EP2147138B1 - Streckwerkstrasse bzw.streckwerk und verfahren zu dessen betrieb - Google Patents

Streckwerkstrasse bzw.streckwerk und verfahren zu dessen betrieb Download PDF

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EP2147138B1
EP2147138B1 EP08734486.7A EP08734486A EP2147138B1 EP 2147138 B1 EP2147138 B1 EP 2147138B1 EP 08734486 A EP08734486 A EP 08734486A EP 2147138 B1 EP2147138 B1 EP 2147138B1
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EP
European Patent Office
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speed
torque
godets
motors
motor
Prior art date
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Active
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EP08734486.7A
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English (en)
French (fr)
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EP2147138A1 (de
Inventor
Rolf Schröder
Michael Breidert
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Truetzschler Nonwovens GmbH
Original Assignee
Truetzschler Nonwovens GmbH
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Publication date
Application filed by Truetzschler Nonwovens GmbH filed Critical Truetzschler Nonwovens GmbH
Priority to PL08734486T priority Critical patent/PL2147138T3/pl
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01G—PRELIMINARY TREATMENT OF FIBRES, e.g. FOR SPINNING
    • D01G1/00—Severing continuous filaments or long fibres, e.g. stapling
    • D01G1/06—Converting tows to slivers or yarns, e.g. in direct spinning
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01G—PRELIMINARY TREATMENT OF FIBRES, e.g. FOR SPINNING
    • D01G1/00—Severing continuous filaments or long fibres, e.g. stapling
    • D01G1/06—Converting tows to slivers or yarns, e.g. in direct spinning
    • D01G1/08—Converting tows to slivers or yarns, e.g. in direct spinning by stretching or abrading
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01H—SPINNING OR TWISTING
    • D01H5/00—Drafting machines or arrangements ; Threading of roving into drafting machine
    • D01H5/18—Drafting machines or arrangements without fallers or like pinned bars
    • D01H5/22—Drafting machines or arrangements without fallers or like pinned bars in which fibres are controlled by rollers only
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01H—SPINNING OR TWISTING
    • D01H5/00—Drafting machines or arrangements ; Threading of roving into drafting machine
    • D01H5/18—Drafting machines or arrangements without fallers or like pinned bars
    • D01H5/30—Drafting machines or arrangements without fallers or like pinned bars incorporating arrangements for severing continuous filaments, e.g. in direct spinning
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02J—FINISHING OR DRESSING OF FILAMENTS, YARNS, THREADS, CORDS, ROPES OR THE LIKE
    • D02J1/00—Modifying the structure or properties resulting from a particular structure; Modifying, retaining, or restoring the physical form or cross-sectional shape, e.g. by use of dies or squeeze rollers
    • D02J1/22—Stretching or tensioning, shrinking or relaxing, e.g. by use of overfeed and underfeed apparatus, or preventing stretch
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02J—FINISHING OR DRESSING OF FILAMENTS, YARNS, THREADS, CORDS, ROPES OR THE LIKE
    • D02J13/00—Heating or cooling the yarn, thread, cord, rope, or the like, not specific to any one of the processes provided for in this subclass
    • D02J13/005—Heating or cooling the yarn, thread, cord, rope, or the like, not specific to any one of the processes provided for in this subclass by contact with at least one rotating roll

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for operating a drafting line or a drafting system according to the preamble of the method or the device claim.
  • the EP 1 522 613 A describes a device for producing synthetic fiber staple yarn.
  • the stretching machine positions have individually drivable rollers. Each of these rollers is coupled to a drive motor driven by a converter.
  • the spinning machine after EP 0 392 194 A shows rollers of a drafting system, which is driven individually. To detect the position of the rollers they are coupled with angle and speed sensors. The movement of the rollers is done depending on the angular position and the speed.
  • the invention has the object to improve a method and an apparatus for driving a drafting system according to the preamble of the method or device claim and to expand the application possibilities.
  • the drive of each draw roll takes place via a separate drive device, which can be controlled via an actuator to a respectively required torque for driving the corresponding draw roll.
  • a separate drive device which can be controlled via an actuator to a respectively required torque for driving the corresponding draw roll.
  • the cumulative speed ratio between the first inlet and the last outlet stretch roller is between 1: 3 and 1: 4.
  • the drive of the individual drafting rollers or godets not centrally via a drive device, but each godet is driven individually, the drafting can be operated differentiated. It is also advantageous that the drives within a drafting system are approximately equal and the load distribution can be made uniform. By the individual drive, the slip can be significantly reduced.
  • the motors are designed as asynchronous drives and the control / regulating device comprises a frequency converter (inverter, frequency converter) together with the motor coupled speed sensor via the frequency converter, the setting of the required speed and thus also on the torque to each one Galette.
  • the frequency converter With the help of the frequency converter, the required optimum speed can be set for each individual motor.
  • field-oriented converters are used. These consist of a speed controller based on a lower-level current controller.
