EP2837589A1 - Anlage mit Bremsgenerator - Google Patents

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Publication number
EP2837589A1
EP2837589A1 EP13180753.9A EP13180753A EP2837589A1 EP 2837589 A1 EP2837589 A1 EP 2837589A1 EP 13180753 A EP13180753 A EP 13180753A EP 2837589 A1 EP2837589 A1 EP 2837589A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
speed
current
max
act
synchronous motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13180753.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Reinhold Max Kühne
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KUEHNE and VOGEL Prozessautomatisierung Antriebstechnik GmbH
Original Assignee
KUEHNE and VOGEL Prozessautomatisierung Antriebstechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KUEHNE and VOGEL Prozessautomatisierung Antriebstechnik GmbH filed Critical KUEHNE and VOGEL Prozessautomatisierung Antriebstechnik GmbH
Priority to EP13180753.9A priority Critical patent/EP2837589A1/de
Priority to ATGM50128/2014U priority patent/AT14553U1/de
Priority to DE201420103765 priority patent/DE202014103765U1/de
Publication of EP2837589A1 publication Critical patent/EP2837589A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65HHANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H23/00Registering, tensioning, smoothing or guiding webs
    • B65H23/04Registering, tensioning, smoothing or guiding webs longitudinally
    • B65H23/06Registering, tensioning, smoothing or guiding webs longitudinally by retarding devices, e.g. acting on web-roll spindle
    • B65H23/066Electrical brake devices therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65HHANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H23/00Registering, tensioning, smoothing or guiding webs
    • B65H23/04Registering, tensioning, smoothing or guiding webs longitudinally
    • B65H23/06Registering, tensioning, smoothing or guiding webs longitudinally by retarding devices, e.g. acting on web-roll spindle
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65HHANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2403/00Power transmission; Driving means
    • B65H2403/90Machine drive
    • B65H2403/92Electric drive
    • B65H2403/923Synchronous motor

Definitions

  • the invention relates to a system.
  • the plant is used to carry out a work process.
  • the speed with which the plant carries out the work process is - e.g. continuously or in stages - freely selectable. The higher the line speed, the faster the work process is performed.
  • the system speed can be increased up to a maximum speed. In regular operation, therefore, if the working process is e.g. is carried out for production purposes, the system is operated at this maximum speed.
  • a plant from the paper industry is mentioned.
  • a paper web is present as a roll.
  • the e.g. Axially held by Pinolenwellen or on a continuous axis of the system winding rotates in operation about the axis of rotation, so that the paper web can be unrolled from the winding.
  • hydraulic or pneumatic mechanical brakes are usually used, which reduce the tensile force of the paper web to mechanical braking energy and thus heat and deformation work or wear convert.
  • low-pole motors are those which have a number of poles of less than 8 poles.
  • High-pole motors are those with a number of poles of at least 8, in particular of a pole number of at least 16.
  • Alternative, in particular axleless versions use instead of the brakes low-pole synchronous or Asynchronmmotore with attachment gears or belt ratios to achieve the required speeds and torques. These are commonly referred to as brake generators.
  • the present invention is concerned with systems with such brake generators.
  • the brake generator is thus for a rotation axis of the system used, namely to cause a braking torque on this axis. In other words, the brake generator is thus driven by the system.
  • the work processes considered here are characterized by the fact that they have a clearly defined start of the process and the same end of the process.
  • An unambiguous process progress indicates at which point between the beginning of the process and the end of the process the process is currently located.
  • the process progress is e.g. in the range 0% to 100% and refers to the process time or consumption of a good used or consumed in the process. So it is not about continuous processes with basically the same process conditions.
  • the beginning of the process is the start of the work process immediately after the application of a new, full paper roll.
  • the end of the process is achieved when the paper roll is completely unwound, i. is consumed. If a new paper roll is applied to the axis of rotation, a new working process begins.
  • process progress Since the winding volume of the roll continuously changes during the working process by unwinding paper, the process conditions change, which is referred to as process progress.
  • the process progress is e.g. as the currently still on the winding winding volume or the current winding diameter specified.
  • the rotational speed of the rotation axis changes with decreasing winding volume, i. with increasing process progress.
  • axisless windings are operated with small outer diameter paper sleeves (e.g., typically 85 mm) as the winding core.
  • small outer diameter paper sleeves e.g., typically 85 mm
  • the object of the invention is to provide at least one alternative or even improved solutions for such systems.
  • the object is achieved by a method for operating a system according to claim 1, a use of a high-pole synchronous motor according to claim 7 and a system for carrying out a working process according to claim 9.
  • the object is achieved by a method for operating a system in which a working process is carried out with the aid of the system, wherein a current system speed for the working process can be selected up to a maximum speed.
  • a brake generator for a rotation axis of the system is used, the current speed of which is determined by the current system speed and a current process progress of the working process, which changes the current speed of the brake generator with constant system speed depending on the process progress.
  • a high-pole synchronous motor is used as a brake generator, which is undersized in terms of its maximum permissible speed for the system.
  • the undersizing is carried out such that when operating or execution of the working process on the system with maximum speed at least one process progress exists, that is conceivable, in which the current speed of the synchronous motor would exceed its maximum speed. In other words, there is at least one operating state of the system, which would actually occur reproducibly with regular use of the system with maximum speed, and in which the synchronous motor would operate beyond its maximum speed.
  • the current system speed is freely selected in a first operating state or, in other words, remains freely selectable. In other words, the system is thus operated in a conventional manner in this operating state, so that the system speed is arbitrary.
  • the maximum speed is usually selected to avoid the work process, e.g. a production to perform as quickly as possible. This applies to all process progress, in which the maximum speed of the synchronous motor can never be exceeded anyway due to plant or process.
  • the current system speed is selected in a second operating state only up to such a limit speed that the brake generator is operated at most with the maximum speed. This concerns the o.g. At least one process progress, in which otherwise, so when operating the system with maximum speed, the speed of the synchronous motor would be too high, ie. the plant is undersized. Here you change to the second operating state.
  • the system speed remains freely selectable in the first operating state.
  • the choice of the system speed is limited.
  • the upper limit is the system speed at which the synchronous motor reaches its maximum permissible speed.
  • the operating speed of the system is forcibly dynamically limited.
  • the limitation is based on the speed of the synchronous motor and transmitted or converted to the system speed.
  • the relationship between the system speed and the speed of the synchronous motor is known or at least ascertainable.
  • the motors instead of the known low-pole synchronous motors or asynchronous motors, it is therefore also possible alternatively to use high-pole synchronous motors or drives which have pole numbers of at least 8, in particular at least 16.
  • permanent-magnet synchronous motors can be used.
  • the motors need not be designed for the maximum possible speed for all conceivable operating conditions of the system, i. the system is fully dimensioned. Thanks to the invention, the system is always operated only so fast that the maximum speed of the motors is not exceeded.
  • the invention is based on the following finding:
  • the usual field of application or the normal application of multi-pole synchronous drives is limited to use in the low-speed range, e.g. up to a maximum of 700 rpm, and high torques.
  • this speed would have to be considered as the maximum speed for all machine states, i. for a maximum speed of the rotation axis at the end of a paper handling.
  • the maximum system speed would then have to be e.g. at the o.g.
  • Paper machines can be limited to web speeds at achsschen unwinding of about 200m / min. This would be e.g. insufficient for the above mentioned roll and cross cutters.
  • the invention recognizes that these operating conditions are achieved only very rarely.
  • the invention therefore takes the Unterdimension réelle conscious in purchasing, since the majority of operating cases, the speed at the brake generator still remains below the critical speed and the system can be operated regularly.
  • paper rolls with a starting diameter of eg 2.5m are common. These are especially in the axleless case on a winding core (eg cardboard) of typically 8 to 15cm wound.
  • the speeds of the paper rolls increase in the working process from initially about 200 U / min (process progress 0%) to about 2,500 - 3,000 U / min at the end of the process (porecess progress 100%).
  • a synchronous motor can be used as a brake generator in the system, which can be dimensioned lower in terms of its maximum speed by a multiple lower than when designed to full speed possible in the regular operation of the system.
  • the paper machines can be operated in 95% of operating cases despite using the high-poled synchronous drive with production speeds of 500 to 2000m / min.
