DE19842530A1 - Antrieb für fadenführende Teile einer Spinnmaschine - Google Patents

Abstract

In einer Spinnmaschine mit fadenführenden Teilen, insbesondere mit einem Ringrahmen, werden die fadenführenden Teile mit einem Motor (20) durch mechanische Übertragungsglieder verbunden. Der Motor (20) weist im Stator bei gleicher Polzahl mindestens zwei Arten von Wicklungen (18a, 18b) auf, welche wechselweise durch einen Schalter (16) an ein Netz (12) eines Umrichters anschließbar sind, wobei in mindestens zwei Betriebsphasen Frequenzbereiche durchfahren werden, deren Maximalwerte etwa um den Faktor 3 unterscheiden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antrieb für fadenführende Teile einer Spinnma­ schine, insbesondere für den Ringrahmen einer Ringspinnmaschine, nach dem Ober­ begriff des unabhängigen Anspruchs.

Während in der Vergangenheit vor allem mechanische Antriebe für hin- und hergehen­ de fadenführende Teile von Spinnmaschinen verwendet wurden, werden in jüngerer Zeit zunehmend elektrische Antriebe eingesetzt, welche komplizierte Getriebe über­ flüssig machen.

Bei Ringspinnmaschinen moderner Bauart ist es üblich, die alternierende Bewegung eines Ringrahmens durch ein mechanisches Getriebe zu bewerkstelligen, während Hubbewegungen in grösserem Stil oder Hubverlagerungen in kleinen Schritten durch einen Elektromotor gesteuert werden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Konzept zu finden, bei dem mittels ei­ nes einzigen Antriebsmotors sämtliche Funktionen eines fadenführenden Teiles ver­ wirklicht werden können.

Dieses Ziel wird durch einen elektromotorischen Antrieb erreicht, der mit Wechselstrom variabler Frequenz angesteuert wird, wobei mehrere umschaltbare Motorwicklungen mit gleicher Polzahl vorgesehen sind. Bevorzugt wird der Motor als Synchronmotor für Dreiphasen-Wechselstrom ausgeführt, mit zwei Wicklungen im Stator für unterschiedli­ che Spannungs-/Frequenzverhältnisse, die wechselweise an das Drehstromnetz eines Umrichters angeschlossen werden können. Ein Schalter zwischen den verschiedenen Wicklungen des Motors und Leitungen, welche zum durch den Umrichter versorgten Netz führen, sorgt für die Beaufschlagung jeweils einer der Wicklungen mit Wechsel­ strom veränderbarer Frequenz gemäss dem Spinnprogramm, das in einer Steuerung gespeichert ist.

Die vorgeschlagene Lösung ermöglicht einen kostengünstigen und flexiblen Antrieb beispielsweise eines Ringrahmens einer Spinnmaschine.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 qualitativ ein Hubdiagramm (h) eines Ringrahmens über der Zeit (t) und

Fig. 2 ein Stromschema der Wicklungen des Motors mit dem Umrichter.

Die Erfindung wird am Beispiel des Ringrahmenantriebs einer Ringspinnmaschine er­ läutert. Hierbei ergeben sich zahlreiche widersprechende Forderungen, welche von vornherein die Anwendung eines einzigen Motors für den Antrieb auszuschliessen scheinen.

Zu Beginn des Spinnvorganges nach einer Ruhephase A gemäss Fig. 1 muss der Rin­ grahmen rasch angehoben und abgesenkt werden, gemäss Phase B. Anschliessend erfolgt das eigentliche Spinnen, d. h. das Bewickeln von Hülsen mit verdrehten und verstreckten Fasern, gemäss dem Pilgerschrittschema in Phase C. Die kontinuierliche Bewicklung einer Spinnhülse endet mit Beginn der Phase D, während der im oberen Bereich der Hülse eine sogenannte Oberwindung aufgebracht wird. Anschliessend muss das Garn möglichst rasch in einer Phase E bis an den unteren Teil der Hülse - Phase E - geführt werden, worauf die vollbewickelten Hülsen von der Spinnmaschine entfernt und gegen leere ausgetauscht werden.

