EP2847114A1 - Anlage mit einer anzutreibenden welle und verfahren zum betreiben einer anlage - Google Patents

Anlage mit einer anzutreibenden welle und verfahren zum betreiben einer anlage

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EP2847114A1
EP2847114A1 EP13717949.5A EP13717949A EP2847114A1 EP 2847114 A1 EP2847114 A1 EP 2847114A1 EP 13717949 A EP13717949 A EP 13717949A EP 2847114 A1 EP2847114 A1 EP 2847114A1
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EP
European Patent Office
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torque
geared motor
motor
shaft
tensile force
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Jürgen Wegner
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SEW Eurodrive GmbH and Co KG
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    • B65H2515/32—Torque e.g. braking torque

Definitions

  • the invention relates to a system with a shaft to be driven and a method for operating a system.
  • the invention is therefore the object of developing a system with a driven shaft, the driving should be able to be improved.
  • the object is achieved in the system with a driven shaft according to the features specified in claim 1 and in the method according to the features indicated in claim 14.
  • the system is provided with a driven shaft, wherein at least a first and a second gear motor drive the shaft, wherein a torque caused by a tensile force acts on the shaft, wherein the tensile force is generated by a device, wherein the torque generated by the first gear motor counter acting on the torque caused by the tensile force and the torque generated by the second gear motor acts in the direction of the torque caused by the tensile force.
  • the advantage here is that a high setting range, so a wider range of adjustable torque, the shaft driving device, ie the two geared motors, can be achieved.
  • the shaft driving device ie the two geared motors
  • the torque of the first geared motor generated when the current is not energized can also be compensated. In this way, the adjustment range is expandable to almost zero.
  • the output shaft of the first and the output shaft of the second gear motor are rotatably connected to the shaft, in particular wherein the two output shafts are each designed as hollow shafts and are respectively mounted on the shaft.
  • the two output shafts can be arranged one behind the other, ie in the direction of the shaft axis, on the solid shaft.
  • the first and the second geared motor each have a motor-driven or regenerative driven by an electric motor gear, each electric motor is fed in each case by a respective inverter.
  • the advantage here is that although the transmission generates a torque caused by bearing losses, Gereteölplantschmaschinee and further friction losses, in particular the teeth, when non-energizing, but that the second gear motor is able to compensate for this torque.
  • the second geared motor can compensate for the speed-dependent intrinsic resistance of the first geared motor.
  • At least four times or at least ten times greater torque can be generated by means of the first geared motor than by means of the second geared motor and / or substantially the first geared motor defines the upper limit of the position of the
  • Geared motors generated can be introduced into the shaft torque.
  • the advantage here is that the second gear motor must have only a small size and thus is inexpensive.
  • two gear motors are arranged on the shaft, however, only the first is used to generate the actual drive torque.
  • the second is only the compensation of the torque losses of the transmission of the first geared motor.
  • the torque generated by the second geared motor and guided to the shaft substantially equal to that of the latter
  • a sensor for determining the tensile force is arranged in the system, wherein the detected actual value of the tensile force is fed to a controller of the inverter supplying the first geared motor.
  • the second geared motor is operated as a relief machine.
  • the second geared motor adjusts to a torque value determined according to a characteristic curve M (n), which is assigned to the actual rotational speed.
  • the first geared motor is regulated to the nominal tension.
  • the controller of the converter supplying the first geared motor is supplied with a setpoint value for the tractive force.
  • the advantage here is that on a target value of traction is hinregelbar.
  • the controller of the converter supplying the second gear motor is supplied with a speed actual value, from which a torque setpoint to be reached is determined according to a characteristic curve.
  • the characteristic describes the speed-dependent inherent inhibition of the first drive or compensates over.
  • a radius of a winding roll is determined and a tensile force is determined
  • the rotational speed of the winding roll is determined, wherein the deviation of the detected tensile force is determined to a predetermined target value of tensile force and is converted by means of the determined radius in a torque value to which the torque generated by a first gear motor is controlled, the second geared motor torque generated, which is adjusted to a torque setpoint, which is determined as a function of the detected speed of the winding roll and / or the shaft according to a characteristic curve, in particular wherein the characteristic curve
  • the first drive is selected to be less powerful than the second drive, a refined and thus improved controllability within the setting range can be achieved as a result of the more refined current resolution of the less powerful drive. However, then the fine adjustment range is determined only by the less powerful drive.
  • FIG. 1 shows a schematic view of the system according to the invention.
  • FIG. 2 shows a functional diagram of the converters of the drives, that is to say of a first and a second geared motor.
  • FIG. 3 shows the enlargement of the torque setting range by adding a second geared motor to the drive arrangement.
  • FIG. 4 shows the schematic view of the system according to the invention in an oblique view, wherein the sensor roller for determining the tensile force F is not shown.