  • the invention is therefore particularly suitable for achslose unwinding in systems, since just here because of the very small outer diameter of cores (eg 80-100 mm), the speeds increase only at the end of the winding and especially in this machine in terms of undersizing in conjunction with the invention Method great economic advantages over a full dimensioning can be achieved.
  • a control and evaluation unit monitors the speed of the synchronous motor, for example by monitoring its voltage.
  • the control and evaluation unit engages in the actual Control of the system and reduces their operating speed so far that the maximum speed of the synchronous motor is at least not exceeded.
  • the maximum rotational speed of the synchronous motor is selected such that the duration of the second operating state occupies only a predeterminable proportion of the total duration of the first and second operating state in a fullest possible process performed as quickly as possible.
  • the process progress is completed from 0% to 100%.
  • the proportion is in particular 10%, in particular 5% of the total duration.
  • a work process is carried out as quickly as possible, in the first operating state, the system is always operated at maximum speed and in the second operating state, the system is always operated at such a working speed that the brake generator runs at maximum speed.
  • the total duration corresponds to the duration for the execution of a work process from the beginning of the process to the end of the process.
  • first and / or second operating states occur during a process run (beginning to end), their respective partial durations are summed up.
  • This embodiment ensures that the system only has to be operated below the maximum speed for the respective fixed proportion of the total duration. In other words, therefore, a correspondingly dimensioned synchronous motor is selected for the system, which makes a correspondingly low proportion of second operating states necessary.
  • a winding with web material, in particular paper, which is unrolled in the work process from the winding is located on the axis of rotation a winding with web material, in particular paper, which is unrolled in the work process from the winding.
  • the invention is in this embodiment e.g. Can be used for the above-mentioned systems in the form of paper machines.
  • the embodiments mentioned above by way of example only, e.g. regarding the beginning and end of the process, etc., specifically for the invention.
  • the winding of a, in particular axleless, winding core with at most 15cm, in particular at most 8cm, rolled outside diameter is particularly applicable to the above-mentioned systems in the form of paper machines.
  • the progress of the process is defined as a winding volume currently present in the work process with respect to a nominal output winding volume.
  • the nominal output winding volume corresponds to the maximum possible winding volume of a roll, which can be processed in the corresponding systems.
  • the volume e.g. the diameter, radius or circumference of the roll are defined as process progress. This provides a particularly easy measure of process progress.
  • the progress of the process may be e.g. also in percent of the output size, so the nominal output winding volume, diameter, etc. are specified.
  • the axis of rotation opens directly into a shaft.
  • a synchronous motor is then selected which has such a hollow shaft, the inner diameter of which matches the outer diameter of the shaft such that the synchronous motor is mounted on the shaft to be braked and rotationally fixed on it.
  • the diameters are particularly suitable if they are the same, but even if the inner diameter - especially slightly - greater than the outer diameter, so that - possibly with the interposition of a balancing ring - a direct flanging is possible.
  • This allows a very simple and direct way to realize a brake for the shaft.
  • shaft and brake here the synchronous motor, are no intermediate elements such as gears, belts, gears or similar. necessary.
  • the brake is simply flanged to the shaft, similar to a conventional mechanical brake. Even in existing plants such a simple exchange, i. retrofitting an existing mechanical brake against a synchronous motor according to the invention possible.
  • the design of commercially available commercially available high-poled synchronous motors is characterized by a hollow shaft with a large bore.
  • the dimensions of this Hollow shafts fit just for waves to be braked on known paper machines on which sit in a known manner mechanical brakes.
  • the known brake units are similar in their appearance as a round structure with a large inner diameter of the known hollow shaft motors.
  • the known bore diameters move from about 150mm upwards, typically in the range of about 250-350mm bore.
  • the invention is based on the recognition that a commercially available synchronous motor can be selected in terms of design, the hollow shaft bore fits on an existing shaft to be braked.
  • the engine With regard to dimensioning, the engine then only has to be suitable for the braking task due to the braking power.
  • the system can then be operated by the method according to the invention.
  • the invention is achieved by the use of a high-pole synchronous motor in a system, wherein a working process is performed by means of the system, wherein a current system speed for the working process is selectable up to a maximum speed,
  • a brake generator for a rotation axis of the system is used, the current speed of which is determined by the current system speed and a current process progress of the working process, which changes the current speed of the brake generator with constant system speed depending on the process progress.
  • a high-pole synchronous motor is used as a brake generator, which is undersized in terms of its maximum permissible speed for the system so that when operating the work process on the system at maximum speed at least one process progress exists, in which the current speed of the synchronous motor would exceed its maximum speed,
  • the current speed of the synchronous motor is monitored. As long as the current speed is lower than the maximum speed, the current system speed is freely selected in a first operating state. If, however, the current speed reaches the maximum speed, the current system speed is selected in a second operating state only up to such a limit speed that the brake generator is operated at most with the maximum speed.
  • the invention is achieved by a system for carrying out a working process, wherein a current system speed for the working process can be selected up to a maximum speed on the basis of a system control,
  • the system includes a brake generator for an axis of rotation of the system, the current speed is determined by the current system speed and a current process progress of the working process, which changes at constant system speed depending on the process progress, the current speed of the brake generator.
  • the system includes a high-pole synchronous motor as a brake generator, which is so undersized in terms of its maximum permissible speed for the system that when operating the work process on the system with maximum speed at least one process progress exists, in which the current speed of the synchronous motor would exceed its maximum speed.
  • the system includes a tachometer for the current speed of the synchronous motor, a connected to the tachometer control and evaluation, which is connected to the system control of the system.
  • the control and evaluation unit is designed as follows:
  • the current speed As long as the current speed is lower than the maximum speed, it releases the system control, so that the current system speed can be freely selected in a first operating state. In contrast, when the current speed reaches the maximum speed, it acts on the system control such that the current system speed in a second operating state is selectable only up to such a limit speed that the synchronous motor is operated at most with the maximum speed.
  • Fig. 1 shows a plant 2, here a paper machine.
  • a work process 4 is performed here cut paper.
  • a current system speed v akt for the working process 4 up to a maximum speed v max is selectable.
  • the line speed is in the example, the speed at which web material 14, here paper, which was unrolled from a roll 12, in the direction of arrow 15 through the plant 2 runs.
  • the arrow 15 thus symbolizes the system speed.
  • web material 14 is rolled up on a winding core 16.
  • the winding core 16 here has in particular an outer diameter of at most 15 cm or in particular of at most 8 cm.
  • the system 2 includes a with the winding 12 about the axis of rotation 8 rotating brake generator 6 for the axis of rotation 8 of the system 2.
  • On the axis of rotation 8 of the winding 12 is rotatably supported about this.
  • the brake generator 6 generates a braking torque which counteracts a direction of unwinding (arrow 9) of web material 14 from the winding 12 acts on this.
  • Fig. 1 the brake generator 6 is symbolically drawn away from the axis of rotation 8 in order not to obscure the winding 12.
  • the common axis of rotation 8 for winding 12 and brake generator 6 is indicated by dashed lines symbolically.
  • a current speed n akt of the brake generator 6 and thus of the coil 12 is determined by the current system speed v akt and a current process progress F act of the work process 4, wherein at constant system speed v act dependent on the process progress F act the current speed n act of the brake generator 6 changed.
  • this is because at the beginning of the process (process progress F of 0%), the web material is unwound from the roll 12 to a maximum extent, the web speed corresponding to the peripheral speed. As the process progresses, the circumference of the roll 12 decreases. At constant web speed, therefore, its speed increases. The maximum speed is reached at the end of the process (process progress F of 100%) when the last piece of web material 14 unwinds from the winding core 16.
  • the progress of the process is determined here, for example, by means of the roll 12: it indicates as a percentage how much volume of the wound web material 14 of the roll 12 has already been unwound in relation to its maximum volume (maximum possible roll 12 which can be processed in the plant 2).
  • the current process progress F act is thus defined as currently present in the work process 4 winding volume V act , based on a nominal output winding volume V 0 .
  • the brake generator 6 is a high-pole synchronous motor 10 which is undersized in terms of its maximum permissible speed n max for the system 2:
  • the undersizing is such that when operating the work process 4 on the system 2 at maximum speed v max of the system 2 at least one process progress F exists in which the current speed n act of the synchronous motor 10 would exceed its maximum speed n max. In the example, this comes from the fact that from a process progress F of 95% of the diameter of the roll 12 has become so small that at maximum operating speed v max , ie speed of the web material 14 by the system 2 and thus peripheral speed of the coil 12, the winding speed and thus the speed of the synchronous motor 10 would rise above its maximum permissible speed.
