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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Vermeidung von Bildwicklungen beim Wickeln einer Kreuzspule,
die durch eine mit Kehrgewinderillen für die Fadenführung versehene
Antriebstrommel angetrieben wird, wobei die Umfangsgeschwindigkeit
der Antriebstrommel sich ständig ändert und
die Kreuzspule durch die Antriebstrommel so beschleunigt wird, daß die Kreuzspule
dem Bewegungsablauf der Antriebstrommel mit Schlupf folgt und ein
Spulstellenrechner die Drehzahl des Antriebsmotors der Antriebstrommel
kontrolliert sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Während
des Wickelns von Kreuzspulen besteht die Gefahr, daß in bestimmten
Durchmesserbereichen der Kreuzspule bei bestimmten Drehzahlverhältnissen
zwischen der Antriebstrommel der Kreuzspule und der Kreuzspule selbst
bei der Ablage des Fadens auf der Kreuzspule sogenannte Bildwicklungen
auftreten. Dabei wird der Faden während einer größeren Anzahl
von Umdrehungen stets in einem schmalen Bereich auf dem Umfang der
Kreuzspule abgelegt, wodurch das Ablaufverhalten einer Kreuzspule
sehr stark negativ beeinflusst wird.
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Aus der
DE 37 03 869 A1 sind beispielsweise ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Vermeidung von Bildwicklungen
bekannt. Zur Vermeidung von Bildwicklungen wird ein intermittierender
Schlupf zwischen der Antriebstrommel der Kreuzspule erzeugt. Die
Trommeldrehzahl wird zunächst
auf einen vorgegebenen Wert erhöht.
Erreicht die Trommeldrehzahl ihren vorgebenen Wert, wird der Antrieb
abgeschaltet und die Kreuzspule und die Antriebstrommel laufen bis
zu einer vorgegebenen unteren Drehzahl aus. Das Auslaufen ist aber
von mechanischen Gegebenheiten, beispielsweise von der Lagerreibung
und der Spulenmasse, abhängig.
Das Auslaufverhalten wird wesentlich durch die träge Masse
des Systems und das vorhandene Lastmoment bestimmt. Durch Abweichungen
von den elektrischen oder mechanischen Parametern ändert sich
auch die Störwirkung, das
heißt,
die Bildstörzyklen
sind nicht konstant.
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Aus der
DE 39 16 918 A1 sind ebenfalls
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vermeidung von Bildwicklungen
bekannt. Die Antriebstrommel der Kreuzspule wird nach einer vorgebbaren
periodischen Funktion durch ihren Antrieb sowohl so beschleunigt
als auch abgebremst, daß die
Kreuzspule dem Bewegungsablauf der Antriebstrommel permanent phasenverschoben,
also mit Schlupf, folgt. In Abhängigkeit
vom zunehmenden Durchmesser der Kreuzspule während der Spulenreise wird
die Amplitude beziehungsweise Frequenz der periodischen Funktion
verändert.
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Entsprechend diesem bekannten Verfahren erfolgt
eine Drehzahlregelung der Antriebstrommel zwischen einer Minimal-
und einer Maximaldrehzahl. Die vorgegebene Periodizität der Drehzahlschwankungen
des Antriebsmotors bestimmt die Störwirkung. Bei gleichem Schlupf
in der Beschleunigungs- und in der Bremsphase der Kreuzspule besteht
aber die Gefahr, daß auf
der Kreuzspule Parallellagen von Wicklungen übereinander abgelegt werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, die zur Vermeidung von Wicklungsbildern angewandte Störwirkung
der bekannten Verfahren und Vorrichtungen weiter zu verbessern.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren
entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, mit Hilfe
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
entsprechend dem Anspruch 6.
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Die Antriebstrommel wird durch einen
regelungstechnisch als Momentensteller wirkenden Motor angetrieben.
