswahl aus einem geeigneten Übersetzungsverhältnis zwischen dem Durchmesser der Treibscheibe und dem Durchmesser eines der Spindel zugehörigen Antriebswirtels. Für den gängigen Fall, daß bei einem bestimmten Maschinentyp die Durchmesser der Antriebswirtel ein für allemal beibehalten werden müssen, ist gemäß der Erfindung vorzugsweise vorgesehen, daß die Abtriebswelle direkt mit der Antriebswelle gekoppelt ist und daß jede Treibscheibe wenigstens zwei unterschiedliche Durchmesser aufweist. Mit dem jeweiligen Durchmesser der Treibscheibe wählt man praktisch zunächst einen Drehzahlbereich aus, in welchem überwiegend gefahren werden soll, und danach kann man mit ein und demselben Durchmesser der Treibscheibe dann mittels dem Frequenzumrichters die gewünschten Betriebsdrehzahlen der Spindeln einstellen.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung lassen sich die Treibscheiben nach Lösen einer Klemmverbindung auf der Antriebswelle verschieben. Auch wenn es äußerst selten vorkommt, mit einem anderen Durchmesser der Treibscheibe arbeiten zu müssen, ist die Vorauswahl eines anderen Durchmessers somit sehr einfach. Da bei dem gattungsgemäßen Antrieb Treibscheiben ohnehin vorhanden sind, bedeutet dies keinen zusätzlichen Wirkungsgradverlust, wie dies etwa bei Vorgelegegetrieben oder stufenlos regelbaren Zwischengetrieben der Fall ist.

Zweckmäßig liegt das Verhältnis der zwei Durchmesser der Treibscheiben zwischen 1, 08 und 1, 14. Damit läßt sich in der Regel die gesamte praktisch vorkommende Spannbreite der Betriebsdrehzahlen, insbesondere von Ringspindeln, überbrücken, ohne daß man außerhalb des optimalen Leistungsbereiches des Asynchronmotors arbeiten muß.

Damit bei Bedarf eine Treibscheibe gegebenenfalls gegen eine Treibscheibe mit anderen gestuften Durchmessern ausgetauscht werden kann, ist weiterhin vorgesehen, daß jeder Treibscheibe eine in ihrer unmittelbaren Nähe befindliche Kupplung, welche zwei Abschnitte der Antriebswelle miteinander verbindet, zugeordnet ist. Dadurch wird der Montageaufwand für das Auswechseln zweier Treibscheiben gering gehalten.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist jede Treibscheibe von einem mehrere Spindeln antreibenden Tangentialriemen umschlungen. Auf diese Weise entsteht ein sogenannter Tangentialriemen-Gruppenantrieb, der sich als besonders wartungsfreundlich und wirtschaftlich erwiesen hat.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Antrieb,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Antrieb der Fig. 1,

Fig. 3 in vergrößerter Darstellung einen Axialschnitt durch eine Treibscheibe,

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung des optimalen Frequenzbereiches.

Die in Betracht kommende Spinn- oder Zwirnmaschine enthält eine Vielzahl von Spindeln 1, beispielsweise Ringspindeln, die auf jeder Maschinenseite 2 und 3 in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind. Die Maschine ist in ihrer Längsrichtung in Sektionen eingeteilt, von denen in Fig. 1 zwei Sektionen 4 und 5 zu erkennen sind. Jeder Sektion 4, 5 ist als Antriebsriemen der Spindeln 1 jeweils ein Tangentialriemen 6, 7 zugeordnet. Ein derartiger Gruppenantrieb ist durch den Stand der Technik bekannt.

Die erforderliche Anpreßkraft der Tangentialriemen 6, 7 an die Spindeln 1 wird durch eine Vielzahl von Andrückrollengehängen 8 aufgebracht, die jeweils zwei federnd angedrückte Andrückrollen 9 enthalten.

