DE3535385A1 - Verfahren zum auslegen des antriebs von maschinen zum herstellen gedrehter oder gezwirnter faeden - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Auslegen des Antriebs von Maschinen zum Herstellen gedrehter oder gezwirn­ ter Fäden, mit einer Vielzahl gleichartiger Arbeitsaggregate, die zu Antriebsgruppen mit jeweils wenigstens einem Motor und einem Tangentialriemen zusammengefaßt sind, wobei die Maschi­ nen aufgrund unterschiedlicher Gesamtzahl von Arbeitsaggrega­ ten und /oder Einsatz von Arbeitsaggregaten mit unterschiedli­ chem Einzel-Leistungs-Bedarf einen unterschiedlichen Gesamt- Leistungsbedarf aufweisen.

Unter Arbeitsaggregaten sind im folgenden Maschinenelemente mit hoher Drehzahl zu verstehen, z.B. Spindeln an Spinn- oder Zwirnmaschinen oder Rotoren und Auflösewalzen an OE-Spinnma­ schinen.

Bei einer Konstruktion für eine Maschine zum Herstellen ge­ drehter oder gezwirnter Fäden ist bereits vorgeschlagen wor­ den, daß jeder Tangentialriemen für sich durch einen Elektro­ motor antreibbar ist, wobei einander benachbarte Tangential­ riemen jeweils mindestens eine gemeinsame Umlenkrolle auf­ weisen und diese Umlenkrollen drehfest miteinander gekoppelt sein können (deutsche Patentanmeldung P 34 41 230).

Werden nun bei einer derartigen Maschine Arbeitsaggregate anderer Baugrößen eingesetzt, beispielsweise unterschiedlich dimensionierte Spindeln, Rotoren mit größerem oder kleinerem Durchmesser oder soll mit wesentlich anderen Drehzahlen der Arbeitsaggregate gefahren werden, so müssen, sofern die Ab­ weichungen gewisse Grenzen überschreiten, andere Motoren ein­ gesetzt werden, wenn nicht in Kauf genommen wird, daß die Mo­ toren in ungünstigen Leistungsbereichen laufen oder mit un­ günstigen Frequenzen gespeist werden müssen. Dies bedingt das Zurverfügungstellen einer Mehrzahl von Motorentypen mit er­ höhtem Aufwand an Auftragsbearbeitung, Lagerhaltung, Ersatz­ teilhaltung usw.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Vereinfachung der Konstruktion der Maschine bei Verringerung des erforder­ lichen Energiebedarfs.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß unab­ hängig vom Gesamtleistungsbedarf einzelner Maschinen für alle Maschinen Motoren gleicher Dimensionierung verwendet werden, daß die Anzahl der Motoren derart festgelegt wird, daß die Summe der Nennleistungen dieser Motoren wenigstens annähernd den Gesamt-Leistungsbedarf der betreffenden Maschine ent­ spricht und daß jedem Motor wenigstens annähernd eine glei­ che Anzahl von Arbeitsaggregaten zugeordnet wird, wobei die Summe des Einzelleistungsbedarfs der Arbeitsaggregate wenig­ stens annähernd der Nennleistung dieses Motors entspricht.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß die Konstruktion der Maschinen und die Peripherie der Motoren (Schaltgeräte, Be­ festigungsvorrichtungen, Abdeckhauben usw.) nicht auf Motoren verschiedener Baugröße abgestimmt werden muß. Die Motoren ein­ heitlicher Baugröße können in größeren Stückzahlen preisgün­ stiger bezogen werden als unterschiedliche Motoren. Die er­ forderliche Bevorratung der Ersatzmotoren ist auf eine Bau­ größe beschränkt und wird damit vermindert. Bezüglich der Ersatzteilbeschaffung werden Fehlermöglichkeiten nur bei ei­ ner Baugröße ausgeschaltet. Da jeweils ein Motor eine ganz bestimmte Anzahl von Arbeitsaggregaten antreibt, wird zu­ sätzlich eine erhebliche Energieeinsparung erzielt.