Das kann ein elektronisch kommutierter Drei-Phasen-Synchronmotor
sein. Der Vorteil eines solchen Motors ist sein regelungstechnisches
Verhalten als sogenannter "reiner
Momentensteller".
Dadurch sind erfindungsgemäß die Beschleunigungsmomente
und die Bremsmomente der Antriebstrommel einstellbar. Der zwischen
Trommel und Spule auftretende Schlupf ist nicht abhängig vom
Motorarbeitspunkt, was zu einer besser steuerbaren Störwirkung
führt.
Die Momentenvorgabe bestimmt den auftretenden Schlupf.
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Von dem Spulstellenrechner erfolgt
die Sollwertvorgabe des Stroms für
den Stromregler des Motors. Durch die Stromvorgabe ist der momentane
Arbeitspunkt des Motors bekannt. In Abhängigkeit dieses Arbeitspunktes
und von den die Bildwicklungen verursachenden Parametern der Kreuzspule,
beispielsweise dem Kreuzspulendurchmesser, dem Kreuzspulengewicht,
der bereits gespulten Fadenlänge
sowie der Umfangsgeschwindigkeit der Kreuzspule, erfolgt eine solche
Stromvorgabe, daß der
Motor eine dem Drehzahlverlauf angepaßte positive oder negative
Beschleunigung erfährt.
Dadurch folgt die Kreuzspule der Antriebstrommel mit einem gesteuerten
Schlupf, der Bildwicklungen effektiv stört. Der Spulstellenrechner
gibt also dem Stromregler des Motors, der Endstufe, einen Stromsollwert
vor und dieser Strom ist dem abgegebenen Drehmoment direkt proportional,
so daß auch
von einer Momentenvorgabe gesprochen werden kann.
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In vorteilhafter Weise ergibt sich
dadurch die Möglichkeit,
auf den Spulprozeß Einfluß zu nehmen.
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Erfindungsgemäß erfolgt durch den Spulstellenrechner
die Sollwertvorgabe des Stroms an den Stromregler so, daß die Antriebstrommel
mit einem konstanten, vorwählbaren
Moment beschleunigt und mit einem anderen konstanten, vorwählbaren
Moment gebremst wird. Bei der Stromvorgabe berücksichtigt der Spulstellenrechner
entsprechend seinem Arbeitsprogamm alle die für den Spulprozeß relevanten
Parameter wie die Spulenmasse, die Andrückkraft der Spule, den Spulendurchmesser
sowie den Reibungskoeffizienten des Garns.
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Während
bisher das Bremsverhalten des Systems durch die Trägheit der
Masse und das vorhandene Lastmoment bestimmt wurde, ist es jetzt
erfindungsgemäß möglich, in
der Bremsphase ein dem Lastmoment entgegengerichtetes Drehmoment
zu erzeugen, welches das Lastmoment gesteuert mehr oder weniger
aufhebt. Dadurch kann die Bremsphase stark beeinflußt werden.
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Dabei ist es erfindungsgemäß möglich, in
der Bremsphase den Schlupf zwischen Antriebstrommel und Kreuzspule
auf ein physikalisch mögliches
Minimum zu reduzieren und dennoch der Kreuzspule ein vorgewähltes Bremsverhalten
aufzuzwingen.
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Das heißt, in der Bremsphase ist im
Verhältnis
zur Beschleunigungsphase praktisch kein Schlupf vorhanden.
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Um diesen Zustand zu erreichen, darf
der in der Bremsphase konstante Wert der Verzögerung einen Grenzwert allerdings
nicht überschreiten.
Unterhalb des Grenzwertes kann der Steigungswinkel der Verzögerung jedoch
variiert werden, ohne daß dabei nennenswerter
Schlupf auftritt.
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Der Grenzwert ist abhängig von
verschiedenen Einflußfaktoren,
wie beispielsweise dem Reibungskoeffizienten des umzuspulenden Garns,
der Andruckkraft der Spule auf der Antriebstrommel sowie der durch
die Spulenfülle
bedingten Trägheit
der Spule.
