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Spulmaschine
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff
des ersten Anspruchs angegebenen Art.
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Spulmaschinen sind üblicherweise vielstellig ausgeführt und weisen
an jeder Aufwickelstelle eine Changiereinrichtung mit Antriebsmotor und einen Spulenantriebsmotor
auf.
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Die Changiereinrichtung besteht üblicherweise aus einer Nutwalze,
von der ein hin- und hergehender Fadenführer angetrieben wird. Zum Antrieb der Nutwalze
wird normalerweise ein Asynchronmotor verwendet, dessen Drehzahl durch eine veränderbare
Frequenz bestimmt wird.
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Zum Antrieb der Spule kann sowohl ein Zentral antrieb als auch ein
Umfangsantrieb verwendet werden. In beiden Fällen verwendet man als Antriebsmotor
einen Synchronmotor, dessen Drehzahl durch Änderungen der vorgegebenen Frequenz
eingestellt wird.
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Zum Bremsen des Asynchronmotors werden bisher zwei Wicklungsenden
des Statorkreises über eine Diode kurzgeschlossen.
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Der Stator wird mindestens während der gesamten Bremszeit konstant
vom Gleichstrom durchflossen. Die mit dem Gleichstrom zugeführte Energie wird durch
die Bremsung in Wärme umgesetzt.
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Der Asynchronmotor der Changiereinrichtung wird zum Bremsen ebenfalls
mit einem Gleichstrom gespeist. Dazu muß eine Gleichstromversorgung in der Maschine
zu jeder Aufwickelstelle geführt werden. Bei einer Leistung von ca. 377 Watt je
Motor muß beispielsweise bei einer Maschine mit 48 Aufwickelstellen eine Leistung
von ca. 18 ki; zur Verfügung stehen. Dies bedeutet einen Strom von ca. 620 Ampere.
Ebenfalls müssen entsprechende Schaltgerüste und Sicherungen vorgesehen werden.
Durch die unterschiedlichen Belastungen treten unterschiedliche Verlustleistungen
in den Leitungen
auf 1 die zu unterschiedlichen Bremszeiten der
Motoren führen können.
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Um mit niedrigeren Leistungen auszukommen, ist man dazu übergegangen,
nicht alle Asynchronmotoren einer Spulmaschine gleichzeitig abzubremsen. Hierbei
ist es dann möglich, die maschinenüblichen Gleichrichter zu verwenden.
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Hierbei nimmt man allerdings in Kauf, daß nur einzelne Spulstellen,
beispielsweise zwei oder vier, gleichzeitig abgebremst werden können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Spulmaschine der eingangs genannten
Art derart auszurüsten, daß das Bremsen von Spulenantriebsmotor und Changierantriebsmotor
mit geringem schaltungstechnischem Aufwand möglich ist und die oben beschriebenen
Nachteile vermieden werden.
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Zur Lösung der Aufgabe werden die Merkmale des kennzeichnenden Teils
des ersten Anspruchs vorgeschlagen. Der Vorteil der Lösung besteht darin, daß der
auslaufende Synchronmotor als Generator arbeitet, dessen abgegebene Gleichstromleistung
dem Asynchronmotor der Changiereinrichtung zugeführt wird, wodurch dieser abgebremst
werden kann. Damit steht in jeder Aufwickelstelle eine Gleichspannungsquelle in
Form des Synchronmotors zur Verfügung, so daß die gemeinsame Versorgung aller Asynchronmotoren
einer Maschine mit Gleichstrom aus einem zusätzlich zu installierenden Gleichstromnetz
über flüssig wird. Da damit auch nicht mehr der Querschnitt der Versorgungsleitung
zwischen den Gleichspannungsquellen und den Schaltelementen als Vorwiderstand für
die Asynchronmotoren in Erscheinung tritt, ist es nunmehr möglich, daß alle Spulstellen
eine konstante Bremszeit aufweisen. Zudem ist es gemäß der Erfindung nunmehr möglich,
an sämtlichen Aufspulstellen einer Maschine gleichzeitig zu bremsen.