Während all dieser Bewegungen wird der Ringrahmen mit stark variierenden Ge­ schwindigkeiten auf- und abwärts bewegt, wodurch das Garn in einer bestimmten Höhe zur Spinnhülse geführt wird. Es wechseln sich rasche Auf- und Abwärtsbewegungen, beispielsweise in Phase B, ab, weiterhin muss für eine gute Qualität der Spinnkopse die Bewegungsumkehr jeweils in Phase C insbesondere am unteren Umkehrpunkt sehr rasch erfolgen. In dieser Phase arbeitet der Antriebsmotor mit einer vergleichsweise geringen Leistung, da die Hubgeschwindigkeiten gering sind. Im Gegensatz dazu ist die Leistungsaufnahme während der Phase E wesentlich grösser, da eine rasche Ver­ lagerung stattfinden muss.

Die Randbedingungen bei derartigen Bewegungen sind u. a. folgende:

• - Die Hubgeschwindigkeit des Ringrahmens variiert zwischen wenigen Millimetern und über 100 mm/s.
• - Bei einer gewählten Motorfrequenz von 360 Hz. und einem Übersetzungsverhältnis von 1 : 60 ergibt sich hieraus für einen vierpoligen Synchronmotor eine Drehzahl von über 10'000 Umdrehungen/min.
• - Zur Erreichung der niedrigsten Hubgeschwindigkeit des Ringrahmens muss der An­ trieb andererseits mit weniger als 200 Umdrehungen betrieben werden.
• - Bei einer Ansteuerung des Umrichters mit einer variablen Sollwertspannung bis zu 10 V DC würde eine geringfügige Drehzahländerung nicht mehr realisierbar sein, da die Sollwertvorgabe der analogen Spannung innerhalb des normalen Störpegels lä­ ge.
• - Weiterhin muss der Motor innerhalb der Phase C gemäss Fig. 1 sehr rasch seine Drehrichtung ändern, was ein äusserst geringes Massenträgheitsmoment voraus­ setzt.
• - Während der schnellen Bewegung des Motors ist andererseits eine Dauerbelastung von mehreren Kilowatt nötig.

Um all diese Forderungen zu vereinbaren, wird ein Synchronmotor, insbesondere ein Reluktanzmotor mit folgenden Eigenschaften beim Betrieb der verschiedenen Stator­ wicklungen festgelegt:

• 1. Wicklung
  Steuerfrequenz des Umrichters 5 bis 125 Hz, Wechselstromspannung 0 bis 400 V, Sollwertspannung des Umrichters 0 bis 10 V DC oder Sollwertstrom 0 . . . 20 mA.
• 2. Wicklung
  Frequenz bis 360 Hz, Wechselstromspannung 0 V bis 400 V und ebenso Sollwert­ spannung 0 bis 10 V DC oder Sollwertstrom 0 . . . 20 mA.

Gemäss Fig. 2 verlaufen von einem Umrichter 10, der von einer Steuerung 8 der Ma­ schine mit einer analogen Gleichspannung 0 bis 10 V (0 . . . 20 mA) angesteuert wird, Leitungen in einem Netz 12 zu mind. einem Verbraucher, der als Motor 20 angedeutet ist. Zwischen dem Netz 12 und einem Schalter 16 verlaufen drei Leitungen 14 für die drei Phasen des Wechselstroms variabler Frequenz, wobei der Schalter 16 die Beauf­ schlagung der ersten Wicklung (Wicklungen 18a) oder der zweiten Wicklung (Wicklungen 18b) mit Wechselstrom ermöglicht.

Die Betriebsweise ist folgende:
Bei Betrieb der ersten Wicklung in Phase C (Wicklungen 18a) 20 hebt und senkt der Motor den Ringrahmen in einer ständigen Reversierbewegung. Ein Hubspiel beträgt zwischen 10 und 60 s. Die Abwärtsgeschwindigkeit ist bevorzugt doppelt so hoch wie die Aufwärtsgeschwindigkeit. Bei Dauerbetrieb in einem Frequenzbereich des Wech­ selstroms zwischen 3 und ca. 50 Hz wird eine Leistungsaufnahme von ca. 300 W er­ reicht. Die Umkehrbeschleunigung, d. h. die Frequenzänderung beim Übergang von der bar, mit einem dynamischen Moment bezogen auf das Massenträgheitsmoment des Motors mit einem Wert von über 4'000 Nm/kgm².