Jeweils zwei Spindeln 1 ist dabei eine Andrückrolle 9 zugeordnet. Auch diese Anordnung ist durch den Stand der Technik bekannt.

Die einzelnen Spindeln 1 sind in bekannter Weise an einer in Maschinenlängsrichtung verlaufenden Spindelbank 10 befestigt, von denen jeweils eine einer Maschinenseite 2 und 3 zugeordnet ist.

Dem Antrieb der einzelnen sektionsweise angeordneten Tangential­ riemen 6, 7 dient eine einzige in Maschinenlängsrichtung durchlaufende Antriebswelle 11. Jeder Sektion 4, 5 ist eine Treibscheibe 12 für den zugehörigen Tangentialriemen 6, 7 zugeordnet, die drehfest auf der Antriebswelle 11 befestigt ist. Diese Treibscheiben 12 definieren in ihrem Zusammenwirken mit den einzelnen an den Spindeln 1 befindlichen Antriebswirteln 13 ein vorgegebenes Übersetzungsverhältnis. Die Treibscheiben 12 und die Antriebswirtel 13 bilden somit einen Drehmomentwandler 14.

Die Antriebswelle 11 ist aus einzelnen Abschnitten 16, 17, 18 zusammengesetzt, die jeweils miteinander durch eine Kupplung 15 verbunden sind. Jeweils ein Abschnitt 16, 17, 18 ist einer Sektion 4, 5 zugeordnet. Die jeweilige Kupplung 15 befindet sich in der unmittelbaren Nähe der der betreffenden Sektion 4, 5 zugehörigen Treibscheibe 12, so daß nach Lösen der Kupplung 15 eine Treibscheibe 12 problemlos gegen eine andere Treibscheibe ausgetauscht werden kann, sollte dies einmal erforderlich oder wünschenswert sein.

Die einzelnen Treibscheiben 12 werden vom zugehörigen Tangentialriemen 6, 7 jeweils von oben um etwa 180° umschlungen. Unterhalb jeder Treibscheibe 12 sind zwei windschief dazu verlaufende Umlenkscheiben 19 und 20 vorgesehen, die zusammen mit weiteren Umlenkrollen 21 und 22 den Tangentialriemen 6, 7 zu den Reihen der Spindeln 1 leiten. Der Weg innerhalb einer Sektion 4, 5 längs jeder Maschinenseite 2, 3 ist durch Eckrollen 23, 24, 25 und 26 bestimmt. Die einzelnen sektionsweise angeordneten Tangentialriemen 6, 7 bilden somit jeweils eine Schlaufe, die so geführt ist, daß innerhalb der Schlaufe keine Gestellwände der Maschine angeordnet sind, so daß der jeweilige Tangentialriemen 6, 7 endlos in die Maschine ein- oder aus dieser ausgebaut werden kann.

Auf der der jeweiligen Treibscheibe 12 abgewandten Seite der Schlaufe eines Tangentialriemens 6, 7 befindet sich eine federnd angeordnete Spannrolle 27, die an einem Schwenkhebel 28 gehaltert ist, der um eine ortsfeste Schwenkachse 29 unter der Wirkung einer nicht dargestellten Feder verschwenken und somit den Tangentialriemen 6, 7 spannen kann. Zum Voreinstellen der Riemen­ spannung ist zusätzlich eine verstellbare Spannrolle 30 vorgese­ hen, die entsprechend der Richtung des Doppelpfeiles einstellbar und in der eingestellten Position fixierbar ist. Im Bereich der Spannrollen 27 und 30, jedoch außerhalb der Schlaufe der Tangen­ tialriemen 6, 7, befinden sich die Gestellwände der Maschine.