  • a winding roller 2 is rotatably connected on a shaft 1, on which a winding material, such as paper or fabric, can be wound.
  • the winding material is unwound with a force F, ie an actual value of force, wherein a device not shown causes this tensile force F.
  • a sensor S is foreseen, which detects the actual value Fjst the tensile force F.
  • the shaft 1 is connected to a first geared motor, wherein the geared motor counteracts the tensile force F.
  • the geared motor generates a torque M which is between a maximum value and a minimum value.
  • the maximum value M_max of the torque M is determined by the size and construction of the geared motor.
  • the minimum value M_min of the torque M is the value that occurs when the motor is not energized.
  • the transmission is driven by the winding roller 2 and the engine acts only by means of his
  • the acting on the winding roll torque M is of radius, ie half
  • the shaft 1 of the winding roller 2 is connected not only to the output shaft of the first geared motor 41 but also to the output shaft of a second geared motor 42.
  • both torques generated by the geared motors (41, 42) act on the shaft 1 of the winding roller 2.
  • the second geared motor 42 counteracts the torque _min generated by its gearbox when the first geared motor 41 is de-energized, ie the self-locking of the first geared motor 41.
  • the second acts
  • Gear motor 42 with its torque generated by it on the tensile force increasing.
  • the torque generated by the first gear motor 41 has a degrading effect on the tensile force F, since it counteracts it.
  • the torque generated by the second gear motor 42 has an increasing effect on the shaft, in particular tensile force F, since it acts in the direction of the force generated by the device, not shown, the force generated by the two geared motors (41, 42) and the forces of the not shown device is zero in steady state operation.
  • the size of the second geared motor 42 is smaller executable than the size of the first geared motor, since the second geared motor must apply only the amount _min of the first geared motor.
  • the adjustment range of the entire drive is thus traversed by the converter of the first geared motor 41.
  • the second geared motor 42 compensates only the self-locking.
  • the adjustment range of the first geared motor 41 which would only be present between _min and M_max, can be expanded by means of the second geared motor. In this case, as a lower limit even almost a vanishing torque allows.
  • a motor preferably a synchronous motor or an asynchronous motor is used and as a gear transmission with a spur gear, with a planetary gear or with a non-self-locking angle gear.
  • Inverter 21 of the first geared motor 41 is supplied, which has a controller to which this actual value F_ist is supplied.
  • the controller is also a setpoint F_Soll fed, which corresponds to the desired draft amount.
  • the control deviation is fed to a linear regulator and multiplied by that of a sensor detected or determined by another method radius of the winding roll 2 in a torque value M1_soll, to which the first inverter 21 hinregelt.
  • the inverter 22 which feeds the second geared motor 42, receives the actual value njst of the rotational speed of the shaft and determines according to a characteristic M (n) a torque setpoint M2_Soll, which is thus a function of the rotational speed n.
  • the characteristic M (n) describes the speed-dependent self-locking of the transmission of the first geared motor.
  • the intrinsic resistance caused by the ⁇ lplantschpolee rolling friction of the rolling elements of the bearing and the friction losses, in particular the meshing teeth.
  • the first inverter 21 feeds the electric motor of the first geared motor 41
  • the second inverter 22 feeds the electric motor of the second geared motor 42.
  • the controller of the first inverter 21 receives as a setpoint the setpoint F_Soll the tensile force, which is to prevail on the winding roll 2. From the control deviation, ie deviation of the actual value F_act from the setpoint F_setpoint, a manipulated variable is determined, the controller in the simplest case being a linear controller, such as a PID controller. Alternatively, however, a simple proportional controller or a PI controller can be used. As shown in Figure 2, the control value is a torque value which is generated by means of said multiplication with the radius of the winding roll 2 by the first inverter 21 fed electric motor with gear. The setting range is between M_min and M_max.
  • the controller of the second inverter 22 receives as the actual value of the detected at the shaft speed, from which by means of the speed-dependent self-inhibition characteristic M (n) of the
  • Torque setpoint M2_Soll is formed on the torque of the second
  • Geared motor is adjusted.
  • the second geared motor 42 thus compensates the inherent inhibition of the first geared motor 41.
  • the target value F_Soll is reached in tensile force, which is to prevail on the winding roll 2.
  • the maximum torque that can be generated by the drives is M_max and the minimum torque that can be generated by the drives is M_min.
  • Torque M (n) which occurs at Fishbestromen the first geared motor and as a characteristic M (n) the second gear motor for compensation at least predetermined.
  • overcompensation is also possible. It is advantageous in the
  • the range 52 alone is effective as the setting range of the entire drive, which comprises the first and the second gear motor;
  • the area 53 is ineffective as a parking area, since it is compensated
  • the system is an unwinder or rewinder.