  • the mower characteristic values are stored or possibly even automatically determined and adapted. This has the advantage that there does not have to be separate RPM measurement and feedback to control RPM and torque.
  • the recirculated variable used for regulation is rather exclusively the instantaneous current. On the basis of its size and phase position to the voltage all required engine conditions (speed, slip, torque and even the thermal power loss) can be determined.
  • a disturbance occurs, for. As a demolition of the cable during the stretching, so this is also detected as a disturbance variable via a speed sensor and / or with the help of the frequency converter, generates an error message and the system can switch off automatically.
  • the speed and / or the torque of each of the motors is detected and compared with predetermined values, which can only result in an accident (sudden increase in speed). These values are determined and stored.
  • the corresponding motors can be optimally dimensioned, the engine power fully deployed and thus the costs reduced. Furthermore, the field of application of such a system expands, and the frequency of disturbances is also avoided.
  • the frequency converter associated with the motor compares the actual torque with the target torque, and then adjusts the drive speed of the corresponding motor.
  • an optimal drive setting of all the motors or the setting of the desired drive torque of each motor is carried out automatically by means of a stepwise approach or iteration to a desired torque curve or desired torque curve.
  • FIG. 1 shows the principle of the construction of a drafting mill 1 known per se with drafting rollers or godets 2, which are arranged in two drafting units 1.1, 1.2. In the two drafting units 1.1 and 1.2 each seven godets 2 are arranged.
  • the godets 2 of the drafting systems 1.1, 1.2 via a central drive device or via an associated engine 3.1, 3.2 and a symbolically represented gear in the respective frame 4.1, 4.2 driven.
  • Fig. 3 the drafting line 1 according to the invention with a total of fourteen godets 2 is shown.
  • the drafting line 1 according to this embodiment consists of a first drafting system 1.1 and a second drafting system 1.2.
  • Fig. 3 are individual motors 31.1, 31.2, ... 32.14 in the drafting systems 1.1, 1.2 each received in a holder 5.1, 5.2, which also rotatably support the godets 2.
  • the brackets 5.1, 5.2 are shown only schematically.
  • FIG. 3 On the piece sheet with FIG. 3 is like the figure sheet with FIG. 2 in each case the overall arrangement of the drafting line 1 as FIG. 1 represented, so that the assignment of the drives 31.1, 31.2, ... 32.14 to the fourteen godets of the two drafting systems 1.1, 1.2 can be seen.
  • Each motor 31.1, 31.2 ... 32.14 which is preferably designed as a water-cooled motor, is used for direct drive of a single Galette 2.
  • a joint, a propeller shaft or a self-aligning bearing is provided between the drive shaft of the motor 3 and the drive shaft of the godet 2, whereby lateral offset or caused by bending moments effects are compensated.
  • the solid line shows a higher, the dashed line a lower draw ratio.
  • FIGS. 5 and 6 The course of the force exerted by the cable 6 on the godets 2 torques M (starting from a mean torque) is shown in the diagrams of FIGS. 5 and 6 played.
  • the bars shown in solid lines according to Fig. 5 correspond to a higher and the dashed lines in Fig. 6 a lower stretch ratio - see the in FIG. 4 in solid or dashed lines speeds.
  • Fig. 4 illustrates that the first drafting device 1.1 is driven slower than the second drafting system 1.2, so that the in Fig.1 schematically shown cable 6 are stretched.
  • the torque absorption of the second drafting system 1.2 in the total is higher than the torque absorption of the first drafting system 1.1.
  • the difference in the torques of the first and second drafting systems 1.1 and 1.2 represents the friction heat or the stretching force required to stretch the cable or the filaments 6.
  • the stretching of the molecules of a filament requires a certain stretching force. By stretching the molecule of a filament, a certain friction between the individual molecules is generated, so that the filaments or the cable can heat up to about 100 ° C.
  • FIG. 5 shows the distribution of the torques M of a total of fourteen godets 2 in the two drafting units 1.1, 1.2 (see. Fig. 4 - solid line).
  • FIG. 6 gives the torque distribution at a smaller draft ( Fig. 4 - dashed line).
  • the maximum and minimum torque values are marked M 1max, M 2max, M 2min etc.
  • the last drive roller of the last godet 2 of the first drafting system 1.1 and the first drive roller of the first godet 2 of the second drafting system 1.2 is wrapped by the cable 6 only 90 °, so that there is no full torque transmission at this point. This also implies that at this point an increased slip occurs. Since the cable 6 can slip over the surface of the godet 2 at these points, this godet wears more heavily and does not transmit the full torque.
  • the tensile forces on the last godet 2 of the first drafting system 1.1 and on the first godet 2 of the second drafting system 1.2 are therefore usually slightly lower than at the adjacent godets 2, therefore usually slightly lower than at the adjacent godets 2.
  • it is advantageous that Producing a better stiction the surface of these godets is chromed or has a ceramic layer.