Die Antriebswelle 11 ist durch einen Asynchronmotor 31 angetrie­ ben, dessen Abtriebswelle 32 über eine Kupplung 33 direkt mit der Antriebswelle 11, koaxial zu dieser, gekoppelt ist. Der Asynchronmotor 31 ist mit einem Frequenzumrichter 34 verbunden, der seinerseits an das Drehstromnetz 35 angeschlossen ist. Der Frequenzumrichter 34 dient dazu, die Antriebsdrehzahl des Asynchronmotors 31 und somit die Betriebsdrehzahlen der Spindeln 1 bei Bedarf zu verändern. Das Übersetzungsverhältnis zwischen den einzelnen Treibscheiben 12 und den Antriebswirteln 13 bleibt dabei in der Regel konstant.

Wie später an Hand der Fig. 4 noch erläutert werden wird, ist es wichtig, daß der Asynchronmotor 31 im Zusammenwirken mit dem Frequenzumrichter 34 im optimalen Leistungsbereich arbeitet. Während der Frequenzumrichter 34 bei unterschiedlichen Frequenzen im Wirkungsgrad weitgehend konstant ist, macht der Asynchronmotor 31 oberhalb 50 Hz und unterhalb 35 Hz Probleme. Aus diesem Grunde sind gemäß Fig. 3 Treibscheiben 12 vorgesehen, die jeweils zwei Durchmesser D₁ und D₂ aufweisen, deren Laufflächen für den zugehörigen Tangentialriemen 6, 7 also gestuft sind.

Normalerweise entscheidet sich der Spinnerei- oder Zwirnerei­ betrieb für die Vorauswahl eines Durchmessers D₁ oder D₂, der dann in der Regel beibehalten wird. Der Drehmomentwandler 14 behält somit sein Übersetzungsverhältnis im allgemeinen bei, und die Betriebsdrehzahlen der Spindeln 1 werden ausschließlich über den Frequenzumrichter 34 verändert. Lediglich wenn die Gefahr be­ steht, daß der Asynchronmotor 31 im Zusammenwirken mit dem Frequenzumrichter 34 bei abnormalen Spindeldrehzahlen nicht mehr im optimalen Leistungsbereich arbeitet, kann der ausgewählte Durchmesser D₁, D₂ durch axiales Verschieben der Treibscheibe 12 auf der Antriebswelle 11 gegen einen anderen Durchmesser ausgetauscht werden. Die neue Einstellung bleibt dann in der Regel ebenfalls für eine längere Zeitspanne erhalten und somit konstant. Das Verschieben der Treibscheibe 12 auf der Antriebswelle 11 ist in Fig. 3 durch den Doppelpfeil angedeutet.

Die Nabe 36 der gestuften Treibscheibe 12 ist auf ihrer der Antriebswelle 11 abgewandten Seite von beiden Stirnseiten her leicht konisch ausgebildet. Dem konischen Bereich der Nabe 36 sind zwei Klemmringe 38 und 39 zugeordnet, die von den Stirn­ seiten der Treibscheibe 12 her auf die Nabe 36 aufschiebbar sind und die eine entsprechende Konizität aufweisen. Dadurch wird eine Klemmverbindung 37 erhalten, die mittels einiger Befestigungs­ schrauben 40 fixierbar ist. Nach Lösen der Klemmverbindung 37 kann die betreffende Treibscheibe 12 in Längsrichtung der An­ triebswelle 11 verschoben werden, so daß ein wirksamer Durchmesser D₁ durch den anderen Durchmesser D₂ ersetzt wird. Der Tangentialriemen 6, 7 kann gegebenenfalls durch Verschieben der verstellbaren Spannrolle 30 nachgespannt werden.

Die Durchmesser D₁ und D₂ sind in ihrem Übersetzungsverhältnis so gewählt, daß dieses in dem Bereich zwischen 1,08 und 1,14 liegt. Damit lassen sich praktisch sämtliche vorkommenden Be­ triebsdrehzahlen der Spindeln 1 einstellen, ohne daß der Asynchronmotor 31 außerhalb seines optimalen Leistungsbereiches arbeiten muß.