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Ein weiterer Vorteil, der durch die Erfindung erreicht wird, liegt
darin, daß nunmehr dem Synchronmotor zum Bremsen kein Gleichstrom mehr zugeführt
werden muß, der in diesem in Wärme umgesetzt wird. Vielmehr arbeitet der Synchronmotor
als Generator, der Leistung abgibt - die dem Asynchronmotor zugeführt wird - und
dadurch abgebremst wird, so daß die Wärmeentwicklung des Synchronmotors nahezu auf
die Hälfte abgesenkt werden konnte. Dadurch wird weiterhin erreicht, daß die großen
Zeitabstände, die zwischen den einzelnen Bremsungen bisher liegen mußten, wesentlich
verringert werden können, da bei Aufwickeln von Synthesefasern mit Umfangsantrieb
durch die Erwärmung des Synchronmotors ein Kleben der Synthesefasern nunmehr aufgrund
der geringeren Wärmeentwicklung nicht mehr auftreten kann.
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Bevorzugte: Motorarten sind in Anspruch 2 wiedergegeben.
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Besonders kurze Bremszeiten werden erreicht, wenn - wie Anspruch 3
vorschlägt - die Wicklungen der Motore in Stern geschaltet werden.
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Wird der Synchronmotor mit Permanentmagneten zusätzlich aus gerüstet,
so wird hierdurch der weitere Vorteil erreicht, daß bei Ausfall der Energie aus
dem Versorgungsnetz trotzdem gebremst werden kann, da durch die Permanentmagnete
der Synchronmotor weiterhin Energie abgeben kann. Dies war bei dem bisherigen Bremsverfahren
mit Versorgung mit externer Gleichspannung nicht möglich (Anspruch 4).
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Durch Anspruch 5 wird der Vorteil erreicht, daß durch Zuschalten eines
Vorwiderstandes der Innenwiderstand des Asynchronmotors vergroßert werden kann,
so daß dessen Bremszeit verkürzt wird. Ebenso wird dadurch weitere Energie aus dem
Synchronmotor herausgeholt, so daß dessen ßrwärmung weiter verringert
werden
kann.
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Anspruch 6 schlägt vor, den Vorwiderstand einstellbar auszuführen.
Dadurch kann er jeglichen Erfordernissen der Praxis angeglichen werden.
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Anspruch 7 gibt eine vorteilhafte Grenze für die Größe des Vorwiderstandes
wieder. Größere Vorwiderstände sind nur bedingt geeignet, da hierbei der Synchronmotor
zu schnell abgebremst werden kann, so daß er keine Energie mehr für den Asynchronmotor
bereitstellen kann.
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Die Ansprüche 8 bis 10 geben einfache und doch zuverlässige Möglichkeiten
wieder, wie die Bremsschaltung aufzubauen ist.
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Hierbei ist besonders darauf Wert gelegt worden (Anspruch 9), daß
die Bremsschaltung nach der empirisch zu ermittelnden Bremsdauer wieder selbsttätig
aufgehoben wird. Es ist jedoch auch möglich (Anspruch 10), daß aufgrund eines die
Spannung an der Diode erfassenden Relais beim Vorhandensein einer zu geringen Spannung
- die dann auftritt, wenn der Synchronmotor nahezu steht - die Bremsschaltung selbsttätig
wieder aufc;ehoben wird. Dies eignet sich besonders dann, wenn öfters wechselnde
Betriebsdrehzahlen der Motore vorkommen und damit auch wechselnde Bremszeiten auftreten.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Es stellen dar: Fig. 1 1einen schematischen Schaltplan zur Bremsschaltung
eines Synchronmotors und eines Asynchronmotors an einer Spulstelle; Fig. 2 den zu
dem in Fig. 1 gezeigten Relais gehörenden Stromlaufplan.