  • the system 2 also includes a tachometer 20, which measures the current speed n akt of the synchronous motor 10 and outputs for further processing.
  • a control and evaluation unit 22 which is connected to the tachometer 20 and which is connected to the system control 24 of the installation 2 is designed as follows:
  • the system controller 24 is completely released in the sense that the current system speed v akt is freely selectable.
  • the system 2 is thus in a first operating state Z1. If, on the other hand, the current rotational speed n akt reaches the maximum rotational speed n max , then the control and evaluation unit 22 acts on the system controller 24 in such a way that the choice of the system speed is limited: The current system speed v akt can then only be limited to a limit speed v be elected. This is determined by the fact that at the limit speed v limit , the maximum speed n max at the synchronous motor 10 results. The system 2 is then in a second operating state Z2.
  • the process is carried out for a total duration T.
  • the first operating states Z1 in this case occupy an entire duration T1, the operating states Z2 a total duration T2.
  • the sum of T1 and T2 gives T.
  • the duration T1 forms a portion A of the total duration T.
  • the undersizing is carried out as follows:
  • the maximum speed n max of the synchronous motor 10 is selected, ie a corresponding motor installed in the system 2, that with a full working process 4 carried out as quickly as possible, the duration T2 of the second operating state Z2 only at most a predeterminable proportion A of in particular 10% or in particular 5% of the total duration T of the working process 4 occupies.
  • a synchronous motor 10 is selected, which has a sufficiently high maximum speed n max , so that in particular 90%, in particular 95% of the working process at maximum operating speed v max can be performed.
  • Fig. 2 shows the axis of rotation 8 with the winding 12 and the synchronous motor 10 in the direction of arrow II Fig. 1 ,
  • the synchronous motor is shown in place, ie located directly on the axis of rotation 8, so that it is arranged concentrically to the winding 12.
  • Fig. 2 shows an axleless support of the roll 12. This is rolled up on a hollow winding core 16, which does not belong to Appendix 2.
  • the winding core 16 is held by a shaft 18 of the system.
  • the shaft 18 is therefore designed as a quill shaft.
  • the axis of rotation 8 thus opens directly, ie without the interposition of transmissions, translations, o.ö. in the shaft 18.
  • the rotational speed of the shaft 18 therefore corresponds to the rotational speed of the coil 12.
  • the synchronous motor 10 has a hollow shaft design. The inner diameter di of the hollow shaft fits to the outer diameter of the shaft 18 such that the synchronous motor 10 is mounted on the shaft to be braked and rotationally fixed on it.
  • the fit is even exact, so that no tubular intermediate piece is necessary to fill a possible hollow cylindrical gap between shaft 18 and hollow shaft 19, i. both adapt to each other inexpensively.
  • Fig. 2 also shows again that the winding 12 from the nominal output winding volume V 0 of the web material 14 is already handled a certain part, so that only a current winding volume V akt on the winding 12 is present.
  • the winding diameter has only about half the starting radius. The remaining winding volume is therefore still around a quarter. The process progress measured on the winding volume is therefore approx. 75%.

Landscapes

  • Control Of Multiple Motors (AREA)

Abstract

Bei einer Anlage (2) ist eine aktuelle Anlagengeschwindigkeit (v akt ) für einen Arbeitsprozess (4) bis zu einer Maximalgeschwindigkeit (v max ) wählbar, wird ein Bremsgenerator (6) für eine Drehachse (8) der Anlage (2) verwendet, wird ein hinsichtlich seiner zulässigen Höchstdrehzahl (n max ) für die Anlage (2) unterdimensionierter hochpoliger Synchronmotor (10) als Bremsgenerator (6) verwendet, wird die aktuelle Drehzahl (n akt ) des Synchronmotors (10) überwacht und wird die wählbare Anlagengeschwindigkeit (v akt ) auf eine Grenzgeschwindigkeit (v grenz ) begrenzt, wenn die aktuelle Drehzahl (n akt ) die Höchstdrehzahl (n max ) erreicht, so dass der Synchronmotor (10) höchstens mit der Höchstdrehzahl (n max ) betrieben wird. Bei der Verwendung eines hochpoligen Synchronmotors (10) in einer Anlage (2), wird dieser wie oben unterdimensioniert und die Anlagengeschwindigkeit auf eine Grenzgeschwindigkeit (v grenz ) begrenzt. Eine Anlage weist einen wie oben unterdimensionierten hochpoligen Synchronmotor (10) und eine Steuer- und Auswerteeinheit (22) auf, die die Anlagengeschwindigkeit auf eine Grenzgeschwindigkeit (v grenz ) begrenzt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anlage. Mit Hilfe der Anlage wird ein Arbeitsprozess durchgeführt. Die Geschwindigkeit, mit der die Anlage den Arbeitsprozess durchführt bzw. betreibt, ist - z.B. kontinuierlich oder in Stufen - frei wählbar. Je höher die Anlagengeschwindigkeit ist, desto schneller wird also der Arbeitsprozess durchgeführt. Die Anlagengeschwindigkeit kann bis auf eine Maximalgeschwindigkeit erhöht werden. Im regulären Betrieb, wenn also der Arbeitsprozess z.B. zu Produktionszwecken durchgeführt wird, wird die Anlage mit dieser Maximalgeschwindigkeit betrieben.
  • Lediglich beispielhaft sei eine Anlage aus der Papierindustrie genannt. Bei dieser Anlage ist eine Papierbahn als Wickel vorhanden. Der z.B. achslos durch Pinolenwellen oder auf einer durchgehenden Achse der Anlage gehaltene Wickel rotiert im Betrieb um die Drehachse, damit die Papierbahn vom Wickel abgerollt werden kann. Zur Erzielung eines benötigten Bahnzuges, insbesondere bei achslosen Abrollungen in der Papierindustrie (speziell bei Rollenlängs- und -querschneidern) sind meist hydraulisch oder pneumatisch betriebene mechanische Bremsen im Einsatz, welche die Zugkraft der Papierbahn in mechanische Bremsenergie und damit in Wärme und Verformungsarbeit bzw. Verschleiß umwandeln.
  • Im Folgenden werden als niederpolige Motore solche bezeichnet, die eine Polzahl von weniger als 8 Polen aufweisen. Hochpolige Motore sind solche mit einer Polzahl von mindestens 8, insbesondere von einer Polzahl von mindestens 16. Alternative, insbesondere achslose Ausführungen benutzen anstelle der Bremsen niederpolige Synchron- oder Asynchronmmotore mit Vorsatzgetrieben bzw. Riemenübersetzungen zur Erzielung der benötigten Drehzahlen und Drehmomente. Diese werden allgemein als Bremsgeneratoren bezeichnet. Die vorliegende Erfindung befasst sich mit Anlagen mit solchen Bremsgeneratoren. Der Bremsgenerator wird also für eine Drehachse der Anlage verwendet, nämlich um an dieser Achse ein Bremsmoment zu verursachen. Mit anderen Worten wird der Bremsgenerator also von der Anlage angetrieben.
  • Die vorliegend betrachteten Arbeitsprozesse zeichnen sich dadurch aus, dass diese einen klar definierten Prozessbeginn und ein ebensolches Prozessende aufweisen. Ein eindeutig bestimmbarer Prozessfortschritt gibt an, an welcher Stelle zwischen Prozessbeginn und Prozessende sich der Prozess aktuell befindet. Der Prozessfortschritt wird z.B. im Bereich 0% bis 100% angegeben und bezieht sich auf die Prozesszeit oder den Verbrauch eines im Prozess verwendeten bzw. verbrauchten Gutes. Es handelt sich also nicht um gleichbleibende Endlosprozesse mit im Grunde immer gleichen Prozessbedingungen. Im Beispiel ist der Prozessbeginn der Start des Arbeitsprozesses direkt nach dem Aufbringen eines neuen, vollen Papierwickels. Das Prozessende ist erreicht, wenn der Papierwickel vollständig abgewickelt, d.h. verbraucht ist. Wird ein neuer Papierwickel auf die Drehachse aufgebracht, beginnt ein neuer Arbeitsprozess. Da sich das Wickelvolumen des Wickels während des Arbeitsprozesses durch Abspulen von Papier kontinuierlich ändert, ändern sich auch die Prozessbedingungen, was als Prozessfortschritt bezeichnet wird. Der Prozessfortschritt wird z.B. als das aktuell noch auf dem Wickel befindliche Wickelvolumen oder der aktuelle Wickeldurchmesser angegeben. Bei gleichbleibender Anlagengeschwindigkeit, die sich im Beispiel als Bahngeschwindigkeit in der Anlage widerspiegelt, ändert sich also die Drehzahl der Drehachse mit abnehmendem Wickelvolumen, d.h. mit zunehmendem Prozessfortschritt. Im Beispiel werden vor allem achslose Abwicklungen mit Papierhülsen geringen Außendurchmessers (z.B. typisch 85mm) als Wickelkern betrieben. Vor allem bei einem Prozessfortschritt im Bereich des Prozessendes ergeben sich in der Anlage daher hohe Kerndrehzahlen an der Drehachse.