  • the drives are designed individually for each maximum demand of the associated godets 2 by the drive speeds are individually graded and thus for each godet 2 a predeterminable or ideal drive torque is provided.
  • M d is the average torque
  • M is the torque of a motor
  • N is the number of drives for driving a single godet 2.
  • the individual motors 31.1-32.14 are designed for the respective maximum torque of a godet 2. With the aid of a frequency converter, the necessary speeds V 1 and V 2 can be monitored and adjusted in order to achieve the desired extension of the cable 6. For this purpose, a torque control is used to drive all the motors 31.1-32.14.
  • the previously determined M d is the target torque for the drive of all motors, compare this FIGS. 7 and 8 ,
  • V 1 is the initial velocity corresponding to the desired extension of the cable 6 to the following values Fig. 7 is gradually raised to achieve the desired extension. If the actual torque deviates from the setpoint torque, the current speed is iteratively adjusted to the setpoint speed using the control.
  • Fig. 7 As can be seen, the cable 6 can be forgiven slightly at the beginning because it can still be stretched very much. The more the cable 6 has been stretched, the higher the torque required to drive the corresponding motor 3, since the stretching forces increase as the elongation increases. The speed gradations are much larger in the godets one to seven than the speed gradations in the following godets.
  • the torques of the godets 2 are scanned several times per unit time, in order to adjust the drive speed for the individual godets 2 in this way.
  • the signal sampled by the control represents the control variable for determining the required drive speed and thus for determining the required torque of the godets 2.
  • the drive system is continuously optimally adjusted to the required conditions after a short break-in period. As a result, only as much drive energy is provided as is necessary to drive each individual motor 3. Oversizing the drive device can by the control or regulation according to the invention with the aid of the control cam according to Fig. 7 be avoided.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb einer Streckwerkstraße bzw. eines Streckwerks gemäß dem Oberbegriff des Verfahrens bzw. des Vorrichtungsanspruches.
  • Es ist bereits eine Vorrichtung zum Verstrecken von Kabeln aus hochpolymeren, synthetischen Fäden in Streckwerken mit Einlauf- und Streckwerken unter Aufteilung der Kabelmasse in mehrere Einzelstränge bekannt ( DE 21 48 619 ).
  • Die EP 1 522 613 A beschreibt eine Einrichtung zur Herstellung von Kunstfaser-Stapelgarn. Die die Verstreckung vornehmenden Maschinenpositionen weisen einzeln antreibbare Walzen auf. Jede dieser Walzen ist mit einem von einem Umrichter gespeisten Antriebsmotor gekoppelt.
  • Die Spinnmaschine nach EP 0 392 194 A zeigt Walzen eines Streckwerkes, welche einzeln angetrieben werde. Zur Erfassung der Position der Walzen sind diese mit Winkel- und Drehzahlgebern gekoppelt. Die Bewegung der Walzen wird in Abhängigkeit der Winkelposition und der Drehzahl vorgenommen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Antrieb eines Streckwerkes gemäß dem Oberbegriff des Verfahrens- bzw. Vorrichtungsanspruches zu verbessern und die Einsatzmöglichkeiten zu erweitern.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Verfahrens- bzw. Vorrichtungsanspruches gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Antrieb jeder Streckwalze über eine separate Antriebsvorrichtung erfolgt, welche über ein Stellglied auf ein jeweils notwendiges Drehmoment zum Antrieb der entsprechenden Streckwalze steuerbar ist. Hierdurch kann durch unterschiedliche Geschwindigkeiten (Drehzahlen) zwischen zwei Streckwalzen eine gewünschte Streckung der um die Streckwalzen laufenden Kabel bzw. Fäden erreicht werden. Das kumulierte Drehzahlverhältnis zwischen der ersten Einlauf- und der letzten Auslaufstreckwalze beträgt zwischen 1:3 und 1:4. Da der Antrieb der einzelnen Streckwalzen bzw. Galetten nicht zentral über eine Antriebsvorrichtung erfolgt, sondern jede Galette individuell angetrieben wird, kann das Streckwerk differenzierter betrieben werden. Vorteilhaft ist auch, dass die Antriebe innerhalb eines Streckwerks annähernd gleich sind und die Lastverteilung gleichmäßig vorgenommen werden kann. Durch den individuellen Antrieb kann der Schlupf wesentlich herabgesetzt werden.
  • Hierzu ist es vorteilhaft, dass das erforderliche Drehmoment der Antriebsvorrichtung bzw. die Antriebe der einzelnen Galetten mit Hilfe einer Steuer- / Regelungsvorrichtung erfolgt.
