Luftspinnmaschine mit Reluktanzmotoren

Abstract

 Für eine Luftspinnmaschine werden pro Spinnstelle (1, 1') für den Antrieb die Walzenpaare (21, 22, 23, 4) des Streckwerkes (2), des Abzuges (4) und der Friktionswalze (5) Reluktanzmotoren (11, 12, 13) vorgesehen. Dabei ist für den Hochlauf einer Spinnstelle (1), z.B. nach einem Garnbruch, ein besonderer Frequenzumrichter (41, 42, 43) vorgesehen. Nach Erreichen der Betriebsdrehzahl (nW0) erfolgt eine Umschaltung auf einen weiteren Frequenzrichter (31, 32,, 33), an dem die entsprechenden Reluktanzmotoren (11, 12, 13) weiterer Spinnstellen (1') parallel betrieben werden. Durch die Verwendung von Reluktanzmotoren (11, 12, 13) kann auf eine aufwendige Drehzahlregelung verzichtet werden. Eine besondere Dimensionierung der Reluktanzmotoren erlaubt ein sehr schnelles Hochfahren und einen besonders guten Wirkungsgrad im stationären Betrieb.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftspinnmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Luftspinnmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 11.

[0002] Luftspinnmaschinen weisen eine grosse Zahl von Spinnstellen auf. Dabei wird in jeder Spinnstelle aus einem zugeführten Faserlängsgebilde ein Garn gesponnnen. Der Spinnvorgang erfolgt über das Streckwerk, in dem die Fasermenge pro Längeneinheit durch Verzug verkleinert wird. Dazu weist das Streckwerk meist drei hintereinander angeordnete Walzenpaare auf, deren Umfangsgeschwindigkeit von Walzenpaar zu Walzenpaar zunimmt. Anschliessend wird das so verfeinerte Faserlängsgebilde in einer Spinndüse durch Drallerteilung zu einem Garn gesponnen. Luftspinnmaschinen verwenden für die Garnbildung die Luftspinnmethode, d.h. die Garnbildung erfolgt durch eine Luft-Drallerteilung. Das Garn wird danach mittels eines weiteren Walzenpaares abgezogen und schliesslich auf einer Garnspule aufgespult. Diese Spule wird vorzugsweise über eine Friktionswalze angetrieben, die ihrerseits mit einem Motor verbunden ist.

[0003] Nach einem Garnbruch oder einem erforderlich gewordenen Wechsel der Garnspule muss der Spinnvorgang neu angesetzt werden. Für einen möglichst kurzen Produktionsunterbruch ist es erforderlich, dass die Walzenpaare des Streckwerkes und des Abzuges wie auch die Friktionswalze sehr schnell bzw. quasi-instantan hochlaufen. Quasi-instantaner Hochlauf bedeutet hier, dass die Betriebsdrehzahl in sehr kurzer Zeit erreicht werden muss, beispielsweise innerhalb von 1 bis 2 s. Darüber hinaus wird durch einen schnellen Hochlauf auch eine bestimmte Qualität des Ansetzens sichergestellt.

[0004] In der Schrift US 2001/0042365 A1 (PAWELETZ, Anton; BAHLMANN, Bernd; BOCK, Erich; SCHULLER, Edmund) ist eine Spinnmaschine mit mehreren Einzelantrieben offenbart, bei denen ein Synchronmotor eingesetzt ist. Einer der Motoren dient dabei als "Lead Motor", so dass von seiner Drehzahl über eine Steuerung/Regelung die anderen Motoren entsprechend angesteuert werden.

[0005] Solche permanent erregte Motoren sind jedoch wegen der Magnetunterbringung nicht sehr verbreitet.

[0006] In der Schrift EP 1 205 588 A1 (Maschinenfabrik Rieter AG) ist eine Spinnmaschine offenbart, bei der das Streckwerk einer Spinnstelle wenigstens teilweise unabhängig vom Streckwerk der anderen Spinnstellen ansteuerbar und antreibbar ist, wobei dazu pro Spinnstelle mindestens ein Sensormittel vorgesehen ist. Es ist jedoch eine relativ aufwendige Regelung pro Spinnstelle notwendig, da das Hochlaufverfahren der Motoren indirekt über die erwähnten Sensormittel überwacht werden muss.

[0007] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Luftspinnmaschine und ein Verfahren zum Betrieb einer Luftspinnmaschine anzugeben, so dass für jede Spinnstelle ein einzelner Hochlauf durchgeführt werden kann und dazu keine Regelung erforderlich ist. Die dazu benötigte Steuerung soll schaltungsmässig einfach ausgestaltet sein und trotzdem ein präzises und sehr schnelles Hochlaufen erlauben. Darüber hinaus soll im stationären Betrieb ein optimaler Wirkungsgrad erzielt werden.