  • Vorliegend werden also Anlagen betrachtet, bei denen die aktuelle Drehzahl des Bremsgenerators von der aktuellen Anlagengeschwindigkeit und einem aktuellen Prozessfortschritt des Arbeitsprozesses bestimmt wird. Dabei verändert sich bei gleichbleibender Anlagengeschwindigkeit abhängig vom Prozessfortschritt die Drehzahl des Bremsgenerators.
  • Um diesen Forderungen zu genügen, ist es bekannt, derartige Anlagen wie oben erläutert, mit niederpoligen Bremsgeneratoren, eventuell auch unter Nutzung von Übersetzungsgetrieben, auszurüsten. Aufgabe der Erfindung ist es, zumindest eine alternative oder sogar verbesserte Lösungen für derartige Anlagen anzugeben. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage nach Patentanspruch 1, eine Verwendung eines hochpoligen Synchronmotors nach Patentanspruch 7 und eine Anlage zur Durchführung eines Arbeitsprozesses nach Patentanspruch 9.
  • Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage, bei dem mit Hilfe der Anlage ein Arbeitsprozess durchgeführt wird, wobei eine aktuelle Anlagengeschwindigkeit für den Arbeitsprozess bis zu einer Maximalgeschwindigkeit wählbar ist. Im Verfahren wird ein Bremsgenerator für eine Drehachse der Anlage verwendet, dessen aktuelle Drehzahl von der aktuellen Anlagengeschwindigkeit und einem aktuellen Prozessfortschritt des Arbeitsprozesses bestimmt wird, wobei sich bei gleichbleibender Anlagengeschwindigkeit abhängig vom Prozessfortschritt die aktuelle Drehzahl des Bremsgenerators verändert.
  • Gemäß der Erfindung wird ein hochpoliger Synchronmotor als Bremsgenerator verwendet, der hinsichtlich seiner zulässigen Höchstdrehzahl für die Anlage unterdimensioniert ist. Die Unterdimensionierung erfolgt derart, dass bei Betrieb bzw. Ausführung des Arbeitsprozesses auf der Anlage mit Maximalgeschwindigkeit zumindest ein Prozessfortschritt existiert, d.h. denkbar ist, bei dem die aktuelle Drehzahl des Synchronmotors seine Höchstdrehzahl überschreiten würde. Mit anderen Worten existiert also mindestens ein Betriebszustand der Anlage, der bei regulärer Nutzung der Anlage mit Maximalgeschwindigkeit tatsächlich reproduzierbar auftreten würde, und bei dem der Synchronmotor jenseits seiner Höchstdrehzahl betrieben würde.
  • Gemäß dem Verfahren wird daher die aktuelle tatsächliche Drehzahl des Synchronmotors im Betrieb überwacht und es ergeben sich dann zwei Fälle:
  • 1.) So lange die aktuelle tatsächliche Drehzahl des Synchronmotors kleiner der Höchstdrehzahl ist, wird die aktuelle Anlagengeschwindigkeit in einem ersten Betriebszustand frei gewählt oder bleibt mit anderen Worten frei wählbar. Mit anderen Worten wird in diesem Betriebszustand also die Anlage in herkömmlicher Weise betrieben, so dass die Anlagengeschwindigkeit beliebig wählbar ist. Im regulären Betrieb wird dabei in der Regel die Maximalgeschwindigkeit gewählt, um den Arbeitsprozess, z.B. eine Produktion, möglichst schnell durchzuführen. Dies betrifft alle Prozessfortschritte, in denen die Höchstdrehzahl des Synchronmotors ohnehin anlagen- bzw. prozessbedingt nie überschritten werden kann.
  • 2.) Wenn die aktuelle Drehzahl allerdings die Höchstdrehzahl erreicht, wird die aktuelle Anlagengeschwindigkeit in einem zweiten Betriebszustand nur bis zu einer derartigen Grenzgeschwindigkeit gewählt, dass der Bremsgenerator höchstens mit der Höchstdrehzahl betrieben wird. Dies betrifft den o.g. wenigstens einen Prozessfortschritt, in dem ansonsten, also bei Betrieb der Anlage mit Maximalgeschwindigkeit die Drehzahl des Synchronmotors zu hoch werden würde, d.h. die Anlage unterdimensioniert ist. Hier wird in den zweiten Betriebszustand gewechselt.
  • Im Ergebnis bleibt also im ersten Betriebszustand die Anlagengeschwindigkeit frei wählbar. Im zweiten Betriebszustand wird die Wahl der Anlagengeschwindigkeit begrenzt. Die Obergrenze bildet hierbei diejenige Anlagengeschwindigkeit, bei der der Synchronmotor seine zulässige Höchstdrehzahl erreicht. Im zweiten Betriebszustand wird also zwangsweise die Betriebsgeschwindigkeit der Anlage dynamisch begrenzt. Die Begrenzung wird an der Drehzahl des Synchronmotors orientiert und auf die Anlagengeschwindigkeit übertragen bzw. umgerechnet. Der Zusammenhang zwischen Anlagengeschwindigkeit und Drehzahl des Synchronmotors ist dabei bekannt oder zumindest ermittelbar. Während eines Prozesses von Beginn bis Ende desselben, also mit zunehmendem Prozessfortschritt können dabei auch mehrmals bzw. abwechselnd erste und/oder zweite Betriebszustände auftreten, je nachdem, wie die Drehzahl des Synchronmotors von der Anlagengeschwindigkeit und dem Prozessfortschritt abhängt.
  • Gemäß der Erfindung können also nun anstelle der bekannten niederpoligen Synchronmotoren oder Asynchronmotoren alternativ auch hochpolige Synchronmotoren- bzw. antriebe genutzt werden, die Polzahlen von mindestens 8, insbesondere mindestens 16 aufweisen. Insbesondere können permanenterregte Synchronmotore verwendet werden. Die Motoren brauchen hierbei nicht auf die maximal mögliche Drehzahl für alle denkbaren Betriebszustände der Anlage ausgelegt werden, d.h. die Anlage voll ausdimensioniert werden. Dank der Erfindung wird stattdessen die Anlage stets nur so schnell betrieben, dass die Höchstdrehzahl der Motore nicht überschritten wird.
  • Die Erfindung beruht dabei auf folgender Erkenntnis: Der übliche Anwendungsbereich bzw. der normale Anwendungsfall von hochpoligen Synchronantrieben beschränkt sich auf den Einsatz im Bereich niedriger Drehzahlen, z.B. bis maximal 700 U/min, und hoher Drehmomente. Bei einer voll ausdimensionierten Maschine wäre diese Drehzahl als Maximaldrehzahl für alle Maschinenzustände zu berücksichtigen, d.h. für eine maximal Drehzahl der Drehachse am Ende einer Papierabwicklung. Die maximale Anlagengeschwindigkeit müsste dann z.B. bei den o.g. Papiermaschinen auf Bahngeschwindigkeiten bei achslosen Abrollungen von etwa 200m/min begrenzt werden. Dies wäre z.B. für die oben genannten Rollen- und Querschneider unzureichend.