  • Es ist auch vorteilhaft, dass die Motore als Asynchronantriebe ausgebildet sind und die Steuer- / Regelungsvorrichtung einen Frequenzumwandler (Umrichter, Frequenzumrichter) nebst mit dem Motor gekoppeltem Drehzahlgeber aufweist Über den Frequenzumwandler erfolgt die Einstellung der erforderlichen Drehzahl und somit auch auf des Drehmomentes an jeweils einer Galette. Mit Hilfe des Frequenzumwandlers kann für jeden einzelnen Motor die erforderliche optimale Drehzahl eingestellt werden. Bei höheren Regelungsanforderungen finden feldorientierte Umrichter Verwendung. Diese bestehen aus einem Drehzahlregler auf Basis eines unterlagerten Stromreglers. In einem elektronisch in Umrichter abgelegten Motorenmodell werden die Mötorkennwerte gespeichert oder ggf. sogar selbsttätig ermittelt und adaptiert. Das hat den Vorteil, dass es keine separate Drehzahlmessung und -rückführung geben muss, um Drehzahl und Moment zu regeln. Die rückgeführte, zur Regelung genutzte Größe ist vielmehr ausschließlich derMomentanstrom. Anhand dessen Größe und Phasenlage zur Spannung können alle erforderlichen Motorzustände (Drehzahl, Schlupf, Drehmoment und sogar die thermische Verlustleistung) ermittelt werden.
  • Tritt eine Störgröße auf, z. B. ein Abriss des Kabels bei der Streckung, so wird dies ebenfalls als Störgröße über einen Drehzahlgeber und/oder mit Hilfe des Frequenzumwandlers erfasst, eine Fehlermeldung generiert und die Anlage kann sofort selbsttätig abschalten. Hierzu wird die Drehzahl und/oder das Drehmoment jedes der Motore erfasst und mit vorgegebenen Werten verglichen, welche sich ausschließlich in einem Störfall ergeben können (plötzlicher Drehzahlanstieg). Diese Werte werden ermittelt und gespeichert. Durch die gezielte Einstellung der Drehzahlen können die entsprechenden Motore optimal dimensioniert, die Motorleistung voll zum Einsatz gebracht und somit die Kosten verringert werden. Ferner erweitert sich der Einsatzbereich einer derartigen Anlage, auch wird die Häufigkeit von Störungen vermieden.
  • Ferner ist es verteilhaft, dass der dem Motor zugeordnete Frequenzumwandler das Ist-Moment mit dem Soll-Moment vergleicht und danach eine Anpassung der Antriebsgeschwindigkeit des entsprechenden Motors vornimmt.
  • Vorteilhaft ist, dass zur Erzeugung einer besseren Haftreibung die Oberfläche dieser Galetten verchromt sind oder eine Keramikschicht aufweisen.
  • Folgendes Verfahren ist von besonderem Vorteil:
    1. a) die erste Galette wird mit einer vorher festgelegten Geschwindigkeit angetrieben, die sich nicht durch die Steuerung bzw. Regelung verändert, ferner wird die Geschwindigkeit der letzten Galette und damit das Verstreckungsverhältnis festgelegt,
    2. b) die Anlage wird gemäß der punktierten Linie (Fig. 7) mit einer frei wählbaren Startverstreckung gestartet, wobei die Geschwindigkeitssteigerung linear oder frei wählbar über die einzelnen Galetten verteilt ist,
    3. c) das Kabel wird auf die Galetten gelegt und die Drehmomentoptimierung gestartet,
    4. d) der Antrieb der einzelnen Galetten wird fortlaufend mit Hilfe eines Frequenzumrichters überwacht und das Ist-Drehmoment mit dem errechneten mittleren Solldrehmoment verglichen, danach wird die entsprechende Geschwindigkeit geregelt, während die Anlage auf die Endgeschwindigkeit hochgefahren wird,
    5. e) die Geschwindigkeiten werden in einer Sollkurve abgelegt und können beim nächsten Startvorgang zur Beschleunigung des Anfahrvorgangs benutzt werden.
  • Ferner ist es vorteilhaft, dass eine optimale Antriebseinstellung aller Motore bzw. die Einstellung des gewünschten Antriebsmoments eines jeden Motors automatisch mit Hilfe einer Schrittweisen Annäherung bzw. Iteration an eine Soll-Drehmoment-Kurve bzw. Soll-Drehmomentverlauf erfolgt.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung einer Streckstraße mit zwei Streckwerken,
    Fig. 2
    eine Draufsicht der Streckstraße mit zwei Streckwerken mit je einem Sammelantrieb,
    Fig. 3
    eine schematische Darstellung einer Anordnung einzelner Motore zum individuellen und direkten Antrieb der Galetten eines Streckwerkes in Draufsicht,
    Fig. 4
    ein Diagramm der Prozessgeschwindigkeit der Galetten einer Streckstraße mit zwei Streckwerken gemäß Fig. 2,
    Fig. 5
    ein Diagramm der Drehmomentaufnahme der einzelnen Galetten der Streckstraße gemäß Fig. 2,
    Fig. 6
    ein Diagramm der Drehmomentaufnähme der einzelnen Galetten einer Streckstraße mit zwei Streckwerken, gemäß Fig. 2 mit einem zweiten Geschwindigkeits- bzw. Verstreckungsprofil,
    Fig. 7
    ein Diagramm mit dem sich bei angeglichenem Drehmoment steigernden Geschwindigkeitsverlauf einer Galettenanordnung gemäß Fig. 3,
    Fig. 8
    ein Diagramm der Drehmomente der einzelnen Galetten gemäß Fig. 3 bei eingeregelter Maschine.
