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Aufspulmaschine
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Eine bekannte Aufspulmaschine für mit konstanter Geschwindigkeit laufende
Chemiefasern weist eine Spulspindel mit einem drehzahlsteuerbaren Achsantriebsmotor
und einer Drehzahlsteuereinrichtung sowie eine Kontaktwalze auf, die mit dem sich
bildenden Wickel in Umfangskontakt steht und deren Antriebsmoment während des Aufwickelvorganges
annähernd konstant gehalten wird (DT-PS 1 267 780).
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Nach-einem weiteren bekannten Vorschlag erfolgt die Steuerung des
drehzahl steuerbaren Achsantriebsmotors der Spulspindel dadurch, daß-die Kontaktwalze
von einem Synchronaußenläufermotor angetrieben wird, dem von einem ihn speisenden
Synchrongenerator eine der gewünschten Aufspulgeschwindigkeit entsprechende Umfangsgeschwindigkeit
vorgegeben wird und dessen Ständerwelle drehbar gelagert wird, so daß der bei Auftreten
eines übertragungsmomentes zwischen den Oberflächen der Fadenaufwickelspule und
den Kontaktwalzen entstehende Drehausschlag des Ständers zur Drehzahlsteuerung für
den Aufspulmotor dient (DT-AS 1 246 864 sowie DT-AS 1 286 619). Bei dieser Regelanordnung,
bei der
die Spulenumfangsgeschwindigkeit die Regelgröße ist, kann
man den Schlupf zwischen Kontaktwalze und Wickel weder erfassen noch konstant halten.Deshalb
ist die mechanische Messung der Oberflächengeschwindigkeit durch Erfassung des Aus
schlages des Stators der Kontaktwalze stets mit einer gewissen Ungenauigkeit und
Ungleichförmigkeit behaftet, die beim Spinnen von Chemiefasern und insbesondere
beim galettenlosen Spinnen zu Schädigungen der Fasern führt.Im übrigen ist dieses
mechanische Regelsystem kostspielig und störanfällig und erfordert aufwendig Umstellungen
bei Änderung der Aufwickelgeschwindigkeit.
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Mit der Hauptanmeldung (P 25 35 457.8) war die Aufgabe gestellt, diese
Nachteile zu vermeiden. Insbesondere sollte eine Regelung für den Achsantriebsmotor
der Spulspindel angegeben werden, der eine zentrale Sollwertvorgabe für sämtliche
an einer Chemiefasererzeugungsanlage angeordneten Aufspulmaschinen erlaubt. Die
Lösung dieser Aufgabe nach dem Kennzeichen der Ansprüche 1 und 2 der Hauptanmeldung
P 25 35 457.8 hat sich gut bewährt.
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Die vorgeschlagene Lösung nach der Hauptanmeldung hat den Vorteil,
daß keine mechanischen Meßeinrichtungen verwandt werden.Der konstante Schlupf und
kurzzeitigen Schlupfschwankungen zwischen Kontaktwalze und Wickel wirken sich nicht
aus, da das Regelsystem einen Integralanteil besitzt.
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Die Regelung wirkt dabei in der Weise, daß die Drehzahl des Achsantriebsmotors
der Spulspindel mit dem anwachsenden Durchmesser des Wickels gleichmäßig vermindert
wird.
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Der Sollwert kann dabei zantral an der Maschine eingestellt werden.
Der Sollwert sollte so vorgegeben werden, daß die Leistung etwa zu gleichen Anteilen
von dem Achsantriebsmotor und dem Kontaktwalzenmotor aufgebracht wird. Es sind jedoch
auch andere Verhältnisse möglich. In jedem Fall ist
jedoch gewährleiste-t,
daß die Kontaktwalzenleistung und auch das Kontaktwalzendrehmoment bei gleicher
konstanter Kontaktwalzendrehzahl konstant bleiben oder nach einem vorgegebenen Progr.amm
während der Spulreise variiert werden.
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Hierdurch werden Schädigungen der Wickeloberfläche vermieden und höchste
Spulgeschwindigkeiten ermöglicht.
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Nachteilig bei der Lösung nach der Hauptanmeldung ist die Verwendung
des Synchronmotors, da Synchronmotoren teuer sind, sehr hohe Anlaufströme aufnehmen
und außerdem einen relativ schlechten Wirkungsgrad und schlechten Leistungsfaktor
besitzen. Außerdem ist die maximale Drehzahl bei Synchronmaschinen begrenzt. Deshalb
war es Aufgabe der Zusatzerfindung P 26 06 093.5 (Bag. 970), unter Beibehaltung
des Erfindungsgedankens der Hauptanmeldung und ihrer Vorteile eine Aufspulmaschine
mit preisgünsteigen und robusten Antriebsmotoren bereitzustellen, die auch bei sehr
hohen Geschwindigkeiten noch zuverlässig arbeiten.
