DE4219278A1 - Verfahren und vorrichtung zur reduzierung des energieverbrauchs beim betrieb von spinnelementen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Reduzierung des Energieverbrauchs beim Betrieb der Spinnrotoren einer OE-Spinnmaschine oder dem Betrieb der Spindeln von Ringspinnmaschinen bzw. dem Flyer.

Als Spinnelemente sind Spinnrotoren und Spindeln zu betrachten. Der Antrieb des Spinnelementes ist so vorgesehen, daß das indi­ rekte Antriebsmittel (Riemen oder Treibscheibe) kraftschlüssig an die dem Spinnelement zugeordnete Antriebsfläche angedrückt ist. Dieser Antrieb kann dabei so gestaltet sein, daß von einem Motor aus mittels Riementrieb eine Gruppe von Spinnelementen angetrie­ ben wird, oder daß ein indirekter motorischer Einzelantrieb für jedes Spinnelement vorgesehen ist, wobei Riemen oder Treibscheibe als indirektes Antriebsmittel zum Einsatz kommen.

Es ist die Tatsache bekannt, daß infolge des Schlupfes zwischen Spinnelementen und deren indirekten Antriebsmitteln ein Energie­ verbrauch existiert, der unter Gewährleistung optimaler Produkti­ onsbedingungen energetisch nicht minimal ist. Beispielsweise lie­ gen bei Nennbetrieb der Rotoren die zulässigen Drehzahlabweichun­ gen im Toleranzbereich von etwa ± 2%, ohne daß die Erzeugnisqua­ lität leidet. Die Drehzahlabweichungen der Rotoren untereinander liegen in einem Toleranzbereich von ± 1,5%. Dabei wird deutlich, daß insbesondere bei Gruppenantrieb von Rotoren mittels Riemen und einem Antriebsmotor aufgrund der Toleranz der Drehzahlen der Rotoren untereinander der elektrische Leistungsbedarf nicht mini­ mal ist. Diese Tatsache wirkt sich gravierend auf den Gesamtver­ brauch an Energie der Spinnmaschine aus, da die Zeitdauer des Normalbetriebes im Vergleich zum Hochlauf bzw. der Stillsetzung sehr groß ist.

Die DE-OS 39 42 402 beschreibt einen Tangentialriemenantrieb für OE-Spinnmaschinen, wobei die Spinnrotoren mehrere nebeneinander­ liegender Spinnaggregate angetrieben werden. Der beschriebene Be­ tätigungsmechanismus ist nur auf das Wechselspiel Rotor, Bremse und Andrückrolle ausgerichtet. Damit wird es möglich, die An­ drückkraft während des Hochlaufs der Spinnmaschine um einen stets konstanten Wert zu erhöhen und mit Beginn des Normalbetriebes wieder zurückzunehmen. Voraussetzung ist die Einwirkung eines Wartungswagens auf den gemeinsamen Betätigungsmechanismus von Bremse und Andrückrolle. Die Hochlaufphase vollzieht sich im Se­ kundenbereich, so daß die erzielbare Energieeinsparung gering ist. Da stets die Mitwirkung des Wartungsautomaten erforderlich ist, erstreckt sich der Effekt der Energieeinsparung stets nur auf einen einzelnen Rotor der Spinnmaschine, die jedoch in der Regel mehr als 200 Rotoren hat. Der ökonomisch wirksame Effekt für die Gesamtmaschine ist unter dem Aspekt der Energieeinsparung sehr gering. Die Gesamtzeitdauer aller Anspinnvorgänge für eine Spinnmaschine pro Schicht ist wesentlich geringer als die Gesamt­ zeit der Garnproduktion pro Schicht. Deshalb ist es ein Nachteil, daß mit dieser Lösung keine Energieeinsparung für die Gesamtzeit der Garnproduktion der Spinnmaschine erzielbar ist. Für diesen entscheidenden Zeitraum ist die Lösung in keiner Weise geeignet, Energie überhaupt einzusparen.

Analoge Nachteile weist die DE-OS 34 13 764 auf. Die Kenntnis dieser beiden Lösungen reicht offensichtlich nicht aus, um eine ökonomisch spürbare Energieeinsparung für die Gesamtbetriebsdauer der Maschine pro Schicht zu erzielen.

Wie in dem Artikel "Autocoro 240 zur Herstellung feiner Rotorgar­ ne", Chemiefasern / Textilindustrie, 41./93. Jahrgang, Januar 1991, Seite 41 dargestellt, laufen die Bemühungen zur Reduzierung des Energieverbrauchs an einer Spinnmaschine gegenwärtig in sol­ che Richtungen wie beispielsweise Einsatz von Rotoren mit kleine­ ren Rotordurchmesser, Steuerung der Antriebe mit Frequenzumrich­ tern oder dem Einsatz neuer Twin-disk-Lagerung des Rotors. In den beschriebenen Lösungen sind keine Möglichkeiten aufgezeigt, wie mittels der üblichen Anpreßrolle Einfluß auf die Minimierung des elektrischen Energiebedarfs während der Gesamtzeitdauer der Pro­ duktion genommen werden könnte.