Für die vorstehend genannten Arbeitsaggregate, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, und deren Leistungsbedarf zwischen etwa 15 Watt und etwa 50 Watt beträgt, hat es sich gezeigt, daß der Wirkungsgrad bei Motorgrößen von etwa 2 kW bis etwa 5 kW am besten ist. Da die Investitionskosten umso geringer sind, je weniger Motoren benötigt werden, ist es be­ sonders vorteilhaft, Motoren mit Nennleistungen im oberen Drittel dieses Bereiches zu wählen.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm zur Darstellung der Ermittlung von Motoren mit optimaler Leistung;

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf eine Maschi­ ne zum Herstellen gedrehter Fäden, teils ge­ brochen;

Fig. 3 eine Vorderansicht der Maschine nach Fig. 1, teils gebrochen.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Diagramm, welches unter An­ wendung der erfindungsgemäßen Lehre aufgestellt wurde, sind in der X-Achse die Anzahl der Arbeitsaggregate einer Maschi­ ne zum Herstellen gedrehter oder gezwirnter Fäden angegeben; in der Y-Achse ist der Wirkungsgrad angeführt. Es versteht sich, daß die Motorstärke oder Motorleistung mit zunehmender Anzahl von Arbeitsaggregaten proportional in Richtung der X- Achse ansteigt.

Die Kurve a stellt den Wirkungsgrad eines Einzelmotor-Antriebs derjenigen Motorstärke dar, die für die jeweilige Anzahl von Arbeitsaggregaten erforderlich ist. Dieser Wirkungsgrad ist über einen großen Leistungsbereich annähernd gleichbleibend, fällt aber bei kleineren Motorleistungen zunehmend rascher ab.

Die Kurve b bezieht sich auf den Wirkungsgrad eines Antriebs­ systems, beispielsweise eines Tangentialriemens, mit dem wach­ senden Riemenquerschnitt, der für die jeweilige Anzahl von Ar­ beitsaggregaten erforderlich ist. Dieser Wirkungsgrad nimmt mit der Zahl der Arbeitsaggregate degressiv ab.

Die Kurve c zeigt den Gesamt-Wirkungsgrad von Antrieb und An­ triebssystem. Es ist ersichtlich, daß in dem Bereich T der beste Gesamt-Wirkungsgrad vorliegt; dieser ergibt sich dann, wenn das Produkt der beiden Einzel-Wirkungsgrade, d.h. der Kurven a und b, sein Maximum erreicht. Der Bereich T des opti­ malen Gesamt-Wirkungsgrades bestimmt die geringste und die größte Anzahl von Arbeitsaggregaten, die von einem Motor an­ getrieben werden sollten, und ferner über den Einzel-Leistungs­ bedarf der Arbeitsaggregate die notwendige Leistungsabgabe dieses Motors.

Da gleichzeitig eine größere Motorstärke zu weniger Motoren pro Maschine und damit zu geringeren Kosten sowie zu gerin­ geren Energieverlusten durch weniger Leerlaufen der Riemen­ länge führt, ist es zweckmäßig, an die obere Grenze des Be­ reichs T zu gehen, also sowohl die dieser Grenze entsprechen­ de Motorleistung als auch die entsprechende Anzahl von Ar­ beitsaggregaten zu wählen.

Bei einer Ringspinnmaschine mit Tangentialriemen-Antriebs­ system und einem Einzel-Leistungsbedarf der Arbeitsaggregate in Form von Spinnspindeln von etwa 35 Watt ergeben sich als untere Grenze des Bereichs T gemäß Fig. 1 etwa 66 Spindeln und 2,2 kW Motorleistung; als obere Grenze etwa 128 Spindeln und 4,5 kW Motorleistung. Der Gesamt-Wirkungsgrad beträgt 0,68.