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Die sich aus dem Kennzeichen des Anspruchs der Zusatzanmeldung P 26
06 093.5 (Bag. 970) ergebende Lösung hat dabei mit dem allgemein bestehenden Vorurteil,
konstante Umfangsgeschwindigkeiten, wie sie in der AuEspultechnik erforderlich sind,
allein durch Synchronmaschinen erzielen zu können, gebrochen und auch die Verwendung
eines Asynchronmotors für den Antrieb der Kontaktwalze' welche allgemein die Erzielung
einer konstanten Umfangsgeschwindigkeit des Wickels zur Funktion hat, ermöglicht
Auch der Einsatz des Asynchronmotor für den angegebenen Zweck hat sich in der beschriebenen
Weise auch gerade für hohe Geschwindigkeiten hervorragend bewährt und hat bei erheblichen
Preisvorteilen wider Erwarten zu keiner Beeinträchtigung des
Aufspulprozesses,
welcher insbesondere in Chemiefaserspinnanlagen und Verstreckanlagen wegen der empfindlichen
Fasermaterialien und der sehr hohen Aufspulgeschwindigkeiten kritisch ist, geführt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist nun eine Vereinfachung der
Regelung und die Verbilligung der für die Regelung einzusetzenden elektronischen
und elektrotechnischen Geräte.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Kennzeichen des Anspruchs
1 dieser Zusatzanmeldung.
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Auch im Rahmen dieser Lösung hat sich - wie sich aus Anspruch 2 ergibt
- der Einsatz eines Asynchronmotors als möglich und vorteilhaft erwiesen, so daß
die Erfindungsvorteile der Zusatzanmeldung P 26 06 093.5 (Bag. 970) auch für diese
Anmeldung gelten.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles
beschrieben: Es zeigen: Fig. 1: die schematische Darstellung einer Aufspulmaschine;
Fig. 2: den Schaltplan des Antriebs einer Aufspulmaschine (soweit erfindungswesenilich);
Fig. 3: die Ortskurve des Primärstromkreises eines Asynchronmotors.
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In Fig. 1 wird der von der Spinnanlage 1 kommende Faden 2 über die
Changiereinrichtung 3 zu einem Wickel auf der Spulspindel 4 aufgewickelt. Die Changiereinrichtung
3 ist durch Motor 5 mit konstanter oder qewobbelter Drehzahl/ die Spulspindel 4
durch Achsantriebsmotor 6 mit abnehmender Drehzahl angetrieben. Ferner steht der
Wickel mit der Kontaktwalze 7 in Umfangskontakt. Die Kontaktwalze kann sich - wie
in Fig. 1 gezeigt - über die gesamte Länge des Wickels erstrecken. Bei der Kontaktwalze
kann es sich je.
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doch auch um eine oder mehrere kürzere Scheiben handeln, die sich
jeweils nur über einen Teil der Wickellänge erstrecken und insbesondere nur die
Kantenbereiche der Wickeloberfläche berühren (so z. B. DT-OS 23 10 202).
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Die Kontaktwalze 7 wird durch Drehstrommotor 8 mit konstanter Drehzahl
angetrieben. Der Achsantriebsmotor 6 kann ein beliebiger drehzahlsteuerbarer Motor
sein, wie z. B. Gleichstrommotor, oder - wie hier - ein frequenz steuerbarer Asynchronmotor,
der an einen steuerbaren, Frequenzwandler 10 angeschlossen ist. Der Eingang 11 des
Frequenzwandlers 10 ist mit der Drehzahlsteuereinrichtung 12 und Sollwertgeber 13
verbunden. Die Drehzahlsteuereinrichtung 12 erfaßt den Phasenstrom in einer Zuleitung
des Drehstrommotors 8 und ist deshalb in die Zuleitung des Drehstrommotors 8 zu
dem einstellbaren Fr9quenzwandler 9 eingeschaltet. Die Schaltung der Drehzahlsteuereinrichtung
12 wird im folgenden anhand von Fig. 2 beschrieben.
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Der Drehstrommotor 8 kann ein Synchronmotor wie nach der Hauptanmeldung
oder ein Asynchronmotor wie nach der ersten Zusatzanmeldung sein. Der Drehstrommotor
8 der Kontaktwalze 7 ist an das Drehstromnetz des einstellbaren (statischen oder
dynamischen) Frequenzwandlers 9 angeschlossen.Hierdurch kann die Drehzahl des Drehstrommotors
für die Kontaktwalze 7 so vorgegeben werden, daß die Kontaktwalze mit konstanter
Oberflächengeschwindigkeit,
welche annähernd der Fadengeschwindigkeit gleich ist, an der Wickeloberfläche anliegt.
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Dabei wird bei der Verwendung eines Asynchronmotors auch dessen Schlupf
in Rechnung gestellt. Dieser Schlupf ist konstaht, da die Leistungsabgabe und damit
auch die Stromaufnahme des Asynchronmotors 8 durch die Regelung mit dem Sollwertgeber
13 und dem Istwertgeber 16 konstant gehalten wird. Das gilt jedoch nur, wenn - wie
nach der Erfindung vorgeschlagen - für den Asynchronmotor ein so hohes Antriebsmoment
durch die vorgegebene Spannung, den als Sollwert vorgegebenen Strom - bei entsprechendem
Cos vorgegeben wird, daß Änderungen des Drehmoments Änderungen des Stroms in gleicher
Richtung bewirken.