  • In Fig. 1 zeigt das Prinzip des Aufbaus einer an sich bekannten Streckwerkstraße 1 mit Streckwalzen bzw. Galetten 2, welche in zwei Streckwerken 1.1, 1.2 angeordnet sind. In den beiden Streckwerken 1.1 und 1.2 sind jeweils sieben Galetten 2 angeordnet. Wie in Figur 2 dargestellt, werden bei einer Streckwerkstraße 1 nach dem Stand der Technik die Galetten 2 der Streckwerke 1.1, 1.2 über eine zentrale Antriebsvorrichtung bzw. über je einen zugeordneten Motor 3.1, 3.2 und ein symbolhaft dargestelltes Getriebe im jeweiligen Gestell 4.1, 4.2 angetrieben.
  • In Fig. 3 ist die erfindungsgemäße Streckwerkstraße 1 mit insgesamt vierzehn Galetten 2 dargestellt. Die Streckwerkstraße 1 besteht nach diesem Ausführungsbeispiel aus einem ersten Streckwerk 1.1 und einem zweiten Streckwerk 1.2.
  • Gemäß Fig. 3 sind einzelne Motore 31.1, 31.2, ... 32.14 in den Streckwerken 1.1, 1.2 in je einer Halterung 5.1, 5.2 aufgenommen, die auch die Galetten 2 drehbar lagern. Die Halterungen 5.1, 5.2 sind lediglich schematisch dargestellt. Auf dem Figurenblatt mit Figur 3 ist wie bei dem Figurenblatt mit Figur 2 jeweils die Gesamtanordnung der Streckwerkstraße 1 als Figur 1 dargestellt, so dass sich die Zuordnung der Antriebe 31.1, 31.2, ... 32.14 zu den insgesamt vierzehn Galetten der beiden Streckwerke 1.1, 1.2 erkennen lässt.
  • Jeder Motor 31.1, 31.2 ... 32.14, der vorzugsweise als wassergekühlter Motor ausgebildet ist, dient zum direkten Antrieb einer einzelnen Galette 2. Zwischen der Antriebswelle des Motors 3 und der Antriebswelle der Galette 2 ist ein Gelenk, eine Gelenkwelle bzw. ein Pendellager vorgesehen, wodurch seitlicher Versatz bzw. durch Biegemomente bedingte Effekte ausgleichbar sind.
  • Fig. 4 zeigt ein Geschwindigkeitsdiagramm mit zwei unterschiedlichen Geschwindigkeiten V eines über jeweils einen Motor 3.1 und 3.2 angetriebenen ersten und zweiten Streckwerks 1.1 und 1.2, wobei V1 die Geschwindigkeit (Umfangsgeschwindigkeit = Drehzahl der Galette x Radius Galettenoberfläche; die Umfangsgeschwindigkeit entspricht der Geschwindigkeit des Kabels 6; des weiteren wird in dieser Beschreibung immer von der Geschwindigkeit gesprochen, wobei sich der Wert für die Drehzahl der Galetten aus der genannten Beziehung ergibt) der Galetten 2 des ersten Streckwerks 1.1 und V2 die Geschwindigkeit der Galetten 2 des zweiten Streckwerks 1.2 wiedergibt (siehe hierzu die Figur 1 und Figur 2). Die durchgezogene Linie zeigt ein höheres, die gestrichelte Linie ein niedrigeres Streckverhältnis. Der Verlauf der durch das Kabel 6 auf die Galetten 2 ausgeübte Drehmomente M (ausgehend von einem mittleren Drehmoment) ist in den Diagrammen der Fig. 5 und 6 wiedergegeben. Die in ausgezogenen Linien dargestellten Balken gemäß Fig. 5 entsprechen einem höheren und die in gestrichelten Linien dargestellten Balken in Fig. 6 einem niedrigeren Streckverhältnis - siehe hierzu die in Figur 4 in durchgezogener bzw. gestrichelter Linie dargestellten Geschwindigkeiten.
  • Fig. 4 veranschaulicht, dass das erste Streckwerk 1.1 langsamer angetrieben wird als das zweite Streckwerk 1.2, so dass die in Fig.1 schematisch dargestellten Kabel 6 gestreckt werden. Hierdurch ist die Drehmomentaufnahme des zweiten Streckwerks 1.2 in der Gesamtsumme höher als die Drehmomentaufnahme des ersten Streckwerks 1.1. Die Differenz der Drehmomente des ersten und zweiten Streckwerks 1.1 und 1.2 stellt die Friktionswärme bzw. die Streckkraft dar, die zur Streckung des Kabels oder der Filamente 6 erforderlich ist. Die Streckung der Moleküle eines Filaments erfordert eine bestimmte Streckkraft. Durch die Streckung des Moleküls eines Filaments wird eine gewisse Reibung zwischen den einzelnen Molekülen erzeugt, so dass sich die Filamente bzw. das Kabel bis auf ca. 100°C erwärmen können.