[0008] Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 bzw. 11 angegebenen Merkmale gelöst.

[0009] Durch die Verwendung von Reluktanzmotoren für den Antrieb der Walzen einer Spinnstelle kann auf eine Regelung verzichtet werden, da sich Reluktanzmotoren dadurch auszeichnen, dass ihre Drehzahl synchron mit der ihnen zugeführten Frequenz ist. Aufgrund von massefreien Zahnlücken -zwischen den Rotorzähnen- im Aussenbereich des Rotors weist der Reluktanzmotor ein relativ geringes Trägheitsmoment aus und eignet sich daher besonders für den Antrieb der Walzenpaare, da diese in sehr kurzer Zeit auf eine Betriebsdrehzahl beschleunigt werden müssen. Eine weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich daraus, dass für Luftspinnmaschinen lediglich ein drehzahlgenaues, nicht aber ein winkelgenaues Hochfahren erforderlich ist. Diese Anforderung lässt sich mit nicht geregelten Reluktanzmotoren auf einfache Weise erfüllen.

[0010] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben.

[0011] Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1

eine Prinzipdarstellung einer Spinnstelle einer Luftspinnmaschine mit den zugeordneten Reluktanzmotoren;

Figur 2

prinzipieller Schaltungsaufbau für die Versorgung der Reluktanzmotoren mit elektrischer Energie;

Figur 3

qualitative Darstellung der Lage des Betriebspunktes (iOp, BOp) bezüglich der Magnetisierung für die Reluktanzmotoren in einer Luftspinnmaschine gemäss der vorliegenden Erfindung;

Figur 4

Verlauf der Drehzahlen und zugeführten Spannung der Reluktanzmotoren beim Hochlauf und der Umschaltung ("switch over").

[0012] Eine Luftspinnmaschine weist eine Mehrzahl von Spinnstellen 1 auf. In der Figur 1 ist in einer Prinzipdarstellung eine einzige Spinnstelle 1 mit Streckwerk 2, Spinnbox 3, Abzug 4 und Garnspule 6 gezeigt. Das Streckwerk 2 wird durch drei Walzenpaare 21, 22 und 23 gebildet, die in Spinnrichtung D eine je grössere Umfangsgeschwindigkeit
   v1 < v2 < v3
aufweisen, um das zugeführte Faserlängsgebilde 10 zu verfeinern.

[0013] Das in der Spinnbox 3 hergestellte Garn 10 wird über ein Walzenpaar 24 des Abzuges 4 wegtransportiert und mittels einer Friktionswalze 5 auf der Garnspule 6 aufgespult. Für ein geordnetes Aufspulen sorgt eine Fadenverlegungsvorrichtung 8, die das Garn abhängig von der Rotationsgeschwindigkeit der Garnspule 6 hinund herbewegt. Der Spinnvorgang wird von einem Fadenwächter 7 überwacht, der bei einem allfälligen Garnbruch die betreffende Spinnstelle ausser Betrieb nimmt. Die vorgenannten Walzenpaare 21, 22, 23 und 24 sowie die Friktionswalze 5 werden von zugeordneten Reluktanzmotoren 11, 12, und 13 über die Antriebsverbindungen 9 angetrieben. Reluktanzmotoren sind Elektromotoren, die einen wicklungsfreien, Rotorzähne aufweisenden Rotor enthalten und deren Drehzahlverhalten im synchronen Betrieb direkt proportional der Frequenz der zugeführten Spannung ist. Das im Stator eines Reluktanzmotors zu bildende magnetische Drehfeld wird durch dreiphasige Spannungen erzeugt, die im zeitlichen Verlauf um jeweils 120° zueinander verschoben sind. Dazu weist der Stator drei Wicklungen auf, die symmetrisch versetzt angeordnet sind. Denkbar wäre auch ein zweiphasiger Betrieb und dementsprechend zwei Wicklungen auf dem Stator. Dabei sind die zuzuführenden Spannungen zueinander um 90° oder 180° verschoben. Der Rotor eines Reluktanzmotors besteht nur aus einem Blechpaket und der Welle. Die Zuordnung der Reluktanzmotoren 11, 12 und 13 zu den Walzenpaaren 21, 22, 23 und 24 ist in der Figur 1 lediglich beispielhaft zu verstehen. Es ist auch möglich, dass ein Reluktanzmotor auch nur ein einziges Walzenpaar einer Spinnstelle 1 antreibt.