  • Die Erfindung erkennt allerdings, dass diese Betriebszustände nur sehr selten erreicht werden. Die Erfindung nimmt daher die Unterdimensionierung bewusst in Kauf, da im Großteil der Betriebsfälle die Drehzahl am Bremsgenerator dennoch unterhalb der kritischen Drehzahl bleibt und die Anlage regulär betrieben werden kann. Z.B. bei Papiermaschinen sind Papierrollen mit einem Ausgangsdurchmesser von z.B. 2,5m üblich. Diese sind insbesondere im achslosen Fall auf einem Wickelkern (z.B. Karton) von typisch 8 bis 15cm aufgewickelt. Die Drehzahlen der Papierrollen steigen im Arbeitsprozess von anfangs ca. 200 U/min (Prozessfortschritt 0%) auf ca. 2.500 - 3.000 U/min am Prozessende (Porezessfortschritt 100%) an. Nur in einem kleinen Bereich am Ende einer Abwicklung bzw. gegen Prozessende, z.B. ab einem Prozessfortschritt von 95%, wenn bei gleichbleibender Anlagengeschwindigkeit die Drehzahlen kurzfristig auf sehr hohe Werte über 700 U/min ansteigen würden, wird die gesamte Anlage für kurze Dauer gebremst. Die Maschinengeschwindigkeit wird dann sukzessive gesenkt, damit der Motor nie schneller als mit 700 U/min dreht. In diesem kurzen Zeitraum befindet sich jedoch ohnehin kaum mehr eine nennenswerte Papiermenge auf der Rolle. Dadurch entsteht kaum ein wirtschaftlicher Verlust, da dies z.B. nur 5% des von einer Papierrolle zu verarbeitenden Papiers betrifft. Damit werden nur 5% der regulären Verarbeitungszeit durch Abbremsen der Anlage etwas verlängert. Im Gegenzug kann in der Anlage ein Synchronmotor als Bremsgenerator verwendet werden, der hinsichtlich seiner Maximaldrehzahl um ein vielfaches niedriger dimensioniert sein kann als bei Auslegung bis zur vollen möglichen Drehzahl im Regulärbetrieb der Anlage. Somit können die Papiermaschinen in 95% der Betriebsfälle trotz Verwendung des hochpoligen Synchronantriebes mit Produktionsgeschwindigkeiten von 500 bis 2000m/min betrieben werden.
  • Die Erfindung eignet sich also gerade für achslose Abrollungen in Anlagen, da gerade hier wegen der sehr geringen Außendurchmesser von Wickelhülsen (z.B. 80-100 mm) die Drehzahlen nur am Wickelende extrem ansteigen und vor allem bei diesem Maschinen hinsichtlich einer Unterdimensionierung in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren große wirtschaftliche Vorteile gegenüber einer Volldimensionierung erreicht werden können.
  • Gemäß der Erfindung überwacht also eine Steuer- und Auswerteeinheit die Drehzahl des Synchronmotors, z.B. durch Überwachung von dessen Spannung. Bei Annäherung bzw. Erreichen der zulässigen Höchstdrehzahl greift die Steuer- und Auswerteeinheit in die eigentliche Steuerung der Anlage ein und senkt deren Arbeitsgeschwindigkeit so weit, dass die Höchstdrehzahl am Synchronmotor zumindest nicht überschritten wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Höchstdrehzahl des Synchronmotors derart gewählt, dass bei einem schnellstmöglich durchgeführten vollständigen Arbeitsprozess die Dauer des zweiten Betriebszustandes nur höchstens einen vorgebbaren Anteil der Gesamtdauer von erstem und zweitem Betriebszustand einnimmt. Bei einem vollständigen Arbeitsprozess wird der Prozessfortschritt von 0% bis 100% vollständig durchlaufen. Der Anteil beträgt dabei insbesondere 10%, insbesondere 5% der Gesamtdauer. Ein Arbeitsprozess wird schnellstmöglich durchgeführt, indem in ersten Betriebszustand die Anlage stets mit Maximalgeschwindigkeit betrieben wird und im zweiten Betriebszustand die Anlage stets mit einer solchen Arbeitsgeschwindigkeit betrieben wird, dass der Bremsgenerator mit Höchstdrehzahl läuft. Die Gesamtdauer entspricht der Dauer für die Durchführung eines Arbeitsprozesses von Prozessbeginn bis Prozessende. Treten während eines Prozessdurchlaufs (Beginn bis Ende) dabei mehrere erster und/oder zweiter Betriebszustände auf, so werden deren jeweilige Teildauern aufsummiert. Mit dieser Ausführungsform wird sichergestellt, dass die Anlage nur für den jeweiligen festgelegten Anteil der Gesamtdauer unterhalb der Maximalgeschwindigkeit betrieben werden muss. Mit anderen Worten wird also ein entsprechend dimensionierter Synchronmotor für die Anlage ausgewählt, der einen entsprechend niedrigen Anteil zweiter Betriebszustände notwendig macht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich auf der Drehachse ein Wickel mit Bahnmaterial, insbesondere Papier, das im Arbeitsprozess vom Wickel abgerollt wird. Die Erfindung ist in dieser Ausführungsform z.B. für die oben genannten Anlagen in Form von Papiermaschinen einsetzbar. Es gelten dann die oben bisher nur beispielhaft genannten Ausführungen, z.B. bezüglich Prozessbeginn und -ende usw. konkret für die Erfindung.
  • In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform wird der Wickel von einem, insbesondere achslosen, Wickelkern mit höchstens 15cm, insbesondere höchstens 8cm, Außendurchmesser abgerollt. Auch in dieser Ausführungsform ist die Erfindung besonders für die oben genannten Anlagen in Form von Papiermaschinen einsetzbar.
  • In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform wird der Prozessfortschritt als aktuell im Arbeitsprozess vorhandenes Wickelvolumen bezogen auf ein Nenn-Ausgangswickelvolumen definiert. Das Nenn-Ausgangswickelvolumen entspricht dabei dem maximal möglichen Wickelvolumen eines Wickels, der in der entsprechenden Anlagen verarbeitbar ist. Statt des Volumens kann aber auch alternativ z.B. der Durchmesser, Radius oder Umfang des Wickels als Prozessfortschritt definiert werden. So steht ein besonders leicht erfassbares Maß für den Prozessfortschritt zur Verfügung. Der Prozessfortschritt bzw. ein Maß für diesen kann z.B. auch in Prozent der Ausgangsgröße, also des Nenn-Ausgangswickelvolumes, -durchmessers usw. angegeben werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform mündet die Drehachse unmittelbar in eine Welle. Ein Synchronmotor wird dann gewählt der eine derartige Hohlwelle aufweist, deren Innendurchmesser derart zum Außendurchmesser der Welle passt, dass der Synchronmotor auf die zu bremsende Welle aufgesteckt und auf dieser drehfixiert wird. Die Durchmesser passen insbesondere, wenn sie gleich sind, aber auch wenn der Innendurchmesser - insbesondere geringfügig - größer dem Außendurchmesser ist, so dass - ggf. unter Zwischenlage eines Ausgleichsrings - ein direktes Aufflanschen möglich ist. Dies ermöglicht eine sehr einfach und direkte Weise, eine Bremse für die Welle zu realisieren. Zwischen Welle und Bremse, hier dem Synchronmotor, sind keinerlei Zwischenelemente wie Getriebe, Riemen, Zahnräder o.ä. nötig. Die Bremse wird ähnlich einer herkömmlichen mechanischen Bremse einfach an die Welle angeflanscht. Auch in bestehenden Anlagen ist so ein einfacher Austausch, d.h. ein Nachrüsten einer vorhandenen mechanischen Bremse gegen einen erfindungsgemäßen Synchronmotor möglich.
  • Bei Nachrüstungen können also Synchronmotore einfach anstelle der pneumatischen oder hydraulischen Bremseinheit auf die Pinolenwelle aufgesteckt und zur Drehmomentübertragung mechanisch verbunden werden.
  • Hier nutzt die Erfindung folgende Beobachtung: Die Bauform kommerziell üblicherweise erhältlicher hochpoliger Synchronmotoren zeichnet sich durch eine Hohlwelle mit großer Bohrung auf. Die Dimensionen dieser Hohlwellen passen gerade für zu bremsende Wellen an bekannten Papiermaschinen, auf denen in bekannter Weise mechanische Bremsen sitzen. Die bekannten Bremseinheiten ähneln dabei in Ihrem Aussehen als runde Gebilde mit großem Innendurchmesser den bekannten Hohlwellenmotoren. Die bekannten Bohrungsdurchmesser bewegen sich hierbei von ca. 150mm aufwärts, typischerweise im Bereich von ca. 250-350mm Bohrung. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein kommerziell erhältlicher Synchronmotor hinsichtlich Bauform gewählt werden kann, dessen Hohlwellenbohrung auf eine bestehende zu bremsende Welle passt. Hinsichtlich Dimensionierung muss der Motor dann lediglich von der Bremsleistung für die Bremsaufgabe geeignet sein. Hinsichtlich der Maximaldrehzahl des Motors kann die Anlage dann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden.