  • Fig. 5 zeigt die Verteilung der Drehmomente M der insgesamt vierzehn Galetten 2 in den beiden Streckwerken 1.1, 1.2 (vgl. Fig. 4 - durchgezogene Linie). Figur 6 gibt die Drehmomentverteilung bei einer kleineren Verstreckung wieder (Fig. 4 - gestrichelte Linie). Die maximalen bzw. minimalen Drehmomentwerte sind mit M1max, M2max, M2min usw. gekennzeichnet.
  • Wie in Fig. 1 angedeutet, wird die letzte Antriebswalze der letzten Galette 2 des ersten Streckwerks 1.1 und die erste Antriebswalze der ersten Galette 2 des zweiten Streckwerks 1.2 von dem Kabel 6 nur mit 90° umschlungen, so dass an dieser Stelle keine volle Drehmomentübertragung stattfindet. Dies bedingt auch, das an dieser Stelle ein erhöhter Schlupf auftritt. Da das Kabel 6 an diesen Stellen über die Oberfläche der Galette 2 rutschen kann, verschleißt diese Galette stärker und überträgt auch nicht das volle Drehmoment. Die Zugkräfte an der letzten Galette 2 des ersten Streckwerks 1.1 und an der ersten Galette 2 des zweiten Streckwerk 1.2 sind deshalb meist etwas niedriger als an den benachbarten Galetten 2 deshalb meist etwas niedriger als an den benachbarten Galetten 2. Hierzu ist es vorteilhaft, dass zur Erzeugung einer besseren Haftreibung die Oberfläche dieser Galetten verchromt ist oder eine Keramikschicht aufweist.
  • Bei Berechnung der Antriebskraft nach dem Beispiel gemäß Fig. 1 und 2 (Stand der Technik) wird die Auswahl des Antriebsmotors durch das maximale Drehmoment M2max (Fig. 5 bzw. Fig. 6) bestimmt, d. h., die Antriebsvorrichtung ist überdimensioniert. Hierdurch werden auch größere Getriebe erforderlich, so dass bekannte Anlagen gemäß Fig. 1 aufwändig und teuer sind.
  • Bei einer Antriebsvorrichtung gemäß Fig. 3 kann der Energieaufwand reduziert werden. Hier sind die Antriebe individuell für den jeweils maximalen Bedarf der zugehörigen Galetten 2 ausgelegt, indem die Antriebsgeschwindigkeiten individuell abgestuft werden und damit für jede einzelne Galette 2 ein vorbestimmbares bzw. ideales Antriebsmoment zur Verfügung gestellt wird. Hierzu muss insgesamt ein Drehmoment Md = M/N zur Verfügung gestellt werden. Md ist hierbei das mittlere Drehmoment, M das Drehmoment eines Motors und N die Anzahl der Antriebe zum Antrieb einer einzelnen Galette 2.
  • Die einzelnen Motore 31.1 - 32.14 werden für das jeweils maximale Drehmoment einer Galette 2 ausgelegt. Mit Hilfe eines Frequenzumrichters lassen sich die notwendigen Geschwindigkeiten V1 und V2 überwachen und derartig einstellen, um die gewünschte Streckung des Kabels 6 zu erzielen. Hierzu wird für den Antrieb aller Motore 31.1 - 32.14 eine Drehmomentsteuerung / Regelung eingesetzt. Das zuvor ermittelte Md ist das Solldrehmoment für den Antrieb aller Motore, vergleiche hierzu Fig. 7 und 8.
  • V1 ist die Anfangsgeschwindigkeit, die entsprechend der gewünschten Streckung des Kabels 6 auf die nachfolgenden Werte gemäß Fig. 7 allmählich hochgefahren wird, um die gewünschte Streckung zu erzielen. Weicht das Ist-Moment vom Soll-Moment ab, so wird mit Hilfe der Regelung die derzeitige Geschwindigkeit an die Soll-Geschwindigkeit iterativ angepasst.
  • Wie aus Fig. 7 hervorgeht, lässt sich das Kabel 6 am Anfang leicht verziehen, da es noch sehr stark gedehnt werden kann. Je mehr das Kabel 6 gedehnt worden ist, desto höher ist das erforderliche Drehmoment zum Antrieb des entsprechenden Motors 3, da bei Steigerung der Dehnung die Streckkräfte steigen. Die Geschwindigkeitsabstufungen sind bei den Galetten eins bis sieben wesentlich größer als die Geschwindigkeitsabstufungen bei den nachfolgenden Galetten.