  • the setting range of the two gear motors that is (R_max x F_max) / (R_min x F_min), is greater than 30 by means of the invention, where R_max is the maximum radius of the winding roll, where R_min is the minimum radius of the winding roll, where F_max is the maximum tensile force that occurs and F_min is the minimum tensile force occurring.
  • the controller of the two inverters are reversed, whereby the inverter of the more powerful first gear motor gets the actual speed n_ist supplied and according to a characteristic M (n) the
  • Torque setpoint M_Soll determined and routed to the shaft by means of the geared motor.
  • the controller of the converter of the second geared motor gets the actual force F_act and the determined or detected radius of the winding roller 2, so that it determines a control value from the comparison with the desired force F target and thus operates the second controller such that the actual force is controlled to the desired force.
  • the radius of the winding roll is not detected directly by a sensor but by means of the detected unwinding or
  • Winding speed of the winding material and the detected rotational speed of the shaft determined by the quotient of the speeds is formed.
  • a transmission is arranged between the shaft and the winding roller, so that the rotational speeds differ by a factor.
  • the controllers of the inverter are not in the inverters (21, 22) but arranged in a higher-level control, which is connected by means of a data bus with the inverters (21, 22).
  • the characteristic of the intrinsic resistance of one of the two geared motors determined by this is operated without power at several speeds, preferably decoupled or empty winding roller, and occurring at the other gear motor torque to overcome the

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  • Control Of Multiple Motors (AREA)
  • Controlling Rewinding, Feeding, Winding, Or Abnormalities Of Webs (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Anlage mit einer anzutreibenden Welle und Verfahren zum Betreiben einer Anlage, wobei zumindest ein erster und ein zweiter Getriebemotor antreiben, wobei ein durch eine Zugkraft bewirktes Drehmoment auf die Welle wirkt, wobei die Zugkraft von einer Vorrichtung erzeugt ist, wobei das vom ersten Getriebemotor erzeugte Drehmoment entgegen dem durch die Zugkraft bewirkten Drehmoment wirkt und das das vom zweiten Getriebemotor erzeugte Drehmoment in Richtung dem durch die Zugkraft bewirkten Drehmoment wirkt.

Description

Anlage mit einer anzutreibenden Welle und Verfahren zum Betreiben einer Anlage
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine Anlage mit einer anzutreibenden Welle und ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage.
Es ist allgemein bekannt, dass in Anlagen Antriebe eine Welle antreiben.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anlage mit einer anzutreibenden Welle weiterzubilden, wobei das Antreiben verbesserbar sein soll.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Anlage mit einer anzutreibenden Welle nach den in Anspruch 1 und bei dem Verfahren nach den in Anspruch 14 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Anlage, dass
die Anlage mit einer anzutreibenden Welle vorgesehen ist, wobei zumindest ein erster und ein zweiter Getriebemotor die Welle antreiben, wobei ein durch eine Zugkraft bewirktes Drehmoment auf die Welle wirkt, wobei die Zugkraft von einer Vorrichtung erzeugt ist, wobei das vom ersten Getriebemotor erzeugte Drehmoment entgegen dem durch die Zugkraft bewirkten Drehmoment wirkt und das das vom zweiten Getriebemotor erzeugte Drehmoment in Richtung dem durch die Zugkraft bewirkten Drehmoment wirkt.
Von Vorteil ist dabei, dass ein hoher Stellbereich, also ein weiterer Bereich von stellbarem Drehmoment, der die Welle antreibenden Vorrichtung, also der beiden Getriebemotoren, erreichbar ist. Somit ist mittels des zweiten Getriebemotors auch das bei Nicht-Bestromung erzeugte Drehmoment des ersten Getriebemotors kompensierbar. Auf diese Weise wird der Stellbereich erweiterbar bis nahezu Null.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Abtriebswelle des ersten und die Abtriebswelle des zweiten Getriebemotors mit der Welle drehfest verbunden, insbesondere wobei die beiden Abtriebswellen jeweils als Hohlwellen ausgeführt sind und jeweils auf die Welle aufgesteckt sind. Von Vorteil ist dabei, dass die beiden Abtriebswellen hintereinander, also in Richtung der Wellenachse, auf der Vollwelle anordenbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der erste und der zweite Getriebemotor jeweils ein von einem Elektromotor motorisch oder generatorisch antreibbares Getriebe auf, wobei jeder Elektromotor jeweils von einem jeweiligen Umrichter gespeist wird. Von Vorteil ist dabei, dass zwar das Getriebe bei Nichtbestromung ein durch Lagerverluste, Getriebeölplantschverluste und weitere Reibungsverluste, insbesondere der Verzahnungen, bewirktes Drehmoment erzeugt, dass aber der zweite Getriebemotor dieses Drehmoment zu kompensieren vermag. Außerdem vermag der zweite Getriebemotor auch die drehzahlabhänigge Eigenhemmung des ersten Getriebemotors zu kompensieren.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist mittels des ersten Getriebemotors ein mindestens viermal oder mindestens zehnmal größeres Drehmoment erzeugbar als mittels des zweiten Getriebemotors und/oder im Wesentlichen der erste Getriebemotor definiert die obere Stellgrenze des von den