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In Fig. 1 ist schematisch ein Schaltplan zum Anschluß eines Synchronmotors
und eines Asynchronmotors einer Spulstelle an das Versorgungsnetz 1 dargestellt.
Hierbei sind nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Bauelemente berücksichtigt.
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Aus dem Versorgungsnetz 1 wird über ein Schütz 2 der Umrichter 3 des
Synchronmotors 4 eingeschaltet. Der Synchronmotor 4 selbst wird durch ein weiteres
Schütz 5 mit dem Umrichter 3 verbunden.
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Der Umrichter 3 hat die Aufgabe, den mit konstanter Frequenz angelieferten
Drehstrom in einen Drehstrom mit einstellbarer Frequenz umzuwandeln. Hierbei ist
es selbstverstänalich, daß der Umrichter 3 sämtlichenSynchronmotoren einer Spulmaschine
gemeinsam ist. Dies ist dadurch angedeutet, daß der Umrichter 3 auf ein Netz arbeitet.
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Aus dem Versorgungsnetz 1 wird ebenfalls über ein Schütz 6 ein weiterer
Umrichter 7 zur Steuerung des Asynchronmotors 8 mit energie versorgt. Der Asynchronmotor
8 wird wiederum durch ein separates Schütz 9 mit dem Umrichter 7 verbunden.
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Auch hierbei gilt - wie oben angeführt -, daß der Umrichter 7 sämtliche
Asynchronmotoren einer Spulmaschine versorgt.
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Außerdem sind die drei Wicklungsenden der Statorwicklung des Asynchronmotors
8 mit den Schaltern eines Schützes 10 verbunden, welche bei Betätigung zwei Wicklungen
des Asynchronmotors 8 kurzschließt und über eine Diode 11 mit einer Wicklung des
Ständers des-Synchronmotors 4 verbindet. Die dritte Wicklung des Asynchronmotors
8 wird ebenfalls über das Schütz 10 mit der zweiten Wicklung des Synchronmotors
4 verbunden. Das Schütz 10 verbindet nur die Wicklungen der Statoren, die Läuferwicklung
der Motoren bleiben wie
Betrieb angeschlossen.
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Daneben ist es möglich, in Reihe oder in dem parallelen Strompfad
zur Diode 11 einen Vorwiderstand 13 einzusetzen. Der Vorwiderstand kann auch veränderbar
ausgeführt werden.
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In Fig. 2 ist der Stromlaufplan der Schützensteuerung dargestellt.
Die Schütze 2, 5 und 6 sind als selbsthaltende Schütze ausgebildet und weisen je
einen Austaster auf. Daneben ist das Schütz 5 für den Synchronmotor 4 noch verriegelt
durch das Schütz 2 und 10. Dadurch wird verhindert, daß der Synchronmotor 4 eingeschaltet
wird, bevor der zugehörige Umrichter eingeschaltet worden ist und die Bremsschaltung
noch eingeschaltet ist.
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Das Schütz 9 zum Einschalten des Asynchronmotors 8 weist ebenfalls
in seinem Strompfad einen Einschalter 5 des Schütz es 5 auf und daneben einen Einschalter
6, der vom Schütz 6 gesteuert wird. Damit wird erreicht, daß der Asynchronmotor
8 ebenfalls nicht eingeschaltet werden kann, bevor der zugehörige Umrichter 7 eingeschaltet
ist und bevor die zur gemeinsamen Spulstelle gehörende Treibwalze (Synchronmotor
4) eingeschaltet worden ist.
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Zum Bremsen sind das Schütz 10 und das Zeitrelais 12 vorgesehen, wobei
das Schütz 10 nur geschaltet werden kann, wenn die Schütze 5 und 9 abgefallen sind
und die Anzugsverzögerung des Zeitrelais 12 noch nicht abgelaufen ist. Das Zeitrelais
12 selbst wird durch das Schütz 10 eingeschaltet. Die Anzugsverzögerung des Zeitrelais
12 wird empirisch aufgrund von Messungen der Bremszeit der verwendeten Motoren eingestellt.