  • Die Drehmomente der Galetten 2 werden pro Zeiteinheit mehrmals abgetastet, um auf diese Weise die Antriebsgeschwindigkeit für die einzelnen Galetten 2 anzupassen. Das von der Regelung abgetastete Signal stellt die Steuergröße zur Bestimmung der erforderlichen Antriebsgeschwindigkeit und damit zur Bestimmung des erforderlichen Drehmoments der Galetten 2 dar.
  • Durch die fortlaufende Drehmomentüberwachung und Anpassung des erforderlichen Drehmoments wird nach einer kurzen Einlaufzeit das Antriebssystem kontinuierlich optimal auf die erforderlichen Bedingungen eingestellt. Hierdurch wird nur so viel Antriebsenergie zur Verfügung gestellt, wie zum Antrieb jedes einzelnen Motors 3 notwendig ist. Eine Überdimensionierung der Antriebsvorrichtung kann durch die erfindungsgemäße Steuerung bzw. Regelung mit Hilfe der Steuerkurve gemäß Fig. 7 vermieden werden.
  • Der Antrieb einer Streckwerkstraße in der Optimierungsphase erfolgt nach folgenden Verfahrenschritten:
    1. a) die erste Galette 2 (Fig. 7 - N=1) wird mit einer vorher festgelegten Geschwindigkeit V1 angetrieben (die sich nicht durch die Steuerung bzw. Regelung verändert, also konstant bleibt und gemäß einem Geschwindigkeitswert gewählt wird, mit dem das bspw. von der Spinnerei kommende Kabel 6 zugeführt wird). Vorgegeben ist weiterhin die im Betrieb zu fahrende Geschwindigkeit V2 der letzten Galette (gemäß Fig. 3 - angetrieben durch Motor 32.14). Hiermit ist das Verstreckungsverhältnis festgelegt. Dieser Wert richtet sich auch danach, wie das verstreckte Kabel 6 weiter zu verarbeiten ist.
    2. b) die Anlage wird gemäß der punktierten Linie (Fig. 7) mit einer frei wählbaren Startverstreckung gestartet, wobei die Geschwindigkeitssteigerung linear (oder frei wählbar) über die einzelnen Galetten verteilt ist. Dies bedeutet, dass die der ersten Galette (Fig. 7 - ganz links, N=1) folgenden Galetten (Fig. 7 - N=2, 3, 4...) mit einer linear (oder nach einer frei wählbaren Funktion) sich steigernden Drehzahl angetrieben werden. Vorgegeben ist also eine anfängliche Geschwindigkeitsverteilung, welche in Fig. 7 mit KA gekennzeichnet ist. Die Geschwindigkeit der letzten Galette (Fig. 7 - N=14) ist dabei vorzugsweise kleiner als die vorgesehene Endgeschwindigkeit V2. In der Figur 7 ist VA der Geschwindigkeitswert der Startverstreckung, hier also VA < VE.
    3. c) das Kabel 6 wird auf die Galetten gelegt und die Drehmomentoptimierung gestartet
    4. d) die Antriebe 31.1, 31.2 ... 32.14 der einzelnen Galetten 2 werden fortlaufend mit Hilfe der Regelung überwacht und die Ist-Drehmomente mit den vorgegebenen Solldrehmomenten verglichen. Entsprechend werden die Geschwindigkeiten der einzelnen Galetten geregelt. Ausgehend von einer anfänglichen Geschwindigkeitsverteilung (Fig. 7 - Kurve KA) werden die Antriebe 31.2 ... 32.14 der Galetten hochgefahren - es ergeben sich während der einzelnen Iterationen die in der Figur 7 mit den gestrichelten Linien angedeuteten Drehzahlverteilungen oberhalb der Startkurve KA. Diese Optimierung erfolgt solange, bis die Drehmomente der einzelnen Antriebe 31.1, 31.2 ... 32.14 den vorgegebenen Soll-Werten entsprechen und der Drehzahlwert der letzten Galette (Fig. 7 - N=14) den vorgegebenen Endrehzahlwert V2, der das Verstreckungsverhältnis definiert, erreicht. Die Drehmomente der einzelnen Antriebe 31.1, 31.2 ... 32.14 werden bevorzugt so geregelt, bis sich die in Figur 8 wiedergegebene Situation ergibt, also überall das gleiche Drehmoment herrscht.
    5. e) die Geschwindigkeiten der Galetten der so erhaltenen-Endkurve KE werden gespeichert und können beim nächsten Startvorgang zur Beschleunigung des Anfahrvorgangs als Vorgabewerte benutzt werden.
  • Wie zuvor erwähnt wurde, ist es möglich, die letzte Galette (N=14) gleich mit der das Verstreckungsverhältnis definierenden Geschwindigkeit V2 (der entsprechenden Drehzahl) anzutreiben (VA = VE). Vorzugsweise wird aber ein Startwert gemäß der Beziehung VA < VE gewählt, so dass ungünstige Situationen während der Optimierungsphase in jedem Fall vermieden werden können.