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Mit Hilfe der Erfindung ist es möglich, die
jeweilige Länge
der Beschleunigungs- beziehungsweise Bremsphasen, die Periodendauer
sowie die Amplituden um eine mittlere Umfangsgeschwindigkeit der Antriebstrommel
während
der Spulenreise innerhalb weiter Grenzen zu wählen und dadurch die Bildstörung zu
optimieren.
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Anhand von Diagrammen und Blockschaltbildern
wird die Erfindung näher
erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein
Zeit-Geschwindigkeitsdiagramm mit konstanter Periode und Amplitude,
in der die Beschleunigungsphase kürzer ist als die Bremsphase,
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2 ein
Zeit-Geschwindigkeitsdiagramm mit konstanter Amplitude und sich ändernden
Steigungswinkeln sowohl in den Beschleunigungs- als auch in den Bremsphasen,
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3 ein
Zeit-Geschwindigkeitsdiagramm mit wechselnder Amplitude und wechselnden
Steigungswinkeln sowohl in den Beschleunigungs- als auch in den Bremsphasen in zyklischer
Folge,
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4 ein
Zeit-Geschwindigkeitsdiagramm mit durch einen Zufallsgenerator erzeugten
Periodizitätsänderungen,
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5 den
schematischen Aufbau einer Spuleinrichtung,
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6 das
Blockschaltbild eines motorischen Antriebs mit sensorischer Überwachung
der Antriebstrommelstellung und
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7 das
Blockschaltbild eines motorischen Antriebs mit Lageerkennung des
Rotors mittels der rotorinduzierten Spannung.
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Im Zeit-Geschwindigkeitsdiagramm
der 1 sind die Verläufe der
Umfangsgeschwindigkeit V der Antriebstrommel und v der Kreuzspule
wiedergegeben, wobei die Umfangsgeschwindigkeit V der Antriebstrommel
mit gleicher Amplitude um eine mittlere Umfangsgeschwindigkeit Vmit
zwischen einer maximalen Umfangsgeschwindigkeit Vmax und einer minimalen
Umfangsgeschwindigkeit Vmin pendelt.
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Durch eine Momentenvorgabe in der
Beschleunigungsphase A wird die Antriebstrommel aus dem unteren
Umkehrpunkt Vmin mit einem konstanten Moment beschleunigt. Mit einer
kurzen Verzögerung
folgt ihr die Kreuzspule vom Umkehrpunkt, in dem sie die Umfangsgeschwindigkeit
vu erreichte. Die Kreuzspule versucht der
Antriebstrommel mit der gleichen Geschwindigkeit zu folgen, aufgrund
ihrer Trägheit
bleibt aber eine Geschwindigkeitsdiffereznz zwischen der Umfangsgeschwindigkeit
v der Antriebstrommel sowie der Umfangsgeschwindigkeit v der Kreuzspule,
die als Schlupf S bezeichnet sei. Dieser Schlupf variiert mit der
wechselnden Geschwindigkeit der Antriebstrommel. Während die
Antriebstrommel die Maximalgeschwindigkeit Vmax bereits überschritten
hat, folgt mit der entsprechenden Verzögerung der obere Umkehrpunkt
der Geschwindigkeit der Kreuzspule vo, ab
dem die Geschwindigkeit der Kreuzspule bei absinkender Drehzahl
der Antriebstrommel ebenfalls absinkt.
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Erreicht die Umfangsgeschwindigkeit
der Antriebstrommel die obere Grenze Vmax, wird ein anderes, konstantes
Bremsmoment aufgegeben. Durch die Wahl des Bremsmoments kann mittels
der Antriebstrommel auf das Auslaufverhalten der Kreuzspule Einfluß genommen
werden. Wie angedeutet, folgt die Kreuzspule hier der Antriebstrommel
mit kaum sichtbaren Schlupf. Zur besseren Erkennbarkeit der Kurvenverläufe ist
der an sich im Bereich von Null liegende Schlupf in der Abbremsphase
verstärkt dargestellt.