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Im Betriebszustand sind die Schütze 2 und 6 für die Umrichter 3
und
7 und die Schütze 5 und 9 für die Motore 4 und 8 erregt.
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Zum Bremsen des Synchronmotors 4 und des Asynchronmotors 8 wird der
Austaster des Schützes 5 betätigt. Aufgrund der Verriegelungsschaltung fällt damit
das Schütz 9 für den Asynchronmotor 8 ebenfalls ab. Durch diese Schaltung sind beide
Motoren von ihren entsprechenden Umrichtern getrennt. Damit ist der Strompfad zum
Schütz 10 freigegeben, da das Schütz 12 noch nicht angesprochen ist. Das Schütz
10 schaltet und verbindet damit die drei Wicklungsenden der Statorwicklungen des
Asynchronmotors 8 mit den zwei Wicklungsenden des Synchronmotors 4.
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Da sich der Synchronmotor 4 aufgrund seiner Massenträgheit weiterdreht,
kann er als Generator arbeiten und einen Gleichstrom - aufgrund der Diode 11 - bereitstellen,
mit dem die Statorwicklungen des Asynchronmotors beaufschlagt werden. -Dadurch wird
der Asynchronmotor 8 abgebremst.
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Während des Bremsvorganges wird der Synchronmotor 4 weiter vom Gleichstrom
durchflossen. Aufgrund der Leistungsabgabe des Synchronmotors 4, der in diesem Betriebszustand
als Generator arbeitet, wird dieser wesentlich schneller abgebremst als ohne Leistungsabgabe.
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Ist ein Vorwiderstand 13 beispielsweise in Reihe zur Diode 11 vorgesehen,
so wirkt dieser jetzt als zusätzlicher Vorwiderstand zu den Widerständen der Statorwicklung
des Asynchronniotors-8. Er ist hierbei derart eingestellt, daß der Asynchronmotor
8 vor oder gleichzeitig mit dem Synchronmotor 4 zum Stillstand gelangt.
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Bei einer Betriebsgeschwindigkeit bzw. Anfangsgeschwindigkeit beim
Bremsvorgang von 6.000 m/min sowohl des Synchronmotors 4 als auch des Asynchronmotors
8 beträgt bei der hier vorliegenden Schaltung die Bremszeit des Synchronmotors 150
sek. und die des Asynchronmotors 125 sek. Der Bremsstrom selbst beträgt 13 Ampere.
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In dem oben erwähnten Beispiel beträgt also die Anzugsverzögerung
des Zeitrelais 12 mindestens 150 sek., denn dadurch ist sichergestellt, daß beide
Motoren sicher stehen Ist die Anzugsverzögerung abgelaufen, so schaltet das Zeitrelais
12. Dadurch fällt das Schütz 10 ab. Nunmehr können die Motore erneut eingeschaltet
werden, da die Sperrung des Schützes 5 durch das Schütz 10 aufgehoben ist.
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Werden wechselnde Betriebsdrehzahlen beider Motoren verlangt, so daß
keine immer nahezu konstante Bremszeit angegeben werden kann, ist es möglich, anstelle
des Zeitrelais 12 eine Stromüberwachungsschaltung, die den Spannungsabfall an der
Diode 11 erfaßt, zu benutzen. Sinkt der Spannungsabfall an der Diode 11 unter einen
bestimmten Wert, was bedeutet, daß der Synchronmotor 4 nahezu ausgelaufen ist, so
schaltet diese Überwachungsschaltung selbsttätig das Schütz 10 aus. Damit wird immer
unabhängig von der jeweiligen vorherrschenden Anfangsgeschwindigkeit beim Bremsen
nach Erreichen des Stillstandes der Motore die Bremsschaltung aufgehoben.