Mit der Lösung nach DE-AS 15 10 840 wurde eine Verbesserung ge­ genüber der starren und drehzahlunabhängigen Anpressung erreicht. Nachteilig bei dieser Lösung aber ist, daß die Andrückkraft nur zentral, d. h. gleichzeitig und gleichförmig bei allen Anpreßrol­ len geändert wird. Die beispielsweise zwischen Spinnelementen in der Drehzahl existierende Toleranz (± 1,5%) kann nicht zufrie­ denstellend für eine Energieverbrauchsreduzierung berücksichtigt werden. Weiterhin ist nachteilig, daß die Andrückkraft nur zen­ tral steuerbar ist, d. h. die Reaktionen auf die Steuerung sind nicht erkennbar, was aufgrund der Toleranz für das einzelne Spinnelement Energieverluste zur Folge hat. Bisher hat die exi­ stierende Toleranz verhindert, den Energieverbrauch während des Spinnbetriebes weiter senken zu können.

Es ist die Tatsache bekannt, daß auch weiterhin infolge des Schlupfes zwischen Spinnelementen und deren indirekten Antriebs­ mittel ein Energieverbrauch existiert, der unter Gewährleistung optimaler Produktionsbedingungen energetisch nicht minimal ist.

Bei Drei-Schicht-Betrieb einer Spinnmaschine kann abgeschätzt werden, daß bei Vermeidung von Energieverlusten infolge unkon­ trollierten Schlupfes zwischen Rotor und indirektem Antriebsmit­ tel eine zu beachtende Größenordnung der Einsparung des bisheri­ gen Energieverbrauchs von bis zu einem Viertel des bisherigen Verbrauchs für den Rotorantrieb machbar wäre. Dieser Sachverhalt ist insbesondere deshalb gravierend, da die Zeitdauer des Normal­ betriebes im Vergleich zu Betriebszuständen wie dem Hochlauf oder das Stillsetzen sehr groß ist und somit den entscheidenden Ein­ fluß auf Einsparpotential an Energie ausübt.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Energieverbrauch bei der Be­ triebsweise von Spinnelementen beständig minimal zu halten. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Anpreßkraft zwischen Spinnelement und indirektem Antriebsmittel in Abhängigkeit der momentanen Drehzahldifferenz von indirektem Antriebsmittel und Spinnelement im stationären Betrieb bei Nenndrehzahl oder bei Drehzahländerung geregelt wird, d. h. der Schlupf zwischen Spinn­ element und indirektem Antriebsmittel bei Betrieb oder bei tech­ nologisch bedingter Drehzahländerung (z. B. Anspinnen) konstant bleibt. Die Anpreßkraft wird individuell für jedes Spinnelement zeitlich geregelt und somit optimiert.

Erfindungsgemäß werden während des Betriebes oder während des Drehzahlwechsels bei jedem einzelnen Spinnelement die Drehzahl des indirekten Antriebsmittels und die des jeweiligen Spinnele­ mentes erfaßt, zu einer Drehzahldifferenz weiterverarbeitet und einer individuellen Regelung des Spinnelementes zugeführt, um die Anpreßkraft des Anpreßmittels zu regeln.

Es wird der optimale Wert der Drehzahldifferenz aus indirektem Antriebsmittel und Spinnelement als Führungsgröße für den Regel­ kreis eingesetzt. Dieser optimale Wert der Drehzahldifferenz wird für jedes einzelne Spinnelement empirisch ermittelt und als Soll­ wert bereitgestellt. Der Istwert der Drehzahldifferenz zwischen indirektem Antriebsmittel und Spinnelement wird fortlaufend er­ faßt und ständig mit dem vorgegebenen optimalen Wert der Dreh­ zahldifferenz aus Antriebsmittel und Spinnelement verglichen.

Bei einer Abweichung vom optimalen Wert der Drehzahldifferenz wird entsprechend der Regelintensität über den Verstärker die An­ preßkraft des Anpreßmittels gegenüber dem indirekten Antriebsmit­ tel oder dem Spinnelement definiert stärker oder schwächer einge­ stellt. Das Ergebnis ist eine auf konstanten Schlupf ausgelegte stetige und damit optimale Anpreßkraft. Dieser Vorgang ist stetig während des gesamten Betriebes des Spinnelementes.

Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil besteht insbesondere dar­ in, daß bei Betrieb der Spinnmaschine eine Energieeinsparung von bis zu 25% gegenüber dem bisher üblichen Bedarf für einen Spinn­ elementeantrieb als ökonomisch meßbarer Vorteil nachzuweisen ist. Weiterhin macht sich keine differenzierte Handhabung des Verfah­ rens zwischen Normalbetrieb und Anspinnbetrieb erforderlich, denn in jedem der unterschiedlichen Betriebsweisen wird der energie­ verbrauchsminimale Betrieb erreicht. Der Hauptanteil der Energie­ einsparung resultiert jedoch aus dem Spinnbetrieb selbst.

Ein weiterer Vorteil ist, daß die Funktion der Erfindung unabhän­ gig ist von den von Spinnelement zu Spinnelement bestehenden Schlupfunterschieden infolge von Fertigungstoleranzen und Reib­ werten oder Einflüssen wie Netzspannungsschwankungen.

Kennzeichnend als Beispiel für eine bisherige, nach dem Stand der Technik bekannte Lösung ist Fig. 1. Dabei zeigt

Fig. 1 Statische Anpressung des Rotorschafts auf die Treibscheibe, wobei ein indirekter Einzelantrieb des Rotors nach dem Stand der Technik dargestellt ist. Verwendung findet eine bekannte Twin- disk-Lagerung. Bekannterweise wird der Antrieb elektromotorisch mit der Baueinheit Wechselrichter 1 und Elektromotor 2 gebildet. Mit der Motorwelle ist die Treibscheibe 3 starr verbunden. Im Keilspalt, gebildet aus Treibscheibe 3 und einem Paar Stützschei­ ben 5, ist aufliegend der Rotorschaft 4 mit Rotor gelagert. Die Stützscheiben 5 sind mit einer Federpressung 6 ausgerüstet. Diese Federpressung 6 gemäß Fig. 1 wird permanent mit einer konstanten Federkraft ausgeführt, so daß mittels Stützscheiben 5 der Rotor­ schaft 4 permanent und mit konstanter Kraft an die Treibscheibe 3 gepreßt wird. Der Drehzahlsensor 8 registriert die momentane Drehzahl für die Treibscheibe 3 und liefert seine Drehzahlwerte n einen Soll-Ist-Vergleich SW, d. h. der Drehzahlistwert wird mit einem Drehzahlsollwert verglichen. Der Regler 7 arbeitet auf der Grundlage der ermittelten Regeldifferenz. Der Regler 7 steht mit dem Wechselrichter 1 in Verbindung. Mit dem Wechselrichter 1 wird die Drehzahl des Motors 2 entsprechend der Größe der Regeldiffe­ renz verändert.

Der dargestellte Regelkreis dient somit der Drehzahlregelung des Antriebes. Die Federpressung 6 ist statisch und in keiner Verbin­ dung zu dem Regelkreis.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand nachfolgender Figuren beschrieben.

Dabei zeigt

Fig. 2 Blockschaltbild zur Regelung der Anpreßkraft zwischen Rotorschaft und Treibscheibe

Fig. 3 elektro-mechanisches Stellglied für Andrückrolle beim Gruppenantrieb der Rotoren mit Tangen­ tialriemen.

Ausgangspunkt bei Fig. 2 ist ein indirekter Einzelantrieb eines Rotors unter Verwendung einer Twin-disk-Lagerung. Zum bestehenden Regelkreis wird ein zweiter Regelkreis eingeführt. Regelgröße im zweiten Kreis ist eine Drehzahldifferenz. Zu diesem Zweck stehen die Drehzahlsensoren 8 und 9 über einen Differenzbildner D und einem Soll-Ist-Vergleicher SWD einem Regler 10 in Verbindung. Verfahrensgemäß ist ein empirisch als optimal ermittelter Wert der Drehzahldifferenz aus Drehzahl der Treibscheibe 3 und Rotor­ schaft 4 als Sollwert der Drehzahldifferenz SWD vorgegeben. Jeder der Drehzahlsensoren 8 und 9 meldet permanent die aktuelle Dreh­ zahl von Treibscheibe 3 und Rotorschaft 4. Der Differenzbildner D bildet die Differenz zwischen der Drehzahl der Treibscheibe 3 und der des Rotorschafts 4. Dieser Differenzwert ist ein Istwert, der verglichen wird mit dem Sollwert der Drehzahldifferenz SWD. Bei einer positiven oder negativen Abweichung (Regeldifferenz) von der Drehzahldifferenz SWD wird über den Regler 10 der Verstärker 11 so aktiviert, daß über das Stellglied 12 die Anpreßkraft ent­ sprechend erhöht oder reduziert wird. Durch diese permanente Re­ gelung ist auch dynamisch eine optimale Betriebsweise gewährlei­ stet. Das Stellglied kann als Anpreßmittel ein Hydraulik- oder Pneumatikventil mit Arbeitskolben oder ein elektrischer Hubmagnet sein, wobei diese Baugruppe über die Stützscheiben 5 die defi­ nierte Anpreßkraft auf den Rotorschaft 4 ausübt, so daß dieser stetig und mit definierter Kraft gegen die Treibscheibe 3 gepreßt wird.