Getriebemotoren erzeugbaren, in die Welle einleitbaren Drehmoments. Von Vorteil ist dabei, dass der zweite Getriebemotor nur eine kleine Baugröße aufweisen muss und somit kostengünstig ist. Zwar sind zwei Getriebemotoren auf der Welle angeordnet, jedoch ist nur der erste zur Erzeugung des eigentlichen Antriebsmoments verwendet. Der zweite dient nur der Kompensation der Verlustmomente des Getriebes des ersten Getriebemotors. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung gleicht das vom zweiten Getriebemotor erzeugte und an die Welle geleitete Drehmoment betragsmäßig im Wesentlichen demjenigen
Drehmomentbetrag, welcher vom Getriebe des ersten Getriebemotors erzeugt wird, wenn der erste Getriebemotor unbestromt ist. Von Vorteil ist dabei, dass für das wesentliche
Antriebsmoment nur der erste Getriebemotor notwendig ist und der zweite nur für die
Kompensation erforderlich ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist in der Anlage ein Sensor zur Bestimmung der Zugkraft angeordnet, wobei der erfasste Istwert der Zugkraft einem Regler des den ersten Getriebemotor speisenden Umrichters zugeführt wird. Von Vorteil ist dabei, dass der zweite Getriebemotor als Entlastungsmaschine betreibbar ist. Hierbei wird von dem zweiten Getriebemotor auf einen gemäß einer Kennlinie M(n) bestimmten Drehmomentwert, der der Ist-Drehzahl zugeordnet ist, hingeregelt. Der erste Getriebemotor wird auf die Soll-Zugkraft hin geregelt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird dem Regler des den ersten Getriebemotor speisenden Umrichters ein Sollwert für die Zugkraft zugeführt. Von Vorteil ist dabei, dass auf einen Sollwert an Zugkraft hinregelbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird dem Regler des den zweiten Getriebemotor speisenden Umrichters ein Drehzahl Istwert zugeführt, aus welchem gemäß einer Kennlinie ein zu erreichender Momentensollwert bestimmt wird. Die Kennlinie beschreibt dabei die drehzahlabhängige Eigenhemmung des ersten Antriebs oder kompensiert sie über. Von Vorteil ist dabei, dass die Verluste des Getriebes des ersten Getriebemotors kompensiert oder überkompensiert werden und somit ein erweiterter Stellbereich der Antriebsanordnung erreichbar ist.
Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zum Betreiben einer Anlage sind, dass ein Radius einer Wickelrolle bestimmt wird und eine Zugkraft bestimmt wird,
wobei die Drehzahl der Wickelrolle bestimmt wird, wobei die Regelabweichung der erfassten Zugkraft zu einem vorgegebenen Sollwert an Zugkraft bestimmt wird und mittels des bestimmten Radius in einen Drehmomentwert umgerechnet wird, auf den das von einem ersten Getriebemotor erzeugte Drehmoment hingeregelt wird, der zweite Getriebemotor ein Drehmoment erzeugt, welches auf einen Drehmomentsollwert hingeregelt wird, der als Funktion der erfassten Drehzahl der wickelrolle und/oder der Welle gemäß einer Kennlinie bestimmt wird, insbesondere wobei die Kennlinie die
drehzahlabhängige Eigenhemmung des Getriebes des ersten Getriebemotors beschreibt oder überkompensierend beschreibt. Von Vorteil ist dabei, dass der zweite Antrieb die Eigenhemmung des ersten Antriebs kompensierbar macht oder überkompensierbar macht. Somit ist der Stellbereich des ersten Antriebs vergrößert und die Regeleigenschaften verbessert. Ist der erste Antrieb
leistungsschwächer wird somit ein sehr großer Stellbereich realisierbar.
Wenn der erste Antrieb leistungsschwächer als der zweite Antrieb ausgewählt wird, ist infolge der verfeinerten Stromauflösung des leistungsschwächeren Antriebs eine verfeinerte und somit verbesserte Regelbarkeit innerhalb des Stellbereichs erreichbar. Dabei ist dann allerdings der feine Stellbereich nur vom leistungsschwächeren Antrieb bestimmt.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen
Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der Figur 1 ist eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Anlage gezeigt. In der Figur 2 ist ein Funktionsschema der Umrichter der Antriebe, also eines ersten und eines zweiten Getriebemotors, gezeigt.