[0014] In der Figur 2 ist das Antriebssystem für eine erfindungsgemässe Luftspinnmaschine mit Frequenzumrichtern zur Speisung der Reluktanzmotoren gezeigt. Dieser Übersichtsdarstellung sind zwei Spinnstellen 1 und 1' (strichlierte Rechtecke) einer Luftspinnmaschine zugrunde gelegt, wobei die Spinnstelle 1' im stationären Betrieb und die Spinnstelle 1 in der Phase des Ansetzens bzw. des Hochlaufes gezeigt ist. Selbstverständlich sind für eine Luftspinnmaschine mehr als zwei Spinnstellen vorgesehen. Es wird in der Figur 2 angenommen, dass mehrere Spinnstellen 1', .., gleichzeitig im stationären Betrieb sind. Die Frequenzumrichter 31, 32 und 33 versorgen die zugeordneten Reluktanzmotoren 11', 12' und 13' mit einer elektrischen Betriebsspannung und einer vorgegebenen Frequenz. Da die verschiedenen Spinnstellen 1, 1', .. je identisch ausgelegt sind, können die entsprechenden Reluktanzmotoren 11 und 11', 12 und 12' sowie 13 und 13' parallel geschaltet von je einem Frequenzumrichter 31 bzw. 32 bzw. 33 mit elektrischer Energie versorgt werden. Entsprechend bedeutet hier:

• Reluktanzmotoren 13, 13' .. für den Antrieb der Friktionswalzen 5 der Spinnstellen 1, 1' .. ;
• Reluktanzmotoren 12, 12', .. für den Antrieb des Walzenpaars 24 der Abzüge 4 und des Walzenpaars 23 des Streckwerkes 2 der Spinnstellen 1, 1' .. ;
• Reluktanzmotoren 11, 11' .. für den Antrieb des Walzenpaars 21 und 22 des Streckwerkes 2 der Spinnstellen 1,
  1'..;

[0015] Die Frequenzumrichter 31, 32 und 33 werden über die Sammelschiene 55 mit elektrischer Energie versorgt. Dabei werden in dieser Ausführungsform vom Frequenzumrichter 33 über einen Gleichspannungszwischenkreis 30 die anderen Frequenzumrichter 31 und 32 gespeist. Die Frequenzumrichter 41, 42 und 43 sind an einer gemeinsamen Speiseleitung 40 angechlossen und werden über einen Transformator 56 gespeist. Dabei können den Frequenzumrichtern 41, 42 und 43 mehrere Spannungen zugeführt werden. In einer weiteren Ausführungsform ist der Transformator 56 als sogenannter Spartransformator ausgeführt. Eine Steuerung der Frequenzumrichter 31, 32 und 33 für den stationären Betrieb ist insoweit erforderlich, als damit die Betriebsdrehzahlen vorgeben werden müssen, die an die jeweilige Spinncharge (Material, Art des zu spinnenden Garnes) angepasst werden muss. Dazu dient eine vorgebbare Führungsgrösse (nicht dargestellt in den Figuren 1 und 2). Gemäss Figur 1 wird angenommen, dass sich die Spinnstelle 1 in einem transienten Zustand des Hochlaufs befindet. Für die Versorgung der Reluktanzmotoren 11, 12, und 13 einer Spinnstelle 1 (oder 1', ..) in der Phase des Hochlaufs sind separate diesen Reluktanzmotoren 11, 12, und 13 zugeordnete Frequenzumrichter 41, 42 und 43 vorgesehen. Diese zugeordneten Frequenzumrichter 41, 42 und 43 sind vorteilhafterweise so dimensioniert, dass sie gleichzeitig nur die Reluktanzmotoren 11, 12 und 13 einer einzigen Spinnstelle 1 (oder 1'; ..) versorgen können. Mit einer Steuerung (nicht dargestellt in Figur 2) werden die Hochlaufparameter als Führungsgrösse vorgegeben, damit die Reluktanzmotoren 11, 12 und 13 in der geforderten Zeit die Betriebsdrehzahl erreichen. Diese Steuerung gibt dabei auch die Führungsgrössen für die Frequenzumrichter 31, 32 und 33 im stationären Betrieb vor. Unmittelbar nach Erreichen der Betriebsdrehzahl nD0, nW0 erfolgt eine Umschaltung - auch "switch over" genannt - der Energieversorgung von den zugeordneten Frequenzumrichtern 41, 42 und 43 zu den Frequenzumrichtern 31, 32 und 33. Dazu dienen Schalter 51, 52 und 53. Diese Schalter werden über eine Kopplung 50 betätigt. Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Kopplung 50 wird weiter unten mit Bezug auf die Figur 4 erläutert. Die Schalter selber 51, 52 und 53 können galvanische, d.h. mit Kontakten versehene Schalter sein oder es können auch elektronische Schalter auf der Basis von Halbleiter-Leistungsschaltern vorgesehen sein. Wichtig ist eine schnelle Umschaltung. Entsprechend der Ausführung der Schalter 51, 52 und 53 kann die Kopplung 50 mechanisch, elektrisch oder elektronisch ausgeführt sein. Die Schalter 51, 52, und 53 sind in der Figur 2 separat dargestellt. Dies ist nicht zwingend, die Schalter 51, 52, und 53 können in einem einzigen mechanischen oder elektronischen Schütz untergebracht sein.