Die Gefahr von Parallelwickeln übereinander
durch symmetrisches Schlupfverhalten wird dadurch sicher vermieden.
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Zu berücksichtigen hierbei ist vor
allem, daß bei
einem in der Beschleunigungs- und in der Bremsphase etwa gleich
großem
Schlupf das Drehzahlverhältnis
von Antriebstrommel und Spule so um einen Mittelwert "pendelt", daß Bildwicklungen
nicht ausreichend unterdrückt
werden können.
Im Gegensatz dazu ist durch unterschiedlichen Schlupf in der Beschleunigungs-
und in der Abbremsphase der Vorteil vorhanden, daß dieses
kritische Drehzahlverhältnis
praktisch immer weiter aus der Bildwicklungszone hinaus verschoben
wird.
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In den Abbremsphasen ist der Schlupf
vernachlässigbar
klein und das Drehzahlverhältnis
von Antriebstrommel und Kreuzspule ändert sich nicht. In dieser
Zeit kann die tatsächliche
Umfangsgeschwindigkeit der Kreuzspule bestimmt werden, aus der sich der
Kreuzspulendurchmesser berechnen läßt. Der Kreuzspulendurchmesser
läßt sich
auch nach einem anderen Verfahren aus der Winkelstellung des Spulenhalters
gegenüber
seiner Grundstellung ermitteln.
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2 zeigt
ein Zeit- Geschwindigkeitsdiagramm, in dem aufeinanderfolgende Beschleunigungs-
und Bremsphasen jeweils unterschiedlich lang sind und sich jeweils
ein Zyklus von drei aufeinanderfolgenden Beschleunigungs- und Bremsphasen
wiederholt. Die aufeinanderfolgenden Beschleunigungsphasen A1, A2 und A3 werden kürzer, ebenso die Bremsphasen
B1 bis B3. Nach
der Bremsphase B3 wiederholt sich der Zyklus,
wie durch die beginnende Beschleunigungsphase A1 angedeutet
wird.
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3 zeigt
ein Zeit-Geschwindigkeitsdiagramm, in dem nicht nur die aufeinanderfolgenden Beschleunigungs-
und Bremsphasen unterschiedlich lang sind, sondern auch die Amplituden
der um die mittlere Umfangsgeschwindigkeit Vmit schwingenden Umfangsgeschwindigkeit
der Antriebstrommel, die zwischen jeweils zwei Grenzwerten unterschiedlicher
Amplituden wechselt. In der Beschleunigungsphase A1 wird
die Kreuzspule von einem unteren Umkehrpunkt vu1 auf
einen oberen Umkehrpunkt vo1 beschleunigt.
Die Drehzahl der Antriebstrommel steigt dabei von Vmin1 auf
Vmax1. In der ersten Bremsphase B1 wird durch ein vorgewähltes Moment die Kreuzspule
auf eine Umfangsgeschwindigkeit vu2 abgebremst,
die unter vu1 liegt. Die Drehzahl der Antriebstrommel
sinkt bis auf vmin2. Die nächste Beschleunigungsphase
A1 ist gleich lang wie die vorhergehende,
wobei aber die Kreuzspule auf eine Umfangsgeschwindigkeit vo
2 beschleunigt wird
und die Antriebstrommel die Umfangsgeschwindigkeit Vmax2 erreicht.
Die Bremsphase B2 ist länger als die vorhergende und
die Kreuzspule wird wieder auf eine Geschwindigkeit abgebremst,
die im unteren Umkehrpunkt vu1 liegt. Die
Antriebstrommel erreicht durch das aufgegebene Bremsmoment die Umfangsgeschwindigkeit
Vmin1. Darauf wiederholt sich der beschriebene
Brems- und Beschleunigungszyklus aufs neue.