Durch graphische Darstellung des Motor-Wirkungsgrades bei wachsender Motorstärke sowie des Wirkungsgrades des (Riemen)- Antriebssystems bei wachsendem Riemenquerschnitt, jeweils über die Anzahl der Arbeitsaggregate, läßt sich damit vor­ teilhafterweise ein Gesamt-Wirkungsgrad von Antrieb und An­ triebssystem ermitteln, aus dem der Gesamt-Wirkungsgrad her­ leitbar ist, welcher seinerseits zur Ermittlung des Motors mit optimaler Motorleistung dient.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß bei einem anderen Einzel-Leistungsbedarf der Arbeitsaggregate sich die relative Lage der Wirkungsgradkurven a, b und damit auch c in Fig. 1 nicht wesentlich verändert, sondern daß in diesem Fall sich nur die Skala der X-Achse verschiebt; das heißt, daß der opti­ male Motor auch bei anderem Einzelleistungsbedarf der Arbeits­ aggregate eine Leistung von 4,5 kW aufweist, jedoch eine grös­ sere oder kleinere Anzahl von Arbeitsaggregaten als etwa 128 Einheiten antreiben sollte.

In Fig. 2und 3 ist eine Ringspinnmaschine schematisch darge­ stellt, wobei ersichtlich ist, daß hier zum Antrieb von mit Spindeln verbundenen Wirteln 10 über Tangentialriemen 11 bzw. 12 Motoren 1 gleicher Dimensionierung verwendet werden. Die­ se Motoren 1 haben zweckmäßigerweise eine abgegebene Nennlei­ stung von 4,5 kW.

Die Spindeln 3, d.h. die Arbeitsaggregate der Maschine, haben je nach Kopsgewicht, Ringdurchmesser und Spindeldrehzahl einen Leistungsbedarf von je 15 Watt bis 35 Watt. Der Leistungsbe­ darf, d.h. die aufgenommene Leistung einer Spindel, ist nicht gleichbleibend, sondern nimmt mit zunehmender Kopsfüllung zu. Da Elektromotoren aber in gewissen zeitlichen und quantitati­ ven Grenzen überlastbar sind, kann mit dem mittleren Leistungs­ bedarf und einer wenigstens annähernden Gleichheit zwischen der Summe der abgegebenen und aufgenommenen Leistungen gerech­ net werden.

Wie weiterhin aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, sind hierbei Mo­ toren 1 einsetzbar, welche jeweils Arbeitsaggregate einer be­ stimmten Anzahl (Feldgröße) antreiben. Es besteht auch die Möglichkeit, zum Antrieb anderer Arbeitsaggregate, beispiels­ weise eines Streckwerkes 4, einen Motor 2 gleicher Dimensio­ nierung wie die Motoren 1 einzusetzen. Dieser Motor 2 treibt über ein Streckwerkgetriebe 8 die schematisch in Fig. 3 dar­ gestellten Streckwerke an.

Um bezüglich der durch die Motoren 1 angetriebenen Arbeits­ aggregate, d.h. der Spindeln 3, die gewünschte Spindeldreh­ zahl zu erreichen, ist es bei in ihrer Drehzahl nicht ver­ stellbaren Motoren 1 erforderlich, die nicht näher bezeich­ nete Antriebsscheibe auf der Motorwelle so zu wählen, daß - ausgehend von der festliegenden Nenndrehzahl des Motors - die die gewünschte Spindeldrehzahl bewirkende Übersetzung gegeben ist.

Bei in ihrer Drehzahl beispielsweise durch Änderung der Spei­ sefrequenzdrehzahl veränderbaren Motoren ist die Wahl der ent­ sprechenden Antriebsscheibe Voraussetzung dafür, daß der Mo­ tor in der Betriebsdrehzahl der Spindeln in seiner maximalen Drehzahl laufen kann, in der er die geforderte Nennleistung abgibt. Ansonsten ist die Wahl der Antriebsscheibe für die Berechnung der Feldergrößen ohne Bedeutung, da diese nur die Leistungsdaten zu berücksichtigen hat.

Nachdem die Motoren 1 zum Antrieb der Spindeln 3 baugleich sind, sollten die von den einzelnen Motoren angetriebenen Gruppen von Arbeitsaggregaten ebenfalls gleichgroß sein. Hierbei können jedoch baulich geringe, notwendige Abweichun­ gen eingeschlossen sein.