[0016] Für die Erläuterung des Hochlaufes selber wird nun Bezug auf die Figur 4 genommen. In der Figur 4 ist der zeitliche Verlauf der Drehzahl nW der Friktionswalze 5 für das Aufwickeln ("Winding") des Garns bzw. der Drehzahl nD des zugeordneten Reluktanzmotors 13 und der Walzenpaare 24 und 23 zwischen denen die Garnbildung ("Drawing") bzw. des zugeordneten Reluktanzmotors 12 dargestellt. Die Drehzahlen sind dementsprechend mit nW und nD bezeichnet, wobei diese Grössen eine Funktion der Zeit darstellen

[0017] Die nachfolgenden Ausführungen haben entsprechend auch Gültigkeit für den Reluktanzmotor 11, auch wenn dieser Motor und die entsprechenden Walzenpaare 21 und 22 in den nachfolgenden Erläuterungen nicht explizit erwähnt werden. Die Reluktanzmotoren 12 und 13 laufen synchron mit der angelegten Frequenz auf die Betriebsdrehzahlen nWo und nD0 hoch. In den Frequenzumrichtern 42 und 43 wird eine dreiphasige Spannung erzeugt, deren Frequenz von 0 Hz auf die entsprechende Betriebsfrequenz von z.B. 235 Hz für den Reluktanzmotor 13 ansteigt. Der Anstieg ist durch die geforderte Hochlaufzeit von zum Beispiel

für den Hochlauf als Führungsgrösse vorgegeben. Auch die Angabe der Betriebsfrequenz ist lediglich als beispielhafte Angabe zu verstehen. Für jeden Reluktanzmotor einer Spinnstelle ist eine andere Betriebsfrequenz vorzusehen. Diese Betriebsfrequenzen liegen daher in einem relativ weiten Bereich von beispielsweise 95 - 300 Hz. Wichtig für das Hochlaufen ist, dass das Spannungsfrequenzverhältnis für jeden Reluktanzmotor über die Hochlaufzeitdauer 0 .. t0 konstant bleibt.
In der Fig. 4 unten ist der Spannungsverlauf u = u(t) für den Reluktanzmotor 13 bzw. den zugeordneten Frequenzumrichter 43 dargestellt. Aufgrund des vorgenannten konstanten Spannungsfrequenzverhältnisses steigt die Spannung linear mit der Zeit an bis zum Wert UW0 bei Erreichen der Betriebsdrehzahl nW0 . Unmittelbar nach dessen Erreichen kann die Spannung auf einen Wert UW0stat reduziert werden. Bei oder nach Erreichen der Betriebsdrehzahlen nWo und nD0 im Hochlauf erfolgt die Umschaltung auf die Frequenzumrichter 32 und 33 für den stationären Betrieb. Für den Umschaltzeitpunkt tU bzw. tU1 und tU2 gilt die Beziehung (vgl. Figur 4):
   t0 ≤ tU .

[0018] Anhand der Darstellung in der Figur 4 werden zwei besonders vorteilhafte Umschaltungsmodi und damit eine besondere Kopplung der Schalter 52 und 53 erläutert. Beim Umschaltvorgang kann der Fall auftreten, dass die Friktionswalze 5 zusammen mit der Garnspule 6 weniger stark eine Drehzahlreduktion erfährt als das Walzenpaar 24. Dies ist durch das grössere Massenträgheitsmoment von Friktionswalze 5 und Garnspule 6 und somit durch die grössere gespeicherte kinetische Energie begründet. Die Folge ist eine Anspannung des Garns 10 und damit ist die Gefahr von Garnbrüchen relativ hoch.

i) In einer ersten Ausführungsform wird diese Garnanspannung wie folgt verhindert: Die Umschaltung des Reluktanzmotors 13 für die Friktionswalze erfolgt zu einem früheren Zeitpunkt tU1. Erst zum Zeitpunkt

wird der Reluktanzmotor 12 für das Walzenpaar 24 des Abzugs 4 auf den Frequenzumrichter 32 für den stationären Betrieb umgeschaltet. Typische Werte für ΔtU liegen in der Grössenordnung von Millisekunden. Im stationären Betrieb weisen die Reluktanzmotoren 13 und 12 die Betriebsdrehzahl nW0stat bzw. nD0stat auf.

ii) In einer zweiten Ausführungsform zur Verhinderung einer Garnanspannung beim Umschalten wird die Betriebsdrehzahl des einen Reluktanzmotors 12 für den Abzug 4 im Hochlauf etwas höher gewählt als im stationären Betrieb:
   nD0 > nD0stat.
Typische Werte - ausgedrückt in einer Geschwindigkeit statt einer Drehzahl - liegen dabei im Bereich von z.B. 610 m/min auf 600 m/min. Beim Umschalten kann auf diese Weise eine unerwünschte zusätzliche Garnspannung verhindert werden. Zusätzlich können aus dynamischen Gründen die Betriebsdrehzahlen nW0 und nW0stat passend verschieden vorgegeben sein (nicht dargestellt in Figur 4).