Es ist auch ein Ausführungsbeispiel (Fig. 3) für eine OE-Spinnma­ schine realisierbar, welche mit einem Tangentialriemen 13 mehrere nebeneinander angeordnete Spinnelemente zugleich antreibt. In Fig. 3 ist schematisch und auszugsweise dargestellt der Rotoran­ trieb von beispielsweise Spinnbox A und Spinnbox B. Nicht darge­ stellt ist der Anschluß an die jeweiligen Regelkreise. Den ein­ zelnen Andrückrollen 14 werden einzelne Stellglieder, die aus Ma­ gnetspule 17 und beweglichen Eisenkern 16 bestehen, zugeordnet. Die Andrückrolle 14 ist üblicherweise an einem Ende eines schwenkbaren Hebels 15 drehbar gelagert. Im gegenüberliegenden Arm des Hebels ist über ein Gelenk eine Stange mit einem Eisen­ kern 16 angeordnet. Der Eisenkern ist im Inneren einer Magnetspu­ le 17 gelagert. Ist die Anpreßkraft zu erhöhen, wird der Eisen­ kern 16 mit definierter Kraft ins Spuleninnere gezogen, so daß die Andrückrolle 14 aufgrund bekannter Hebelverhältnisse mit ge­ nau definierter Kraft auf den Tangentialriemen 13 preßt. Ist die­ se Anpreßkraft gezielt zu verringern, so wird durch eine vom Reg­ ler veranlaßte Magnetfeldänderung der Eisenkern 16 aus dem Spu­ leninneren definiert hinausgedrückt. Entsprechend dem erfindungs­ gemäßen Verfahren werden Istwerte der Tangentialriemendrehzahl und der Rotordrehzahl erfaßt und zu einer Drehzahldifferenz ver­ arbeitet, so daß jede Spinnstelle individuell vom eigenen Regel­ kreis aus so geregelt werden kann (wie unter Fig. 2 beschrie­ ben), daß stets ein Minimum des Energieverbrauchs erreicht werden kann. Der Vorteil besteht weiterhin in einer Reduzierung mechani­ schen Aufwandes.

Claims (9)

1. Verfahren zur Reduzierung des Energieverbrauchs beim Betrieb von Spinnelementen, bei dem die Antriebsleistung durch ein indirektes Antriebsmittel an ein einzelnes oder mehrere Spinnelemente übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückkraft zwischen jedem Spinnelement und dem indirek­ ten Antriebsmittel in Abhängigkeit der momentanen Differenz der Drehzahlen von Spinnelement und indirektem Antriebsmittel im stationären Betrieb mit Nenndrehzahlen oder bei Drehzahl­ änderung geregelt wird, so daß der Schlupf zwischen indirek­ tem Antriebsmittel und Spinnelement zeitlich konstant bleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des stationären Betriebes bei Nenndrehzahl oder bei Drehzahl­ wechsel des Spinnelementes ein Istwert der Drehzahldifferenz aus Drehzahl des indirekten Antriebsmittels und Drehzahl des Spinnelementes gebildet wird und in einem Regler mit einem Sollwert der Drehzahldifferenz verglichen wird, so daß infol­ ge der Stellgröße der Regeleinrichtung das Anpreßmittel in Abhängigkeit der Abweichung vom Sollwert der Drehzahldiffe­ renz an das indirekte Antriebsmittel oder das Spinnelement mit definierter Kraft angepreßt wird.

3. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 bis 2, da­ durch gekennzeichnet, daß bei einer positiven oder negativen Abweichung vom Sollwert der Drehzahldifferenz die Anpreßkraft definiert stärker oder schwächer wird.

4. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 bis 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Regelgröße eine Drehzahldiffe­ renz ist.

5. Vorrichtung zur Reduzierung des Energieverbrauchs beim Be­ trieb von Spinnelementen, wobei ein Antriebsmotor mit einem indirekten Antriebsmittel gekoppelt ist und dieses indirekte Antriebsmittel kraftschlüssig mit dem Spinnelement oder einer Vielzahl von Spinnelementen in Verbindung steht, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das einzelne Anpreßmittel mit einer Regel­ einrichtung in Verbindung steht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Anpreßmittel mit einer Twin-disk-Lagerung in Verbindung steht, so daß die Andrückkraft auf die Stützscheiben der Twin-disk-Lagerung wirken kann.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Anpreßmittel auf je eine Andrückrolle eines Tangential­ riemenantriebes für Spinnelemente wirkt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Anpreßmittel ein Pneumatik- oder Hydraulikventil mit Arbeitskolben ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Anpreßmittel ein elektrischer Hubmagnet ist.