  • Drehzahländerungen (V1 u/o V2) während des Betriebes der erfindungsgemäßen Streckwerkstraße werden in analoger Weise durchgeführt. Auch hier erfolgt eine Optimierung der Geschwindigkeiten der einzelnen Galetten derart, dass vorgegebene Soll-Drehmomente erreicht werden.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Streckwerkstraße
    1.1
    erstes Streckwerk
    1.2
    zweites Streckwerk
    2
    Streckwalze, Galette
    3.1
    Antriebsvorrichtung, Motor (erstes Streckwerk 1.1)
    3.2
    Antriebsvorrichtung, Motor (zweites Streckwerk 1.2)
    31.1
    Motor erste Galette Streckwerk 1.1
    32.1
    Motor erste Galette Streckwerk 1.2
    4.1
    Gestell/Getriebe
    4.2
    Gestell/Geriebe
    5.1
    Halterung/Gestell
    5.2
    Halterung/Gestell
    6
    Filament, Kabel
    7
    Zuführvorrichtung bzw. Düse der Spinnanlage
    V1
    Geschwindigkeit (Galette N=1)
    VA
    Startgeschwindigkeit (Galette N=14)
    VE
    Endgeschwindigkeit
    N=1
    erste Galette gemäß Fig. 3, 4, 7
    N=14
    letzte Galette gemäß Fig. 3, 4, 7
    KA
    Geschwindigkeitskurve beim Start - Beginn der Optimierung
    KE
    Kurvenverlauf bei Endgeschwindigkeit - Optimierung erreicht

Claims (9)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Streckwerkstraße bzw. eines Streckwerks zum Verstrecken von Kabeln aus polymeren Fäden mit Hilfe von mehreren angetriebenen Streckwalzen,
    wobei jede Streckwalze (2.1, 2.2) einzeln auf einen vorgegebenen Bewegungswert gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Ist-Moment eines jeden Motors (3.1, 3.2) erfasst, mit einem vorgegebenen Soll-Wert verglichen und entsprechend eine Ansteuerung des jeweiligen Motors (3.1, 3.2) erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass jede Streckwalze (2.1, 2.2) auf einen vorgegebenen Drehzahlwert gesteuert wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl und das Drehmoment jedes der Motore (3.1, 3.2) erfasst und mit vorgegebenen Werten verglichen und eine Überschreitung der Werte als ein Störfall gewertet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass im Störfalle ein Stillsetzen der Motoren (3.1, 3.2) erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch:
    a) eine erste Galette (2) wird mit einer vorher festgelegten Geschwindigkeit (V1) angetrieben, ferner wird die Geschwindigkeit der letzten Galette und damit das Verstreckungsverhältnis festgelegt,
    b) die Anlage wird mit einer frei wählbaren Startverstreckung gestartet, wobei die Geschwindigkeitssteigerung linear oder frei wählbar über die einzelnen Galetten verteilt ist,
    c) das Kabel (6) wird auf die Galetten gelegt und die Drehmomentoptimierung gestartet,
    d) der Antrieb der einzelnen Galetten (2) wird fortlaufend überwacht und die Ist-Drehmomente mit dem errechneten mittleren Soll-Drehmomenten verglichen, danach wird die entsprechende Geschwindigkeit geregelt, während die Anlage auf die Endgeschwindigkeit (V2) hochgefahren wird,
    e) die Geschwindigkeiten werden erfasst, in einer Sollkurve abgelegt und werden beim nächsten Startvorgang zur Beschleunigung des Anfahrvorgangs verwendet.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine optimale Antriebseinstellung aller Motore (3.1, 3.2) bzw. die Einstellung der gewünschten Antriebsmomente der Motore (3.1, 3.2) mit Hilfe einer schrittweisen Annäherung bzw. Iteration an eine Soll-Drehmoment-Kurve erfolgt.
  7. Streckwerkstraße bzw. Streckwerk zum Verstrecken von Kabeln aus polymeren Fäden mit Hilfe von mehreren antreibbaren Streckwalzen, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei jeder Streckwalze (2.1, 2.2) eine separat steuerbare Antriebsvorrichtung (3.1, 3.2) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass alle Antriebsvorrichtungen, die als Motoren ausgebildet sind, mittels einer Drehmomentensteuerung steuerbar sind, wobei das Ist-Moment eines Motors erfasst, mit einem vorgegebenen Soll-Wert verglichen und entsprechend eine Ansteuerung des Motors erfolgt.
  8. Streckwerkstraße bzw. Streckwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Streckwalze (2.1, 2.2) ein Drehzahlgeber zugeordnet ist.
  9. Streckwerkstraße bzw. Streckwerk nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtungen (3.1, 3.2) als Asynchronmotore mit zugeordneten Frequenzumrichtren ausgebildet sind.
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