[0019] Die vorstehend genannten zwei Ausführungsformen zum Umschalten können auch kombiniert werden und sind auch auf die anderen Walzenpaare entsprechend zur Verhinderung einer zusätzlichen unerwünschten Garn- bzw. Fasermaterialspannung anwendbar. Für beide vorgenannten Umschaltungsmodi i) und ii) sind die endlichen Zeiten für den Abbau des magnetischen Flusses in den Reluktanzmotoren zusätzlich zu berücksichtigen.

[0020] In beiden Ausführungsformen für das Umschalten laufen die Reluktanzmotoren bei der Speisung durch die Frequenzumrichter 31, 32, und 33 für den stationären Betrieb nicht synchronisiert bzw. asynchron hoch, z.B. von einem Geschwindigkeitswert von z.B. 580 m/min auf 600 m/min. Die vorgenannten Frequenzumrichter 31, 32, und 33 geben eine Spannung mit der konstanten Betriebsfrequenz ab, da alle entsprechenden Reluktanzmotoren der Luftspinnmaschine von einem einzigen Frequenzumrichter parallel gespeist werden.

[0021] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen werden, dass einzelnen oder allen Reluktanzmotoren einer Spinnstelle vor Beginn des Hochlaufs eine Gleichspannung zugeführt wird. Dadurch kann eine definierte Anfangsposition der Reluktanzmotoren 11, 12 und 13 bzw. der von ihnen angetriebenen Walzenpaar 21, 22, 23, 24 und der Friktionswalze 5 erreicht werden.

[0022] Die magnetische und elektrische Dimensionierung eines Reluktanzmotors ist in Figur 3 dargestellt. Die im Rotor eines Reluktanzmotors resultierende magnetische Induktion B ist über den zugeführten Strom i mit dem typischen Sättigungsverlauf dargestellt. Der Betriebspunkt Op eines Reluktanzmotors für die erfindungsgemässe Luftspinnmaschine ist deutlich unterhalb des üblichen Nennpunktes N. Dieser Nennpunkt N wird in der Regel durch den Hersteller jeweils unmittelbar vor Beginn der Sättigung bestimmt, dabei werden durch den Hersteller Nennwerte wie z.B. Drehmoment garantiert. Die vorstehend genannte Wahl des Betriebspunktes OP gegenüber dem Nennpunkt N erlaubt in einer besonderen Ausführungsform, das geforderte hohe Drehmoment für den Hochlauf so zu erreichen, dass die von den weiteren Frequenzumrichtern 41, 42, 43 abgegebene Spannung und somit der Strom i gegenüber der Betriebsspannung UOP bzw. Betriebsstrom iOp der Reluktanzmotoren deutlich überhöht ist, nämlich etwa auf den Wert iN, siehe dazu Figur 3. Die Grössenordnung der Überhöhung liegt etwa beim Faktor 1.5:

Das von einem Reluktanzmotor abgegebene Drehmoment M ist ausserhalb des Sättigungsbereiches über folgende Verknüpfung bestimmt:

Dabei bedeuten:

c

motortypspezifische Konstante innerhalb des linearen Bereiches der Induktion B, vgl. Fig. 3;

u

die dem betreffen Reluktanzmotor zugeführte Spannung (gemittelter Momentanwert).

Durch diese Dimensionierung der Reluktanzmotoren wird das geforderte hohe Drehmoment M erreicht. Wäre der Betriebspunkt Op ungefähr an der üblichen Lage des Nennpunktes N eines Reluktanzmotors, könnte zwar die Spannung ebenfalls erhöht werden, dies würde jedoch wegen auftretender Sättigungseffekte nicht zum geforderten Drehmoment M führen. Die vorgenannte Dimensionierung der Reluktanzmotoren für die erfindungsgemässe Luftspinnmaschine weist einen besseren Wirkungsgrad auf gegenüber einem Reluktanzmotor, dessen Betriebspunkt Op auf dem üblichen durch den Hersteller vorgegebenen Nennpunkt N gewählt wird. Dies ist begründet durch den Betrieb im noch einigermassen linearen Bereich der magnetischen Induktion B gegenüber dem Strom i, vgl. dazu die qualitative Darstellung in Figur 3. Ein höherer Wirkungsgrad hat in bezug auf Luftspinnmaschinen den grossen Vorteil, dass in den betreffenden Spinnsälen weniger Verlustwärme abgeführt werden muss.