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Der von dem Drehstrommotor 8 aufgenommene Strom wird durch Meßgerät
16 gemessen. Die Primärstromanschlüsse 17 des Meßgerätes 16 sind in eine Zuleitung
des Drehstrommotors 8 eingeschaltet. Die Ausgänge 21 des Meßgerätes 16 sind unter
Zwischenschaltung eines Glichrichters 20 an eine an sich bekannte Regelschaltung
22 gelegt, wobei das Ausgangssignal des Meßgerätes hinter Spannungsbegrenzung 23
mit dem Åusgangssignal eines einstellbaren Sollwertgebers 13 verglichen wird.
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Der Sollwertgeber 13 wird vorzugsweise so eingestellt, daß ein gewisser
Strom durch den Motor 8 fließt. Dadurch wird gewährleistet, daß ein ausreichend
hohes Drehmoment von der Kontaktwalze und dem zugehörigen Drehstrommotor 8 aufgebracht
wird, so daß Drehmomentänderungen eine Stromänderung in gleicher Richtung zur Folge
haben.
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Durch die Erfassung der Stromaufnahme des Drehstrommotors zum Zwecke
der Regelung der Drehzahl des Achsantriebsmotors wird es möglich, die Oberflächengeschwindigkeit
des Wickels 4 wie auch die Wirkleistungsaufnahme und das Drehmoment des Drehstrommotors
und der Kontaktwalze konstant zu halten.
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Erhöht sich bei zunehmendem Wickeldurchmesser die Umfangsgeschwindigkeit
des Wickels und damit auch die Drehzahl der Kontaktwalze, so sinkt in dem hier angegebenen
Drehmomentenbereich das Drehmoment und damit auch der Strom unter den vom Sollwertgeber
13 vorgegebenen Wert. Dadurch gelangt ein Ausgangssignal in die Regelschaltung 22
mit den Verstärkern P 1 und P2 als Spannung an den Frequenzwandler 10. Der Frequenzwandler
10 gibt seine Sekundärfrequenz mit in-einem dem Wickelprozeß angepaßten und entsprechend
programmierten Spannung/Frequenz (V/Hertz) - Verhältnis für die Ausgangsspannung
dem Achsantriebsmotor 6 weiter, der hier ebenfalls ein Dreiphasenmotor ist. Hierdurch
wird die Drehzahl des Achsantriebsmotors 6 so weit vermindert, bis sich die durch
Sollwertgeber 13 vorgegebene Stromaufnahme in Leitung 17 wieder einstellt. Damit
ergibt sich ein geschlossener Regelkreis.
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Durch entsprechende Konstruktion des Drehstrommotors welcher dem Antrieb
der Kontaktwalze dient, kann gewährleistet werden, daß mit diesem Drehstrommotor
auch sehr kleine Drehmomente erzeugt werden können, ohne daß dabei Drehmomentänderungen
und Stromänderungen einander entgegengesetzt sind.
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Fig. 3 zeigt einen sog. Heyland-Ossana-Kreis, der die Ortskurve des
Primärstromzeigers bei geschlossenem Läuferkteis eines Asynchronmotors darstellt(vgl.
hierzu z. B. Dubbels Taschenbuch für den Maschinenbau 12. Aufl. 2. Band,Seite 898).
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Io ist der Leerlaufstrom, IN der Nennstrom des Asynchronmotors.
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Der Betriebsstrom IB wird so durch entpreckende Sollwertvorgabe gewählt,
daß der Vektor 1B außerhalb des schraffierten Bereiches 30 legt. Dieser Bereich
ist zu meiden, da dort einerseits Drehmomentänderungen und Stromänderungen einander
entgegengesetzt sind d.h. der Diffe'renzemqu9tient d 1 < o dM
O
ist, oder die Stromänderung bei sich änderndem Drehmoment = null und daher auch
der Differenzquotient d I = 0 ist.
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dM In einer Chemiefaserspinnanlage mit einer Vielzahl von Spulstellen
befindet sich an jeder Stelle ein Strommeßgerät, eine Regelschaltung 22 und ein
Frequenzwandler 10.
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Der Frequenzwandler 9 zur Versorgung des Drehstrommotors 8 sowie der
Sollwert 13 für die Stromaufnahme des Drehstrommotors 8 können dagegen zentral an
der Chemiefaserspinnanlage und gemeinsam für eine Mehrzahl von Spulstellen angebracht
werden.
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Ebenso kann der Frequenzwandler für den Changierantrieb (Motor 5)
gemeinsam von allen vorhandenen Spuleinrichtungen in Anspruch genommen werden. Für
den Anlauf der Aufspulmaschinen auf hohe Aufwickelgeschwindigkeiten von z.B. mehr
als 4 000 m/min werden dann insbes. für Synchronmotoren Hilfs-oder Hochlaufumrichter
benötigt, um die hohen Anlaufströme über eine längere Zeit bei den hohen Frequenzen
zu vermeiden.
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In der Praxis ist auch ein stufenweises Hochschalten über in der Frequenz
gestufte Netze zeit- oder stromabhängig üblich.