Während der Erregung der zweiten Wicklung (Wicklungen 18b) in einem Kurzzeitbe­ trieb, der nur wenige Sekunden andauert, muss der Motor 20 während der Beaufschla­ gung der Wicklungen 18b nach Stellungsänderung des Schalters 16 mit einer Fre­ quenz zwischen 125 und ca. 300 Hz im Senkbetrieb betrieben werden, darüber hinaus auch bei einer Feldschwächung mit negativem Motormoment bis zu einer Frequenz von annähernd 400 Hz. Diese Betriebsphase entspricht der Phase E in Fig. 1. Im Stillstand - Phase A - wird der Motor 20 durch eine Gleichstromerregung einer der Wicklungen 18a oder 18b festgehalten. Zusätzlich kommt bei einem möglichen Spannungsausfall eine mechanische Bremse zum Einsatz, welche den Läufer des Motors 20 festhält, falls ein Elektromagnet zum Lösen der mechanischen Bremse abfällt.

Die Umschaltung von der ersten zur zweiten Wicklung erfolgt im Stillstand, beim Über­ gang von der Phase C zu Phase D bzw. Phase D zu Phase E und Phase E zu Phase A gemäss Fig. 1.

Mit der dem Umrichter 10 übergeordneten Steuerung 8 ist eine Eingabeeinheit 6 ver­ bunden. In der Steuerung ist als Software das Fahrprogramm für den Motor 20 gespei­ chert, sowohl hinsichtlich der Fahrgeschwindigkeit als auch des Kopsaufbaus (Form, Füllgrad, Gewicht des Kopses). Das Fahrprogramm ist durch Bedienungsparameter veränderbar, welche von der Bedienungsperson über die Eingabeeinheit 6 an die Steuerung 8 übermittelt werden können.

Claims (6)

1. Spinnmaschine mit fadenführenden Teilen, insbesondere einem Ringrahmen einer Spinnmaschine, wobei die fadenführenden Teile mit einem Motor (20) durch me­ chanische Übertragungsglieder verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (20) im Stator bei gleicher Polzahl mindestens zwei Paare von Wicklungen (18a, 18b) aufweist, welche wechselweise durch einen Schalter (16) an ein Netz (12) eines Umrichters (10), der Wechselstrom variabler Frequenz abgebend ausgebildet ist, anschliessbar sind.

2. Spinnmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (20) als Synchronmotor ausgebildet ist.

3. Spinnmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (20) so ausgebildet ist, dass sein dynamisches Moment bezogen auf sein wirksames Massenträgheitsmoment mind. 4'000 Nm/kgm² beträgt.

4. Verfahren zum Betrieb einer Spinnmaschine mit fadenführenden Teilen, insbesonde­ re mit einem Ringrahmen, wobei die fadenführenden Teile mit einem Motor (20) durch mechanische Übertragungsglieder verbunden werden, dadurch gekennzeich­ net, dass in einer ersten Betriebsart bei Erregung einer ersten Wicklung mit Wick­ lungen (18a) der Motor (20) von einem Umrichter (10) mit Wechselstrom in einem Frequenzbereich zwischen 10 und mindestens 100 Hz bei einer Wechselstromspan­ nung bis 400 V betrieben wird, und dass in einer anderen Betriebsphase bei Erre­ gung einer zweiten Wicklung mit Wicklungen (18b) desselben Motors (20) die Fre­ quenz bis über 300 Hz gesteigert wird, wobei die Variation der Stromfrequenz durch eine dem Umrichter (10) übergeordnete Steuerung der Spinnmaschine bewirkt wird.

5. Spinnmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Motor (20) und Umrichter (10) keine Mittel zur Rückführung von Drehzahl oder Lage des Motors vorgesehen sind.

6. Spinnmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Umrichter (10) eine Steuerung (8) übergeordnet ist, die mit einer Einga­ beeinheit (6) verbunden ist.