  • Hinsichtlich der Verwendung wird die Erfindung gelöst durch die Verwendung eines hochpoligen Synchronmotors in einer Anlage gelöst, wobei mit Hilfe der Anlage ein Arbeitsprozess durchgeführt wird, wobei eine aktuelle Anlagengeschwindigkeit für den Arbeitsprozess bis zu einer Maximalgeschwindkeit wählbar ist,
  • In der Anlage wird ein Bremsgenerator für eine Drehachse der Anlage verwendet, dessen aktuelle Drehzahl von der aktuellen Anlagengeschwindigkeit und einem aktuellen Prozessfortschritt des Arbeitsprozesses bestimmt wird, wobei sich bei gleichbleibender Anlagengeschwindigkeit abhängig vom Prozessfortschritt die aktuelle Drehzahl des Bremsgenerators verändert.
  • Ein hochpoliger Synchronmotor wird als Bremsgenerator verwendet, der hinsichtlich seiner zulässigen Höchstdrehzahl für die Anlage derart unterdimensioniert ist, dass bei Betrieb des Arbeitsprozesses auf der Anlage mit Maximalgeschwindigkeit zumindest ein Prozessfortschritt existiert, bei dem die aktuelle Drehzahl des Synchronmotors seine Höchstdrehzahl überschreiten würde,
  • Bei der Verwendung wird die aktuelle Drehzahl des Synchronmotors überwacht. So lange die aktuelle Drehzahl kleiner der Höchstdrehzahl ist, wird die aktuelle Anlagengeschwindigkeit in einem ersten Betriebszustand frei gewählt. Wenn dagegen die aktuelle Drehzahl die Höchstdrehzahl erreicht, wird die aktuelle Anlagengeschwindigkeit in einem zweiten Betriebszustand nur bis zu einer derartigen Grenzgeschwindigkeit gewählt, dass der Bremsgenerator höchstens mit der Höchstdrehzahl betrieben wird.
  • Für bevorzugte Ausführungsformen sowie Vorteile der Verwendung gelten sinngemäß die obigen Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren.
  • Hinsichtlich der Anlage wird die Erfindung gelöst durch eine Anlage zur Durchführung eines Arbeitsprozesses, wobei anhand einer Anlagensteuerung eine aktuelle Anlagengeschwindigkeit für den Arbeitsprozess bis zu einer Maximalgeschwindigkeit wählbar ist,
  • Die Anlage enthält einen Bremsgenerator für eine Drehachse der Anlage, dessen aktuelle Drehzahl von der aktuellen Anlagengeschwindigkeit und einem aktuellen Prozessfortschritt des Arbeitsprozesses bestimmt wird, wobei sich bei gleichbleibender Anlagengeschwindigkeit abhängig vom Prozessfortschritt die aktuelle Drehzahl des Bremsgenerators verändert.
  • Die Anlage enthält einen hochpoligen Synchronmotor als Bremsgenerator, der hinsichtlich seiner zulässigen Höchstdrehzahl für die Anlage derart unterdimensioniert ist, dass bei Betrieb des Arbeitsprozesses auf der Anlage mit Maximalgeschwindigkeit zumindest ein Prozessfortschritt existiert, bei dem die aktuelle Drehzahl des Synchronmotors seine Höchstdrehzahl überschreiten würde. Die Anlage enthält einen Drehzahlmesser für die aktuelle Drehzahl des Synchronmotors, eine mit dem Drehzahlmesser verbundene Steuer-und Auswerteeinheit, die mit der Anlagensteuerung der Anlage verbunden ist. Die Steuer- und Auswerteeinheit ist folgendermaßen ausgebildet:
  • So lange die aktuelle Drehzahl kleiner der Höchstdrehzahl ist, gibt sie die Anlagensteuerung frei, so dass die aktuelle Anlagengeschwindigkeit in einem ersten Betriebszustand frei wählbar ist. Wenn die aktuelle Drehzahl dagegen die Höchstdrehzahl erreicht, wirkt sie derart auf die Anlagensteuerung ein, dass die aktuelle Anlagengeschwindigkeit in einem zweiten Betriebszustand nur bis zu einer derartigen Grenzgeschwindigkeit wählbar ist, dass der Synchronmotor höchstens mit der Höchstdrehzahl betrieben wird.
  • Für bevorzugte Ausführungsformen sowie Vorteile der Anlage gelten sinngemäß die obigen Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren.
  • Für eine weitere Beschreibung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnung verwiesen. Es zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
    • Fig. 1 eine erfindungsgemäße Anlage,
    • Fig. 2 die Drehachse der Anlage in Richtung des Pfeils II in Fig. 1.
  • Fig. 1 zeigt eine Anlage 2, hier eine Papiermaschine. Auf der Anlage 2 wird ein Arbeitsprozesses 4 durchgeführt, hier Papier geschnitten. Anhand einer Anlagensteuerung 24 ist eine aktuelle Anlagengeschwindigkeit vakt für den Arbeitsprozess 4 bis zu einer Maximalgeschwindigkeit vmax wählbar. Die Anlagengeschwindigkeit ist im Beispiel die Geschwindigkeit, mit der Bahnmaterial 14, hier Papier, das von einem Wickel 12 abgerollt wurde, in Richtung des Pfeils 15 durch die Anlage 2 läuft. Der Pfeil 15 symbolisiert also die Anlagengeschwindigkeit. Im Wickel 12 ist Bahnmaterial 14 auf einem Wickelkern 16 aufgerollt. Der Wickelkern 16 weist hier insbesondere einen Außendurchmesser von höchstens 15cm oder insbesondere von höchstens 8cm auf.
  • Die Anlage 2 enthält einen mit dem Wickel 12 um die Drehachse 8 rotierenden Bremsgenerator 6 für die Drehachse 8 der Anlage 2. Auf der Drehachse 8 ist der Wickel 12 um diese drehbar gelagert. Der Bremsgenerator 6 erzeugt ein Bremsmoment, das entgegen einer Richtung der Abwicklung (Pfeil 9) von Bahnmaterial 14 vom Wickel 12 auf diesen einwirkt. In Fig. 1 ist der Bremsgenerator 6 symbolisch entfernt von der Drehachse 8 gezeichnet, um den Wickel 12 nicht zu verdecken. Die gemeinsame Drehachse 8 für Wickel 12 und Bremsgenerator 6 ist symbolisch gestrichelt angedeutet. Eine aktuelle Drehzahl nakt des Bremsgenerators 6 und damit des Wickels 12 wird von der aktuellen Anlagengeschwindigkeit vakt und einem aktuellen Prozessfortschritt Fakt des Arbeitsprozesses 4 bestimmt, wobei sich bei gleichbleibender Anlagengeschwindigkeit vakt abhängig vom Prozessfortschritt Fakt die aktuelle Drehzahl nakt des Bremsgenerators 6 verändert. Im Beispiel kommt das daher, dass zu Prozessbeginn (Prozessfortschritt F von 0%) das Bahnmaterial vom Wickel 12 mit maximalem Umfang abgewickelt wird, wobei die Bahngeschwindigkeit der Umfangsgeschwindigkeit entspricht. Mit zunehmendem Prozessfortschritt nimmt der Umfang des Wickels 12 ab. Bei gleichbleibender Bahngeschwindigkeit erhöht sich daher seine Drehzahl. Die Maximaldrehzahl ist bei Prozessende (Prozessfortschritt F von 100%) erreicht, wenn das letzte Stück Bahnmaterial 14 vom Wickelkern 16 abrollt.
  • Der Prozessfortschritt wird hier beispielsweise anhand es Wickels 12 bestimmt: Er gibt prozentual an, wieviel Volumen des aufgewickelten Bahnmaterials 14 des Wickels 12 im Verhältnis zu dessen Maximalvolumen (größtmöglicher Wickel 12 der in der Anlage 2 verarbeitbar ist) bereits abgewickelt wurde. Der aktuelle Prozessfortschritt Fakt wird also als aktuell im Arbeitsprozess 4 vorhandenes Wickelvolumen Vakt, bezogen auf ein Nenn-Ausgangswickelvolumen V0 definiert.