[0023] Zusätzlich zur vorgenannten elektrischen bzw. magnetischen Dimensionierung der Reluktanzmotoren sind die Lastbedingungen der verschiedenen Teile einer Luftspinnmaschine zu berücksichtigen. Für die Dimensionierung des Reluktanzmotors 13 zum Antrieb der Garnspule 6 über die Friktionswalze 5 sind ein relativ hohes Trägheitsmoment und eine relativ geringe Last zu beachten. Demgegenüber ist für die Reluktanzmotoren 11 und 12 zum Antrieb des Streckwerkes 2 ein mittleres Trägheitsmoment der anzutreibenden Walzenpaare 21, 22 und 23 eine relativ hohe Last einzurechnen.

[0024] Die vorgenannte Dimensionierung der Reluktanzmotoren ist unabhängig von einem diesen zugrunde gelegten Betriebsverfahren.

[0025] Für die erfindungsgemässe Luftspinnmaschine ist in einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung vorgesehen, die Frequenzumrichter und die daran angeschlossenen Reluktanzmotoren im Vierquadrantenbetrieb zu nutzen. Bei einem Ausfall der über die Sammelschiene 55 zugeführten Energie kann auf diese Weise die Luftspinnmaschine definiert heruntergefahren werden:
Die durch das Massenträgheitsmoment von Garnspule 6 und Friktionswalze 5 gespeicherte kinetische Energie wird von den zugeordneten Reluktanzmotoren 13, 13', ..(nun eigentlich sind es Generatoren) über den Frequenzumrichter 33 dem Gleichstromzwischenkreis 30 zugeführt, so dass die anderen Reluktanzmotoren 11 und 12 von den betreffenden Frequenzumrichtern 31 und 32 mit elektrischer Energie versorgt werden. Dadurch kann ein synchrones Herunterfahren der Luftspinnmaschine erzwungen werden. Dieser Vorgang bedingt wegen der synchronen Betriebsweise keine Regelung und insbesondere keine Drehzahlgeber bezüglich der Drehzahlen der einzelnen Motoren/Generatoren. Den einzelnen Frequenzumrichtern 31 und 32 ist von einer Steuerung eine Führungsgrösse zuzuführen, die als eine Funktion der Zeit ausgebildet ist. Diese Führungsgrösse kann aus den im Frequenzumrichter 33 ab den Reluktanzgeneratoren 13 vorhandenen Grössen Frequenz, Spannung und Strom abgeleitet werden und definiert das Herunterfahren einer erfindungsgemässen Luftspinnmaschine. In einer besonderen Ausführungsform des Herunterfahrens kann vorgesehen sein, die Spannung im Gleichspannungszwischenkreis 30 über die Zeit mit einer Regelung konstant zu halten. Die vorgenannte Betriebsweise kann auch angewendet werden, um einen kurzzeitigen Spannungsausfall auf der Sammelschiene 55 zu überbrücken. Dadurch ist es möglich, solche Ereignisse ohne Garnbrüche zu überbrücken.

[0026] Um die Klimaanlage eines Saales zu entlasten, kann für die Reluktanzmotoren eine Wasserkühlung vorgesehen sein. Das für die Kühlung benutzte Wasser zirkuliert im die Wicklung tragenden Stator der Reluktanzmotoren.

[0027] Die vorgenannte Zuordnung der Reluktanzmotoren 11, 12, 13 zu den einzelnen Walzen 21, 22, 23 24 und 5 und zu den Frequenzumrichtern 31, 32 und 33 ist für die vorliegende Erfindung lediglich beispielhaft zu verstehen. Insbesondere können für den generatorischen Betrieb beim Herunterfahren auch andere als der erwähnte Reluktanzmotor 13 herangezogen werden.

[0028] Von den beschriebenen Ausführungsformen sind daher leicht weitere vorteilhafte Anordnungen und Kombinationen ableitbar, die ebenfalls den Erfindungsgedanken wiedergeben.

Liste der verwendeten Bezugszeichen und Begriffe

[0029] 

1

Spinnstelle

2

Streckwerk enthaltend Walzenpaare 21, 22 und 23

3

Spinnbox

4

Abzug, Walzenpaar des Abzuges

5

Friktionswalze

6

Garnspule

7

Fadenwächter

8

Fadenverlegungsvorrichtung

9

Antriebsverbindung

10

Faserlängsgebilde, Garn

11

Reluktanzmotor für den Antrieb des ersten und zweiten Walzenpaares 21 und 22

12

Reluktanzmotor für den Antrieb des dritten Walzenpaares 23 und des Abzugs 4

13

Reluktanzmotor für den Antrieb der Friktionswalze 5

21

erstes Walzenpaar des Streckwerkes 2

22

zweites Walzenpaar des Streckwerkes 2

23

drittes Walzenpaar des Streckwerkes 2

24

Walzenpaar des Abzugs

30

Gleichspannungszwischenkreis der Frequenzumrichter für den stationären Betrieb, auch Gleichspannungszwischenkreis oder DC-Kreis genannt