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In 4 ist
ein Zeit-Geschwindigkeitsdiagramm dargestellt, in dem die Sollwertvorgabe
des Stroms für
den Stromgeber mittels eines Zufallsgenerators so erfolgt, daß die mittlere
Umfangsgeschwindigkeit der Antriebstrommel zwischen zwei Grenzwerten
Vmax und Vmin schwankt, dabei aber jede Amplitude möglich ist.
Weiterhin sind die Brems- und Beschleunigungsphasen willkürlich.
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In den vier Diagrammen ist einen
Auswahl von Möglichkeiten
dargestellt, wie durch gezielte Eingriffe in das Wickeln von Kreuzspulen
Bildwicklungen vermieden werden können. Durch entsprechende Sollwertvorgabe
des Stroms an den Stromregler kann die Antriebstrommel mit einem
beliebigen, konstanten vorwählbaren
Moment beschleunigt und mit einem anderen beliebigen, konstanten
vorwählbaren Moment
gebremst werden, wie die Diagramme zeigen.
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5 zeigt
schematisch den bekannten Aufbau einer Spuleinrichtung an einer
Spulstelle einer nicht näher
dargestellten Spulmaschine. An der Spulstelle 1 ruht auf
der Antriebstrommel 2, einer Wickelwalze, eine Kreuzspule 3.
Die Antriebstrommel 2 ist eine Wickelwalze, mit deren Nut 4 ein
von einer hier nicht dargestellten Ablaufspule kommender Faden 5 auf
die Umfangsfläche 6 der
Kreuzspule 3 in kreuzförmigen
Fadenlagen 7 abgelegt wird. Die Hülse 8 der Kreuzspule 3 wird
in einem Spulenrahmen 9 gehalten. Die Antriebstrommel 2 wird
von einem elektronisch kommutierten Drei-Phasen-Synchronmotor 10 angetrieben.
Die Antriebstrommel 2 sitzt direkt auf der verlängerten
Rotorwelle 11 des Motors 10.
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Zur Steuerung der Spulstelle ist
eine Steuereinrichtung 12 vorgesehen, die über eine
Verbindung 13 mit einem Datenbus 14 verbunden
ist, an dem sämtliche
hier nicht dargestellten Spulstellenrechner angeschlossen sind und
der zu der hier nicht dargestellten, übergeordneten zentralen Steuereinheit
der Spulmaschine, dem Spulstellenrechner, führt. Der Motor 10 zum
Antrieb der Antriebstrommel 2 ist über eine Steuerleitung 15 mit der
Steuereinrichtung 12 zur Vorgabe des Stromsollwertes verbunden. Über eine
Signalleitung 16 kann die Ist-Geschwindigkeit durch Abtasten
eines Signalgebers im Motor, beispielsweise eines Polrades, dem
Spulstellenrechner mitgeteilt werden.
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Mit dem Spulstellenrechner 12 sind
weitere Signalgeber verbunden, beispielsweise ein Signalgeber 17,
mit dem die Stellung des Spulenrahmens 9 bei Durchmesserzuwachs
der Kreuzspule 3 festgestellt werden kann. Dieser Signalgeber
kann beispielsweise ein Potentionmeter sein. Der Signalgeber 17 steht über eine
Signalleitung 18 mit dem Spulstellenrechner 12 in
Verbindung. Ein weiterer Signalgeber 19 dient zur Ermittlung
der tatsächlichen
Spulendrehzahl. Der Signalgeber 19 kann beispielsweise aus
einem Polrad bestehen, von dessen Signalfolge auf die Anzahl der
Umdrehungen während
einer Zeiteinheit geschlossen werden kann. Dieser Signalgeber ist über eine
Signalleitung 20 mit dem Spulstellenrechner 12 verbunden.