Die Baugröße der an einer bestimmten Maschine verwendeten Spindeln wird bei der konstruktiven Auslegung dieser Maschi­ ne festgelegt und bleibt unverändert. Die Drehzahl, mit der diese Arbeitsaggregate einer Maschine betrieben werden, kann sich gemäß spinnereitechnologischer Gegebenheiten ändern.

Die Anzahl der Arbeitsaggregate je Gruppe (Feldgröße) muß sich am höchsten Leistungsbedarf der Arbeitsaggregate bei höchster vorgesehener Drehzahl orientieren.

Insgesamt ergibt sich jedoch, daß, unabhängig vom unter­ schiedlichen Leistungsbedarf, unterschiedlicher Dimensionie­ rung und unterschiedlicher Anzahl der Arbeitsaggregate drei oder vier Motoren 1 bzw. 2 gleicher Dimensionierung verwendet werden. Bezüglich der Motoren 1 und der Feldgrößen, d.h. der durch einen Motor angetriebenen Anzahl von Spindeln sind je­ weils eine solche Anzahl von Arbeitsaggregaten einem Motor 1 zuzuordnen, daß die Summe der Leistungsaufnahme der Arbeits­ aggregate der Leistungsabgabe des Motors 1 entspricht. Hier­ bei sind zwischen 75 bis 150 Arbeitsstellen pro Feld besonders vorteilhaft.

Claims (4)

1. Verfahren zum Auslegen des Antriebs von Maschinen zum Her­ stellen gedrehter oder gezwirnter Fäden, mit einer Viel­ zahl gleichartiger Arbeitsaggregate, die zu Antriebsgrup­ pen mit jeweils wenigstens einem Motor und einem Tangen­ tialriemen zusammengefaßt sind, wobei die Maschinen auf­ grund unterschiedlicher Gesamtzahl von Arbeitsaggregaten und/oder Einsatz von Arbeitsaggregaten mit unterschiedli­ chem Einzelleistungsbedarf einen unterschiedlichen Gesamt­ leistungsbedarf aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß un­ abhängig vom Gesamtleistungsbedarf einzelner Maschinen für alle Maschinen Motoren gleicher Dimensionierung verwendet werden, daß die Anzahl der Motoren derart festgelegt wird, daß die Summe der Nennleistungen dieser Motoren wenigstens annähernd dem Gesamtleistungsbedarf der betreffenden Ma­ schine entspricht und daß jedem Motor wenigstens annähernd eine gleiche Anzahl von Arbeitsaggregaten zugeordnet wird, wobei die Summe des Einzel-Leistungsbedarfs der Arbeits­ aggregate wenigstens annähernd der Nennleistung dieses Motors entspricht.

2. Antrieb von Maschinen zum Herstellen gedrehter oder gezwirn­ ter Fäden in Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß unabhängig vom unterschiedlichen Gesamt-Leistungsbedarf von Maschinen unterschiedlicher Bau­ formen und/oder vom unterschiedlichen Einzel-Leistungsbe­ darf von Arbeitsaggregaten unterschiedlicher Dimensionie­ rung immer Motoren (1, 2) gleicher Dimensionierung verwen­ det werden, daß zur Abdeckung des Gesamt-Leistungsbedarfs einer Maschine dieser Maschine eine solche Anzahl Motoren zugeordnet wird, daß die Summe der Leistungsabgabe dieser Motoren dem Gesamt-Leistungsbedarf der Maschine entspricht und daß jedem Motor eine annähernd gleiche Anzahl Arbeits­ aggregate zum Antrieb zugeordnet wird (Feldgröße), deren Einzel-Leistungsbedarf-Summe der Leistungsabgabe des Mo­ tors entspricht.

3. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoren (1) eine Leistungsabgabe von 2,2 kW bis 4,5 kW haben bei Wirkungsgraden des Antriebs und des Antriebs­ systems der Arbeitsaggregate zwischen 0,8 und 0,87.

4. Antrieb nach Anspruch 2, mit mindestens einem weiteren, andersartigen Arbeitsaggregat, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Arbeitsaggregat (4) durch einen Motor (2) glei­ cher Dimensionierung antreibbar ist.