31

Frequenzumrichter für Reluktanzmotoren 11 im stationären Betrieb

32

Frequenzumrichter für Reluktanzmotoren 12 im stationären Betrieb

33

Frequenzumrichter für Reluktanzmotoren 13 im stationären Betrieb

40

Speiseleitung für die Versorgung der Frequenzumrichter für den Hochlauf

41

Frequenzumrichter für den Reluktanzmotor 11 für den Hochlauf

42

Frequenzumrichter für den Reluktanzmotor 12 für den Hochlauf

43

Frequenzumrichter für einen Reluktanzmotor 13 für den Hochlauf

50

Kopplung der Schalter 51, 52 und 53

51

Schalter für Speisung Reluktanzmotor 11

52

Schalter für Speisung Reluktanzmotor 12

53

Schalter für Speisung Reluktanzmotor 13

55

Sammelschiene zur Speisung der Frequenzumrichter

56

(Spar-) Trafo zur Speisung der Frequenzumrichter für den Hochlauf

B

Magnetische Induktion

BN

Magnetische Induktion des Nennpunktes

BOp

Magnetische Induktion des Betriebspunktes

D

Spinnrichtung

iN

Strom beim Betriebspunkt

iOp

Strom beim Nennpunkt

N

Ueblicher Betriebspunkt von Reluktanzmotoren

nD

Drehzahl des Abzugs 4 ("Drawing")

nD0

quasistationäre Drehzahl des Abzugs 4 vor dem Umschalten ("switch over")

nD0stat

stationäre Drehzahl des Abzugs 5 nach dem Umschalten

nW

Drehzahl der Friktionswalze 5 ("Winding")

nW0

quasistationäre Drehzahl der Friktionswalze 5 vor dem Umschalten

nW0stat

stationäre Drehzahl der Friktionswalze 5 nach dem Umschalten

Op

Betriebspunkt von Reluktanzmotoren in einer erfindungsgemässen Luftspinnmaschine

t0

Hochlaufzeit

tU1

1. Umschaltzeitpunkt

tU2

2. Umschaltzeitpunkt

ΔtU

Umschaltdauer

UW0

zugeführte Spannung bei Erreichen der quasistationären Drehzahl der Friktionswalze 5

UW0stat

zugeführte Spannung nach Erreichen der quasistationären Drehzahl der Friktionswalze 5

Liste der zitierten Schriften

[0030] 

EP 1 205 588 A1

(Maschinenfabrik Rieter AG)

US 2001/0042365 A1

(PAWELETZ, Anton; BAHLMANN, Bernd; BOCK, Erich; SCHULLER, Edmund)

Ansprüche

1. Mehrere Spinnstellen (1) aufweisende Luftspinnmaschine, wobei jede Spinnstelle (1) enthält:

- ein mehrere Walzenpaare (21, 22, 23) aufweisendes Streckwerk (2),

- einen ein Walzenpaar (24) aufweisenden Abzug (4),

- eine durch eine Friktionswalze (5) angetriebene Garnspule (6) und

- elektrische betriebene Motoren (11, 12, 13), die für den Antrieb der Walzenpaare (21, 22, 23, 24) und der Friktionswalze (5) vorgesehen sind;

dadurch gekennzeichnet, das
jeder der vorgenannten Motoren als Reluktanzmotor (11, 12, 13) ausgebildet ist und über je einen Schalter (51, 52, 53) mit einem Frequenzumrichter (31, 32, 33; 41, 42, 43) verbunden ist.

2. Luftspinnmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
im stationären Betrieb jeder Reluktanzmotor (11, 12, 13) über den Schalter (51, 52, 53) von einem Frequenzumrichter (31, 32, 33) gespeist wird und dass für den Hochlauf jeder Reluktanzmotor (11, 12, 13) über den Schalter (51, 52, 53) auf je einen zugeordneten Frequenzumrichter (41, 42, 43) umschaltbar ist.

3. Luftspinnmaschine nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
an jedem Frequenzumrichter (31, 32, 33) für den stationären Betrieb die entsprechenden Motoren (11, 11'; 12, 12';13, 13') weiterer Spinnstellen (1, 1') parallel über die Schalter (51, 52, 53) angeschlossen sind.

4. Luftspinnmaschine nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
jeder Frequenzumrichter (41, 42, 43) für den Hochlauf mit jeweils nur einem Reluktanzmotor (11, 12, 13) über den Schalter (51, 52, 53) verbunden ist.

5. Luftspinnmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schalter (51, 52, 53) als galvanische Schalter oder als elektronische Schalter ausgebildet sind.