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Der Faden 5 durchläuft, bevor
er durch die Fadenführungsöse 21 auf
die Antriebstrommel (Wickelwalze 2) aufläuft, durch
den sogenannten Reiniger 22. Mittels eines Sensors 23 wird
die Garnqualität überprüft und die
Signale werden über
die Signalleitung 24 dem Spulstellenrechner 12 zugeführt. Weicht die
ermittelte Garnqualität
von einer vorgegebenen Norm ab, wird über die Signalleitung 25 eine Schneideinrichtung 26 betätigt, so
daß in
einem nachfolgenden, hier nicht beschriebenen, aber aus dem Stand
der Technik bekannten Arbeitsgang der Fehler von einem von der Kreuzspule
abgezogenen Fadenstück
herausgeschnitten wird.
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In 6 ist
ein Blockschaltbild des motorischen Antriebs der Antriebstrommel 2 dargestellt.
Bei dem elektronisch kommutierten Drei-Phasen-Synchronmotor 10 ist
dem eigentlichen motorischen Antrieb 101 der Stromregler 102,
die sogenannte Endstufe, vorgeschaltet. Über den Bus 14 wird
von der hier nicht dargestellten übergeordneten Steuereinrichtung
der Maschine dem Spulstellenrechner 12 die Spulgeschwindigkeit
vorgegeben. Dieser gibt über die
Signalleitung 15 daraufhin ein Signal an den Stromregler 102 zur
Einstellung des Stromsollwertes. Aufgrund der Rückmeldungen der Stellung des
Rotors über
den Rotorlagegeber 103 erfolgt eine Ansteuerung der entsprechenden
Statorwindungen durch die Endstufe. Der Rotorlagegeber 103 sitzt
auf der Motorwelle 11, auf deren Verlängerung auch die Antriebstrommel 2 sitzt.
Der Rotorlagegeber 103 kann aus Hallsensoren bestehen.
Die Signale des Rotorlagegebers werden über die Signalleitung 104 dem
Stromregler 102 mitgeteilt, der daraufhin über die
Signalleitung 105 die einzelnene Statorwicklungen ansteuert.
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Um die tatsächliche Motordrehzahl und damit
die Ist-Geschwindigkeit
der Antriebstrommel 2 feststellen zu können, sitzt auf. der Motorwelle 11 ein Drehzahlmessser 106,
beispielsweise ein Polring, der abgetastet wird und dessen Signale über die
Signalleitung 16 dem Spulstellenrechner zur Vorgabe des
Stromsollwerts zugeleitet werden.
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7 zeigt
das Schaltbild eines elektronisch kommutierten Drei-Phasen-Synchronmotors 10,
bei dem die Kommutierung des Antriebsteils 110 mit Hilfe der Überwachung
des in den gerade nicht stromdurchflossenen Wicklungen induzierten
Spannungsverlaufs erfolgt.
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Während
der Spulstellenrechner 12 über die Signalleitung 15 den
Drehzahlsollwert der sogenannten Endstufe 111 vorgibt,
die ihrerseits über
die Signalleitung 112 die Stromzuteilung auf die einzelnen Statorwindungen
steuert, erfolgt über
die Signalleitung 113 die Rückmeldung des induzierte Spannungsverlaufs
in den gerade nicht stromdurchflossenen Statorwicklungen. Aufgrund
dieser Rückmeldung,
die über
die Signalleitung 113 beispielsweise zu einem Mikroprozessor 114 innerhalb
der Endstufe 111 erfolgt, erfolgt die Ermittlung der Rotorlage
und damit die erforderliche Zuteilung des Stroms an die einzelnen
Statorwicklungen. Mittels des Mikroprozessors 114 kann
somit gleichzeitig die Drehzahl des Motors ermittelt und über die
Signalleitung 16 dem Spulstellenrechner mitgeteilt werden.
Außerdem
wird über
die Signalleitung 115 die Zuteilung des Stroms zu den einzelnen
Statorwicklungen gesteuert.