In der Figur 3 ist die Vergrößerung des Drehmoment-Stellbereichs durch das Hinzufügen eines zweiten Getriebemotors zur Antriebsanordnung gezeigt.
In der Figur 4 ist die schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Anlage in Schrägansicht gezeigt, wobei die Sensorrolle zur Bestimmung der Zugkraft F nicht dargestellt ist.
Wie in der Figur 1 dargestellt, ist auf einer Welle 1 eine Wickelrolle 2 drehfest verbunden, auf der ein Wickelgut, beispielsweise Papier oder Stoff, aufwickelbar ist.
Dabei wird das Wickelgut mit einer Kraft F, also einem Istwert an Kraft abgewickelt, wobei eine nicht dargestellte Vorrichtung diese Zugkraft F bewirkt. Mittels einer Umlenkrolle ist ein Sensor S vorsehbar, der den Istwert Fjst der Zugkraft F erfasst.
Zur Regelung der Zugkraft auf einen Sollwert F_Soll hin ist die Welle 1 mit einem ersten Getriebemotor verbunden, wobei der Getriebemotor der Zugkraft F entgegen wirkt. Hierzu erzeugt der Getriebemotor ein Drehmoment M, welches zwischen einem maximalen Wert und einem minimalen Wert liegt. Der maximale Wert M_max des Drehmoments M ist durch die Baugröße und Konstruktion des Getriebemotors bestimmt. Der minimale Wert M_min des Drehmoments M ist derjenige Wert, welcher bei unbestromtem Motor auftritt. Hierbei wird das Getriebe von der Wickelrolle 2 angetrieben und der Motor wirkt nur mittels seines
Trägheitsmoments, wenn keine Überkompensation durch den zweiten Getriebemotor stattfindet.
Das an der Wickelrolle wirkende Drehmoment M ist vom Radius, also vom halben
Durchmesser, der Wickelrolle 2 abhängig. Dabei gilt M = F x R. Erfindungsgemäß ist die Welle 1 der Wickelrolle 2, wie auch in Figur 4 gezeigt, nicht nur mit der Abtriebswelle des ersten Getriebemotors 41 sondern auch mit der Abtriebswelle eines zweiten Getriebemotors 42 verbunden. Somit wirken beide von den Getriebemotoren (41 , 42) erzeugten Drehmomente auf die Welle 1 der Wickelrolle 2.
Auf diese Weise ist es ermöglicht, dass der zweite Getriebemotor 42 entgegen dem bei unbestromtem ersten Getriebemotor 41 von dessen Getriebe erzeugten Drehmoment _min, also der Eigenhemmung des ersten Getriebemotors 41 , wirkt. Somit wirkt der zweite
Getriebemotor 42 mit seinem von ihm erzeugten Drehmoment auf die Zugkraft erhöhend. Das vom ersten Getriebemotor 41 erzeugte Drehmoment wirkt erniedrigend auf die Zugkraft F, da es ihr entgegen wirkt. Denn die Kraft F iast von der nicht dargestellten Vorrichtung verursacht. Das vom zweiten Getriebemotor 42 erzeugte Drehmoment wirkt erhöhend auf die Welle, insbesondere Zugkraft F, da es in Richtung der von der nicht dargestellten Vorrichtung erzeugten Kraftrichtung wirkt.die Summe der von den beiden Getriebemotoren (41 , 42) erzeugten Kräften und der von der nicht dargestellten Vorrichtung erzeugten Kraft ist im stationären Betrieb Null.
Die Baugröße des zweiten Getriebemotors 42 ist kleiner ausführbar als die Baugröße des ersten Getriebemotors, da der zweite Getriebemotor nur den Betrag _min des ersten Getriebemotors aufbringen muss. Der Stellbereich des gesamten Antriebs wird somit vom Umrichter des ersten Getriebemotors 41 durchfahren. Der zweite Getriebemotor 42 kompensiert nur die Eigenhemmung.
Auf diese Weise ist der Stellbereich des ersten Getriebemotors 41 , der nur zwischen _min und M_max vorhanden wäre, mittels des zweiten Getriebemotors erweiterbar. Hierbei wird als untere Stellgrenze sogar fast ein verschwindendes Drehmoment ermöglicht.
Als Motor ist vorzugsweise ein Synchronmotor oder ein Asynchronmotor eingesetzt und als Getriebe ein Getriebe mit einer Stirnradgetriebestufe, mit einer Planetengetriebestufe oder mit einer nicht selbsthemmenden Winkelgetriebestufe.