  • Der Bremsgenerator 6 ist ein hochpoliger Synchronmotor 10, der hinsichtlich seiner zulässigen Höchstdrehzahl nmax für die Anlage 2 unterdimensioniert ist: Die Unterdimensionierung ist dergestalt, dass bei Betrieb des Arbeitsprozesses 4 auf der Anlage 2 bei Maximalgeschwindigkeit vmax der Anlage 2 zumindest ein Prozessfortschritt F existiert, bei dem die aktuelle Drehzahl nakt des Synchronmotors 10 seine Höchstdrehzahl nmax überschreiten würde. Im Beispiel kommt dies daher, dass ab einem Prozessfortschritt F von 95% der Durchmesser des Wickels 12 so klein geworden ist, dass bei maximaler Arbeitsgeschwindigkeit vmax, also Geschwindigkeit des Bahnmaterials 14 durch die Anlage 2 und damit Umfangsgeschwindigkeit des Wickels 12, die Wickeldrehzahl und damit die Drehzahl des Synchronmotors 10 über dessen zulässige Höchstdrehzahl steigen würde.
  • Die Anlage 2 umfasst außerdem einen Drehzahlmesser 20, der die aktuelle Drehzahl nakt des Synchronmotors 10 misst und zur Weiterverarbeitung ausgibt. Eine mit dem Drehzahlmesser 20 verbundene Steuer- und Auswerteeinheit 22, die mit der Anlagensteuerung 24 der Anlage 2 verbunden ist, ist folgendermaßen ausgebildet:
  • So lange die aktuelle Drehzahl nakt kleiner der Höchstdrehzahl nmax ist, wird die Anlagensteuerung 24 vollständig in dem Sinne freigegeben, dass die aktuelle Anlagengeschwindigkeit vakt frei wählbar ist. Die Anlage 2 befindet sich damit in einem ersten Betriebszustand Z1. Wenn dagegen die aktuelle Drehzahl nakt die Höchstdrehzahl nmax erreicht, dann wirkt die Steuer- und Auswerteeinheit 22 derart auf die Anlagensteuerung 24 ein, dass die Wahl der Anlagengeschwindigkeit eingeschränkt wird: Die aktuelle Anlagengeschwindigkeit vakt kann dann nur noch bis zu einer Grenzgeschwindigkeit vgrenz gewählt werden. Diese ist dadurch bestimmt, dass sich bei der Grenzgeschwindigkeit vgrenz gerade die Höchstdrehzahl nmax am Synchronmotor 10 ergibt. Die Anlage 2 befindet sich dann in einem zweiten Betriebszustand Z2.
  • Über den gesamten Prozessfortschritt F gesehen, d.h. von Beginn der Abwicklung des maximal gefüllten Wickels 12 bis zu dessen vollständigem Verbrauch wird der Prozess für eine Gesamtdauer T durchgeführt. Die ersten Betriebszustände Z1 nehmen hierbei eine gesamte Dauer T1 in Anspruch, die Betriebszustände Z2 eine gesamte Dauer T2. Die Summe aus T1 und T2 ergibt T. Die Dauer T1 bildet dabei einen Anteil A der Gesamtdauer T.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Unterdimensionierung folgendermaßen ausgeführt: Die Höchstdrehzahl nmax des Synchronmotors 10 wird derart gewählt, d.h. ein entsprechender Motor in der Anlage 2 installiert, dass bei einem schnellstmöglich durchgeführten vollständigen Arbeitsprozess 4 die Dauer T2 des zweiten Betriebszustandes Z2 nur höchstens einen vorgebbaren Anteil A von insbesondere 10% oder von insbesondere 5% der Gesamtdauer T des Arbeitsprozesses 4 einnimmt. Mit anderen Worten wird also ein Synchronmotors 10 gewählt, der eine ausreichend hohe Höchstdrehzahl nmax aufweist, so dass insbesondere 90%, insbesondere 95% des Arbeitsprozesses bei maximaler Arbeitsgeschwindigkeit vmax durchgeführt werden können.
  • Fig. 2 zeigt die Drehachse 8 mit dem Wickel 12 und dem Synchronmotor 10 in Richtung des Pfeils II aus Fig. 1. In Fig. 2 ist der Synchronmotor an Ort und Stelle dargestellt, d.h. direkt auf der Drehachse 8 gelegen, so dass er konzentrisch zum Wickel 12 angeordnet ist. Fig. 2 zeigt eine achslose Halterung des Wickels 12. Dieser ist auf einem hohlen Wickelkern 16 aufgerollt, der nicht zur Anlage 2 gehört. Der Wickelkern 16 ist durch eine Welle 18 der Anlage gehalten. Die Welle 18 ist daher als Pinolenwelle ausgestaltet. Die Drehachse 8 mündet also unmittelbar, d.h. ohne Zwischenschaltung von Getrieben, Übersetzungen, Riemen o.ö. in die Welle 18. Die Drehzahl der Welle 18 entspricht daher der Drehzahl des Wickels 12. Der Synchronmotor 10 weist eine Hohlwellenbauform auf. Der Innendurchmesser di der Hohlwelle passt derart zum Außendurchmesser da der Welle 18, dass der Synchronmotor 10 auf die zu bremsende Welle 18 aufgesteckt und auf dieser drehfixiert ist.
  • Im Beispiel ist die Passung sogar exakt, so dass auch kein Rohrförmiges Zwischenstück nötig ist, um einen eventuellen hohlzylinderförmigen Spalt zwischen Welle 18 und Hohlwelle 19 zu füllen, d.h. beide unaufwendig aneinander anzupassen.
  • Fig. 2 zeigt auch nochmals dass am Wickel 12 vom Nenn-Ausgangswickelvolumen V0 des Bahnmaterials 14 bereits ein gewisser Teil abgewickelt ist, so dass nur noch ein aktuelles Wickelvolumen Vakt auf dem Wickel 12 vorhanden ist. Der Wickeldurchmesser hat nur noch ca. auf den halben Ausgangsradius. Das verbleibende Wickelvolumen beträgt daher noch rund ein Viertel. Der am Wickelvolumen gemessene Prozessfortschritt beträgt daher ca. 75%.