Die Fig. 4 zeigt schematisch als Diagramm die Kombination des Asynchronmotors 31 mit dem Frequenzumrichter 34. Auf der Abszisse ist die Frequenz f in Hertz aufgetragen, während die Ordinate sowohl das Motormoment M als auch die Motorleistung N angibt. Die Drehmomentkurve ist mit 41, die Leistungskurve mit 42 bezeichnet.

Unter der Annahme, daß der Asynchronmotor 31 mit einer Nennfre­ quenz von 50 Hz arbeitet, wird angestrebt, daß er zum einen unterhalb dieser Nennfrequenz, zum anderen aber noch im anstei­ genden Ast 43 der Drehmomentkurve 41 arbeiten soll. In diesem Bereich sind sowohl das Motormoment M als auch die Motorleistung N jeweils ausreichend. Der praktisch wichtige Bereich ist in Fig. 4 schraffiert dargestellt, wobei der erwünschte Frequenz­ bereich mit A bezeichnet ist. Der Drehmomentwandler 14 ist so vorgewählt, daß der Asynchronmotor 31 und der Frequenzumrichter 34 stets im Frequenzbereich A, also mit Frequenzen zwischen 35 und 48 Hz, arbeiten.

In der Praxis kommt man mit drei Treibscheiben 12 aus, von denen allerdings jeweils nur eine der Spinnerei oder Zwirnerei zur Verfügung gestellt zu werden braucht. Die erste Treibscheibe 12 hat die Durchmesser D₁ = 300 mm und D₂ = 270 mm, die zweite Treibscheibe 12 die Durchmesser D₁ = 250 mm und D₂ = 230 mm und die dritte Treibscheibe 12 die Durchmesser D₁ = 215 mm und D₂ = 190 mm, jeweils wahlweise bei einem konstanten Durchmesser des Antriebswirtels 13 von 19 oder 25 mm.

Mit einer derartigen Ausgestaltung können Übersetzungen des Drehmomentwandlers 14 zwischen 7, 6 und 15, 8 überbrückt werden, so daß - bei einer Nenndrehzahl des Asynchronmotors 31 von 1500 min^-1 - Spindeldrehzahlen zwischen 7850 min^-1 und 22 400 min^-1 bei Ringspindeln gefahren werden können, ohne daß der optimale Frequenzbereich A von 35 bis 50 Hz verlassen zu werden braucht.

Claims (6)

1. Antrieb für Spindeln einer Spinn- oder Zwirnmaschine mit wenigstens einem Asynchronmotor, der zur Drehzahlveränderung mit einem Frequenzumrichter verbunden ist und dessen Abtriebswelle mit einer längs der Maschine verlaufenden Antriebswelle gekoppelt ist, die mehrere Treibscheiben trägt, die jeweils von einem wenigstens eine Spindel antreibenden Antriebsriemen umschlungen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtriebswelle (32) des Asynchronmotors (31) ein Drehmomentwandler (14) zugeordnet ist, der so ausgelegt ist, daß der Frequenzumrichter (34) und der Asynchronmotor (31) im wesentlichen nur in einem Frequenzbereich (A) von 35 bis 50 [Hz] arbeiten.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (32) direkt mit der Antriebswelle (11) gekoppelt ist und daß jede Treibscheibe (12) wenigstens zwei unterschied­ liche Durchmesser (D₁, D₂) aufweist.

3. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibscheiben (12) nach Lösen einer Klemmverbindung (37) auf der Antriebswelle (11) verschiebbar sind.

4. Antrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der zwei Durchmesser (D₁, D₂) zwischen 1,08 und 1,14 liegt.

5. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Treibscheibe (12) eine in ihrer unmittelbaren Nähe befindliche Kupplung (15), welche zwei Abschnitte (16, 17; 17, 18) der Antriebswelle (11) miteinander verbindet, zugeordnet ist.

6. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Treibscheibe (12) von einem mehrere Spindeln (1) antreibenden Tangentialriemen (6, 7) umschlungen ist.