Wie in Figur 2 gezeigt, wird der vom Sensor bestimmte Istwert F_ist der Zugkraft dem
Umrichter 21 des ersten Getriebemotors 41 zugeführt, welcher einen Regler aufweist, dem dieser Istwert F_ist zugeführt wird. Außerdem wird dem Regler auch ein Sollwert F_Soll zugeführt, welcher dem gewünschten Zugkraftbetrag entspricht. Die Regelabweichung wird einem linearen Regler zugeführt und mittels Multiplikation mit dem von einem Sensor erfassten oder durch ein anderes Verfahren bestimmten Radius der Wickelrolle 2 in einem Drehmomentenwert M1_soll umgerechnet, auf den der erste Umrichter 21 hinregelt.
Der Umrichter 22, welcher den zweiten Getriebemotor 42 speist, erhält den Istwert njst der Drehzahl der Welle und bestimmt gemäß einer Kennlinie M(n) einen Drehmomentsollwert M2_Soll, der somit eine Funktion von der Drehzahl n ist. Die Kennline M(n) beschreibt die drehzahlabhängige Eigenhemmung des Getriebes des ersten Getriebemotors. Dabei ist die Eigenhemmung verursacht durch die Ölplantschverluste, Rollreibungen der Wälzkörper der Lager und die Reibungsverluste, insbesondere der im Eingriff stehenden Verzahnungen.
Der erste Umrichter 21 speist den Elektromotor des ersten Getriebemotors 41 und der zweite Umrichter 22 speist den Elektromotor des zweiten Getriebemotors 42.
Der Regler des ersten Umrichters 21 erhält als Sollwert den Sollwert F_Soll der Zugkraft, welcher an der Wickelrolle 2 herrschen soll. Aus der Regelabweichung, also Abweichung des Istwertes F_ist vom Sollwert F_Soll wird ein Stellwert bestimmt, wobei der Regler im einfachsten Fall ein linearer Regler, wie PID-Regler, ist. Alternativ ist aber auch ein einfacher Proportionalregler oder ein Pl-Regler verwendbar. Wie in Figur 2 gezeigt, ist der Stellwert ein Drehmomentwert, der mittels der genannten Multiplikation mit dem Radius der Wickelrolle 2 vom ersten Umrichter 21 gespeisten Elektromotor mit Getriebe erzeugt wird. Der Stellbereich liegt dabei zwischen M_min und M_max.
Der Regler des zweiten Umrichters 22 erhält als Istwert die an der Welle erfasste Drehzahl, aus welcher mittels der drehzahlabhängigen Eigenhemmungs-Kennlinie M(n) der
Drehmomentensollwert M2_Soll gebildet wird, auf den das Drehmoment des zweiten
Getriebemotors hingeregelt wird. Der zweite Getriebemotor 42 kompensiert somit die Eigenhemmung des ersten Getriebemotors 41.
Somit wird der Sollwert F_Soll an Zugkraft erreicht, welcher an der Wickelrolle 2 herrschen soll.
Abhängig von dem Radius R der Wickelrolle 2 entspricht das Drehmoment M einer Zugkraft F = M x R. Vorzugsweise ist das maximale von den Antrieben erzeugbare Drehmoment M_max und das minimale, von den Antrieben erzeugbare Drehmoment M_min .
Die untere, von den Getriebemotors erzeugbaren Drehmoment-Stellgrenze MO ist nahezu Null, da der zweite Getriebemotor die Eigenhemmung, also das vom Getriebe des ersten Getriebemotors bei unbestromtem erstem Getriebemotor erzeugte Drehmoment,
kompensiert, wobei die Drehzahl durch die Welle 1 vorgegebenen ist und die Eigenhemmung entsprechend drehzahlabhängig ist. Wie in Figur 4 gezeigt wird vom ersten Getriebemotor 41 das Drehmoment M1 und vom zweiten Getriebemotor 42 das Drehmoment M2 in die Welle 1 eingeleitet. Die von den Getriebemotoren gegen die Zugkräfte erzeugte Gegenkraft F ist mittels eines Pfeils angedeutet und greift am Radius R der Wickelrolle 2 an. Figur 5 zeigt die drehzahlabhängige Eigenhemmung, also das drehzahlabhängige
Drehmoment M(n), welches bei Nichtbestromen des ersten Getriebemotors auftritt und als Kennlinie M(n) dem zweiten Getriebemotor zur Kompensation mindestens vorgegeben wird. Eine Überkompensation ist allerdings auch ausführbar. Vorteilig ist bei der
Überkompensation, dass nicht der komplizierte drehzahlabhängige Verlauf als Kennlinie vorgegeben werden muss sondern ein einfacherer Verlauf, beispielsweise ein konstanter
Verlauf. Durch die Kompensation oder Überkompensation wird als Stellbereich des gesamten Antriebs, welcher den ersten und den zweiten Getriebemotor umfasst, der Bereich 52 alleine wirksam; also wird der Bereich 53 unwirksam als Stellbereich, da er kompensiert ist