6. Luftspinnmaschine nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Steuerung der zeitlichen Abfolge des Umschaltens der Reluktanzmotoren (11, 12, 13) einer Spinnstelle (1, 1') die Schalter (51, 52, 53) eine Kopplung (50) aufweisen.

7. Luftspinnmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Betriebspunkt (Op) der Reluktanzmotoren (11, 11'; 12, 12'; 13, 13') unterhalb des Nennpunktes (N) liegt.

8. Luftspinnmaschine nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die dem Betriebspunkt (Op) und dem Nennpunkt (N) entsprechenden Stromstärken iN, iOp über die Beziehung

verknüpft sind.

9. Luftspinnmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Frequenzumrichter (31, 32, 33) für den stationären Betrieb einen gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis (30) aufweisen.

10. Luftspinnmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Statoren der Reluktanzmotoren (11, 11', ..; 12, 12', .. 13, 13', ..) eine Wasserkühlung aufweisen.

11. Verfahren zum Betrieb einer mehrere Spinnstellen (1, 1') aufweisenden Luftspinnmaschine, wobei jede Spinnstelle (1, 1') enthält:

- ein mehrere Walzenpaare (21, 22, 23) aufweisendes Streckwerk (2),

- einen ein Walzenpaar (24) aufweisenden Abzug (4),

- eine durch eine Friktionswalze (5) angetriebene Garnspule (6) und

- Elektromotoren (11, 12, 13), die für den Antrieb der Walzenpaare (21, 22, 23, 24) und der Friktionswalze (5) vorgesehen sind;

dadurch gekennzeichnet, dass
jeder der vorgenannten Elektromotoren als Reluktanzmotor (11, 12, 13) ausgebildet ist, wobei jeder Reluktanzmotor (11, 12, 13) einer Spinnstelle (1, 1') mit genau einem Schalter verbunden ist, und dass

A für den Hochlauf jeder Reluktanzmotor (11, 12, 13) einer Spinnstelle (1, 1') über einen zugeordneten Schalter (51, 52, 53) von je einem zugeordneten Frequenzumrichter (41, 42, 43) gespeist wird und

B nach erfolgtem Hochlauf eine Umschaltung mittels der zugeordneten Schalter (51, 52, 53) erfolgt, so dass im stationären Betrieb die entsprechenden Reluktanzmotoren (11, 11'; 12,12'; 13, 13') mehrerer Spinnstellen (1, 1') über die zugeordneten Schalter (51, 52, 53) von je einem Frequenzumrichter (31, 32, 33) gespeist werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11;
dadurch gekennzeichnet, dass
im Verfahrensschritt A die Reluktanzmotoren (11, 12, 13) einer Spinnstelle mit einem konstanten Spannungsfrequenzverhältnis gespeist werden und dass die Reluktanzmotoren (11, 12, 13) synchron der zugeführten Frequenz hochlaufen.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12;
dadurch gekennzeichnet, dass
dass im Verfahrensschritt A die zu erreichende Drehzahl (nD0) im Hochlauf für den Reluktanzmotor (12) zum Antrieb des Walzenpaars (24) des Abzugs (4) höher ist als dessen Drehzahl (nD0stat) im stationären Betrieb um eine Garnanspannung zu vermeiden.

14. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12;
dadurch gekennzeichnet, dass
im Verfahrensschritt B der Umschaltzeitpunkt (tU1) des Reluktanzmotors (13) für den Antrieb der Friktionswalze (5) vor dem Umschaltzeitpunkt (tU2) des Reluktanzmotors (12) für den Antrieb des Walzenpaars (24) für den Abzug (4) liegt um dadurch eine Garnanspannung zu vermeiden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Verfahrensschritt B jeder Reluktanzmotor (11, 12, 13) unmittelbar nach dem Umschalten nicht synchronisiert auf die Betriebsdrehzahl (nD0stat, nW0stat) im stationären Betrieb hochläuft.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15
dadurch gekennzeichnet, dass
die Frequenzumrichter (31, 32, 33) für den stationären Betrieb einen gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis (30) aufweisen und vierquadrantenbetriebsfähig sind.

17. Verfahren nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei Ausfall der Energieversorgung die Reluktanzmotoren (13, 13') für den Antrieb der Friktionswalze (5) generatorisch betrieben werden und die gewonnene elektrische Energie den anderen Reluktanzmotoren (11, 11', ..; 12, 12', ..) für den Antrieb der Walzenpaare (21, 22, 23 24) zugeführt wird um die Luftspinnmaschine definiert herunterzufahren um damit das Auftreten von Garnbrüchen zu vermeiden.

18. Verfahren nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, dass
beim definierten Herunterfahren der Luftspinnmaschine der Gleichspannungszwischenkreis (30) auf konstanter Spannung gehalten wird.

Zeichnung