  • Bezugszeichenliste
    • 2 Anlage
    • 4 Arbeitsprozess
    • 6 Bremsgenerator
    • 8 Drehachse
    • 9 Pfeil
    • 10 Synchronmotor
    • 12 Wickel
    • 14 Bahnmaterial
    • 16 Wickelkern
    • 18 Welle
    • 19 Hohlwelle
    • 15 Pfeil
    • 20 Drehzahlmesser
    • 22 Steuer- und Auswerteeinheit
    • 24 Anlagensteuerung
    • vakt Anlagengeschwindigkeit (aktuell)
    • vmax Maximalgeschwindigkeit (Anlage))
    • vgrenz Grenzgeschwindigkeit (Anlage)
    • nakt Drehzahl (aktuell)
    • nmax Drehzahl (maximal)
    • F Prozessfortschritt
    • Fakt Prozessfortschritt (aktuell)
    • Z1,2 Betriebszustand
    • T1,2 Dauer
    • T Gesamtdauer
    • A Anteil
    • Vakt Wickelvolumen (aktuell)
    • V0 Nenn-Ausgangswickelvolumen
    • di Innendurchmesser
    • da Außendurchmesser

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Anlage (2), bei dem
    - mit Hilfe der Anlage (2) ein Arbeitsprozess (4) durchgeführt wird, wobei eine aktuelle Anlagengeschwindigkeit (vakt) für den Arbeitsprozess (4) bis zu einer Maximalgeschwindigkeit (vmax) wählbar ist,
    - ein Bremsgenerator (6) für eine Drehachse (8) der Anlage (2) verwendet wird, dessen aktuelle Drehzahl (nakt) von der aktuellen Anlagengeschwindigkeit (vakt) und einem aktuellen Prozessfortschritt (Fakt) des Arbeitsprozesses (4) bestimmt wird,
    - wobei sich bei gleichbleibender Anlagengeschwindigkeit (vakt) abhängig vom Prozessfortschritt (Fakt) die aktuelle Drehzahl (nakt) des Bremsgenerators (6) verändert,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - ein hochpoliger Synchronmotor (10) als Bremsgenerator (6) verwendet wird, der hinsichtlich seiner zulässigen Höchstdrehzahl (nmax) für die Anlage (2) derart unterdimensioniert ist, dass bei Betrieb des Arbeitsprozesses (4) auf der Anlage (2) mit Maximalgeschwindigkeit (vmax) zumindest ein Prozessfortschritt (F) existiert, bei dem die aktuelle Drehzahl (nakt) des Synchronmotors (10) seine Höchstdrehzahl (nmax) überschreiten würde,
    - die aktuelle Drehzahl (nakt) des Synchronmotors (10) überwacht wird,
    - so lange die aktuelle Drehzahl (nakt) kleiner der Höchstdrehzahl (nmax) ist, die aktuelle Anlagengeschwindigkeit (vakt) in einem ersten Betriebszustand (Z1) frei gewählt wird,
    - wenn die aktuelle Drehzahl (nakt) die Höchstdrehzahl (nmax) erreicht, die aktuelle Anlagengeschwindigkeit (vakt) in einem zweiten Betriebszustand (Z2) nur bis zu einer derartigen Grenzgeschwindigkeit (vgrenz) gewählt wird, dass der Synchronmotor (10) höchstens mit der Höchstdrehzahl (nmax) betrieben wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem bei der Unterdimensionierung die Höchstdrehzahl (nmax) des Synchronmotors (10) derart gewählt wird, dass bei einem schnellstmöglich durchgeführten vollständigen Arbeitsprozess (4) die Dauer (T2) des zweiten Betriebszustandes (Z2) nur höchstens einen vorgebbaren Anteil (A), von insbesondere 10% oder von insbesondere 5%, der Gesamtdauer (T) des Arbeitsprozesses (4) einnimmt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem sich auf der Drehachse (8) ein Wickel (12) mit Bahnmaterial (14), insbesondere Papier, befindet, das während des Arbeitsprozesses (4) vom Wickel abgerollt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Wickel (12) von einem, insbesondere achslosen, Wickelkern (16) mit höchstens 15cm, insbesondere höchstens 8cm, Außendurchmesser abgerollt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 4, bei dem der aktuelle Prozessfortschritt (Fakt) als aktuell im Arbeitsprozess (4) vorhandenes Wickelvolumen (Vakt) bezogen auf ein Nenn-Ausgangswickelvolumen (V0) definiert wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Drehachse (8) unmittelbar in eine Welle (18) mündet, bei dem ein Synchronmotor (10) mit Hohlwelle (20) gewählt wird, deren Innendurchmesser (di) derart zum Außendurchmesser (da) der Welle (18) passt, dass der Synchronmotor (10) auf die zu bremsende Welle (18) aufgesteckt und auf dieser drehfixiert wird.
  7. Verwendung eines hochpoligen Synchronmotors (10) in einer Anlage (2), wobei
    - mit Hilfe der Anlage (2) ein Arbeitsprozess (4) durchgeführt wird, wobei eine aktuelle Anlagengeschwindigkeit (vakt) für den Arbeitsprozess (4) bis zu einer Maximalgeschwindigkeit (vmax) wählbar ist,
    - ein Bremsgenerator (6) für eine Drehachse (8) der Anlage (2) verwendet wird, dessen aktuelle Drehzahl (nakt) von der aktuellen Anlagengeschwindigkeit (vakt) und einem aktuellen Prozessfortschritt (Fakt) des Arbeitsprozesses (4) bestimmt wird,
    - sich bei gleichbleibender Anlagengeschwindigkeit (vakt) abhängig vom Prozessfortschritt (Fakt) die aktuelle Drehzahl (nakt) des Bremsgenerators (6) verändert,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - ein hochpoliger Synchronmotor (10) als Bremsgenerator (6) verwendet wird, der hinsichtlich seiner zulässigen Höchstdrehzahl (nmax) für die Anlage (2) derart unterdimensioniert ist, dass bei Betrieb des Arbeitsprozesses (4) auf der Anlage (2) mit Maximalgeschwindigkeit (vmax) zumindest ein Prozessfortschritt (F) existiert, bei dem die aktuelle Drehzahl (nakt) des Synchronmotors (10) seine Höchstdrehzahl (nmax) überschreiten würde,
    - die aktuelle Drehzahl (nakt) des Synchronmotors (10) überwacht wird,
    - so lange die aktuelle Drehzahl (nakt) kleiner der Höchstdrehzahl (nmax) ist, die aktuelle Anlagengeschwindigkeit (vakt) in einem ersten Betriebszustand (Z1) frei gewählt wird,
    - wenn die aktuelle Drehzahl (nakt) die Höchstdrehzahl (nmax) erreicht, die aktuelle Anlagengeschwindigkeit (vakt) in einem zweiten Betriebszustand (Z2) nur bis zu einer derartigen Grenzgeschwindigkeit (vgrenz) gewählt wird, dass der Synchronmotor (10) höchstens mit der Höchstdrehzahl (nmax) betrieben wird.
  8. Verwendung gemäß Anspruch 7, bei der bei der Unterdimensionierung die Höchstdrehzahl (nmax) des Synchronmotors (10) derart gewählt wird, dass bei einem schnellstmöglich durchgeführten vollständigen Arbeitsprozess (4) die Dauer (T2) des zweiten Betriebszustandes (Z2) nur höchstens einen vorgebbaren Anteil (A), von insbesondere 10% oder von insbesondere 5%, der Gesamtdauer (T) des Arbeitsprozesses (4) einnimmt.
  9. Anlage (2) zur Durchführung eines Arbeitsprozesses (4), wobei anhand einer Anlagensteuerung (24) eine aktuelle Anlagengeschwindigkeit (vakt) für den Arbeitsprozess (4) bis zu einer Maximalgeschwindigkeit (vmax) wählbar ist,
    - mit einem Bremsgenerator (6) für eine Drehachse (8) der Anlage (2), dessen aktuelle Drehzahl (nakt) von der aktuellen Anlagengeschwindigkeit (Vakt) und einem aktuellen Prozessfortschritt (Fakt) des Arbeitsprozesses (4) bestimmt wird, wobei sich bei gleichbleibender Anlagengeschwindigkeit (vakt) abhängig vom Prozessfortschritt (Fakt) die aktuelle Drehzahl (nakt) des Bremsgenerators (6) verändert,
    gekennzeichnet durch
    - einen hochpoligen Synchronmotor (10) als Bremsgenerator (6), der hinsichtlich seiner zulässigen Höchstdrehzahl (nmax) für die Anlage (2) derart unterdimensioniert ist, dass bei Betrieb des Arbeitsprozesses (4) auf der Anlage (2) mit Maximalgeschwindigkeit (vmax) zumindest ein Prozessfortschritt (F) existiert, bei dem die aktuelle Drehzahl (nakt) des Synchronmotors (10) seine Höchstdrehzahl (nmax) überschreiten würde,
    - einen Drehzahlmesser (20) für die aktuelle Drehzahl (nakt) des Synchronmotors (10),
    - eine mit dem Drehzahlmesser (20) verbundene Steuer- und Auswerteeinheit (22), die mit der Anlagensteuerung (24) der Anlage (2) verbunden ist, und dazu ausgebildet ist, um
    - so lange die aktuelle Drehzahl (nakt) kleiner der Höchstdrehzahl (nmax) ist, die Anlagensteuerung (24) freizugeben, so dass die aktuelle Anlagengeschwindigkeit (vakt) in einem ersten Betriebszustand (Z1) frei wählbar ist,
    - wenn die aktuelle Drehzahl (nakt) die Höchstdrehzahl (nmax) erreicht, derart auf die Anlagensteuerung (24) einzuwirken, dass die aktuelle Anlagengeschwindigkeit (vakt) in einem zweiten Betriebszustand (Z2) nur bis zu einer derartigen Grenzgeschwindigkeit (vgrenz) wählbar ist, dass der Synchronmotor (10) höchstens mit der Höchstdrehzahl (nmax) betrieben wird.
  10. Anlage (2) nach Anspruch 9, bei der der Synchronmotor (10) derart unterdimensioniert ist, dass dessen Höchstdrehzahl (nmax) derart gewählt ist, dass bei einem schnellstmöglich durchgeführten vollständigen Arbeitsprozess (4) die Dauer (T2) des zweiten Betriebszustandes (Z2) nur höchstens einen vorgebbaren Anteil (A), von insbesondere 10% oder von insbesondere 5%, der Gesamtdauer (T) des Arbeitsprozesses (4) einnimmt.
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