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist die Anlage ein Abwickler oder ein Aufwickler. Der Stellbereich der beiden Getriebemotoren, also ( R_max x F_max ) / ( R_min x F_min ), ist mittels der Erfindung größer als 30, wobei R_max der maximale Radius der Wickelrolle, wobei R_min der minimale Radius der Wickelrolle, wobei F_max die maximal auftretende Zugkraft ist und F_min die minimal auftretende Zugkraft ist.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen werden die Regler der beiden Umrichter vertauscht, wodurch der Umrichter des leistungsstärkeren ersten Getriebemotor die Istdrehzahl n_ist zugeführt bekommt und gemäß einer Kennlinie M(n) den
Drehmomentsollwert M_Soll bestimmt und mittels des Getriebemotors auf die Welle leitet. Der Regler des Umrichters des zweiten Getriebemotors bekommt die Istkraft F_ist und den bestimmten oder erfassten Radius der Wickelrolle 2 zugeführt, so dass er aus dem Vergleich mit der Sollkraft F Soll einen Stellwert ermittelt und somit den zweiten Regler derart betreibt, dass die Istkraft auf die Sollkraft hin geregelt wird. Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird der Radius der Wickelrolle nicht durch einen Sensor direkt erfasst sondern mittels der erfassten Abwickel- oder
Aufwickel-Geschwindigkeit des Wickelgutes und der erfassten Drehzahl der Welle bestimmt, indem der Quotient der Geschwindigkeiten gebildet wird. Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist zwischen Welle und Wickelrolle ein Getriebe angeordnet, so dass die Drehzahlen sich um einen Faktor unterscheiden.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind die Regler der Umrichter nicht in den Umrichtern (21 , 22) angeordnet sondern in einer übergeordneten Steuerung, die mittels eines Datenbus mit den Umrichtern (21 , 22) verbunden ist.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird in einem zuerst
vorausgehenden Verfahrensschritt, beispielsweise bei Inbetriebnahme, die Kennlinie der Eigenhemmung eines der beiden Getriebemotoren bestimmt, indem dieser unbestromt bei mehreren Drehzahlen betrieben wird, vorzugsweise bei entkoppelter oder leerer Wickelrolle, und das am anderen Getriebemotor auftretende Drehmoment zur Überwindung der
Eigenhemmung des zuerst genannten Getriebemotors bestimmt wird. Um Messfehler unschädlich zu machen und/oder die Überkompensation zu erreichen wird dann ein
Sicherheitszuschlag auf das bei jeder Drehzahl bestimmte Drehmoment addiert und diese so ermittelten Drehzahl-Drehmomentwertepaare als diskret dargestellte Kennlinie hinterlegt. Zwischenwerte sind durch Interpolation, insbesondere lineare Interpolation, einfach bestimmbar.
Bezugszeichenliste
1 Welle
2 Wickelrolle
41 erster Getriebemotor
42 zweiter Getriebemotor
S Sensor
F Zugkraft, welche zum Abwickeln der Wickelrolle wirksam ist
F_Soll Sollwert der Zugkraft
F_ist Istwert der Zugkraft
F_Soll, Offset Offsetwert des unbestromten ersten Getriebemotors
R Radius der Wickelroll, abhängig von der aufgewickelten Menge
M Drehmoment
M1 vom ersten Getriebemotor erzeugtes Drehmoment
M2 vom zweiten Getriebemotor erzeugtes Drehmoment
M_max Maximalwert des von den Antrieben erzeugbaren Drehmoments
M_min Minimalwert des von dem ersten Getriebemotor erzeugbaren Drehmoments MO untere, von den Getriebemotors erzeugbaren Drehmoment-Stellgrenze

Claims

Patentansprüche:
1. Anlage mit einer anzutreibenden Welle, wobei zumindest ein erster und ein zweiter Getriebemotor antreiben, wobei ein durch eine Zugkraft bewirktes Drehmoment auf die Welle wirkt, wobei die Zugkraft von einer Vorrichtung erzeugt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das vom ersten Getriebemotor erzeugte Drehmoment entgegen dem durch die Zugkraft bewirkten Drehmoment wirkt und das das vom zweiten Getriebemotor erzeugte Drehmoment in Richtung dem durch die Zugkraft bewirkten Drehmoment wirkt.
2. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Abtriebswelle des ersten und die Abtriebswelle des zweiten Getriebemotors mit der Welle drehfest verbunden sind, insbesondere wobei die beiden Abtriebswellen jeweils als Hohlwellen ausgeführt sind und jeweils auf die Welle aufgesteckt sind.
3. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste und der zweite Getriebemotor jeweils ein von einem Elektromotor motorisch oder generatorisch antreibbares Getriebe aufweist, wobei jeder Elektromotor jeweils von einem jeweiligen Umrichter gespeist wird.
4. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
mittels des ersten Getriebemotors ein mindestens viermal oder mindestens zehnmal größeres Drehmoment erzeugbar ist als mittels des zweiten Getriebemotors und/oder dass im Wesentlichen der erste Getriebemotor die obere Stellgrenze des von den Getriebemotoren erzeugbaren, in die Welle einleitbaren Drehmoments definiert.
5. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das vom zweiten Getriebemotor erzeugte und an die Welle geleitete Drehmoment betragsmäßig im Wesentlichen demjenigen Drehmomentbetrag gleicht, welcher vom
Getriebe des ersten Getriebemotors erzeugt wird, wenn der erste Getriebemotor unbestromt ist, und/oder dass der zweite Getriebemotor ein Drehmoment erzeugt, welches auf einen Drehmomentsollwert hingeregelt wird, der als Funktion der erfassten Drehzahl der wickelrolle und/oder der Welle gemäß einer Kennlinie bestimmt wird, insbesondere wobei die Kennlinie die
drehzahlabhängige Eigenhemmung des Getriebes des ersten Getriebemotors beschreibt oder überkompensierend beschreibt. .
6. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Sensor zur Erfassung des Radius der Wickelrolle vorgesehen ist oder dass der Radius der Wickelrolle aus der erfassten Drehzahl der Welle und der erfassten
Umfangsgeschwindigkeit der Wickelrolle beziehungsweise aus der Geschwindigkeit des abgewickelten oder aufgewickelten Wickelguts bestimmt wird.
7. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
in der Anlage ein Sensor zur Bestimmung der Zugkraft angeordnet ist, wobei der erfasste Istwert der Zugkraft einem Regler des den ersten Getriebemotor speisenden Umrichters zugeführt wird.
8. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
dem Regler des den ersten Getriebemotor speisenden Umrichters ein Sollwert für die Zugkraft zugeführt wird, wobei die Regelabweichung mittels Multiplikation mit dem Radius der wickelrolle in einen Drehmomentenwert M1_Soll umgerechnet wird, auf den das vom ersten Getriebemotor erzeugte Drehmoment hingeregelt wird.
9. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
dem Regler des den zweiten Getriebemotor speisenden Umrichters ein Sollwert zugeführt wird, welcher dem von dem Getriebe des ersten Getriebemotors erzeugten Drehmoment bei unbestromtem erstem Getriebemotor entspricht.
10. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Getriebemotor ein derartiges Drehmoment erzeugt, dass die Eigenhemmung des ersten Getriebemotors überwunden wird, insbesondere wobei der zweite Getriebemotor ein zum vom ersten Getriebemotor erzeugtes entgegengesetzt wirkendes Drehmoment erzeugt.
11. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Regler für den ersten Umrichter und der Regler für den zweiten Umrichter vertauscht werden.
12. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Anlage ein Abwickler oder ein Aufwickler ist und/oder dass auf der Welle eine Wickelrolle angeordnet ist.
13. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Stellbereich der beiden Getriebemotoren, also ( R_max x F_max ) / ( R_min x F_min ), größer ist als 30, wobei R_max der maximale Radius der Wickelrolle,
wobei R_min der minimale Radius der Wickelrolle,
wobei F max die maximal auftretende Zugkraft ist und F_min die minimal auftretende Zugkraft ist.
14. Verfahren zum Betreiben einer Anlage, insbesondere nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Radius einer Wickelrolle bestimmt wird und eine Zugkraft bestimmt wird,
wobei die Drehzahl der Wickelrolle bestimmt wird, wobei die Regelabweichung der erfassten Zugkraft zu einem vorgegebenen Sollwert an Zugkraft bestimmt wird und mittels des bestimmten Radius in einen Drehmomentwert umgerechnet wird, auf den das von einem ersten Getriebemotor erzeugte Drehmoment hingeregelt wird, der zweite Getriebemotor ein Drehmoment erzeugt, welches auf einen Drehmomentsollwert hingeregelt wird, der als Funktion der erfassten Drehzahl der wickelrolle und/oder der Welle gemäß einer Kennlinie bestimmt wird, insbesondere wobei die Kennlinie die
drehzahlabhängige Eigenhemmung des Getriebes des ersten Getriebemotors beschreibt oder überkompensierend beschreibt.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
in einem vorausgehenden Verfahrensschritt die Kennlinie bestimmt wird, indem der erste Getriebemotor unbestromt betrieben wird und das am zweiten Getriebemotor auftretende Drehmoment zur Überwindung der Eigenhemmung des ersten Getriebemotors bestimmt wird, insbesondere wobei ein Sicherheitszuschlag berücksichtigt wird zur Bestimmung der
Kennlinie aus den erfassten Werten.
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