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Elektrische Fadenhremseinrichtung für Spinn-, Zwirn- und ähnliche
Maschinen Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Fadenbremseinrichtung
für Spinn-, Zwirn- und ähnliche Maschinen: Die Erfindung besteht darin, daß die
durch den. Spinnvorgang bedingte Augenblicksdrehzahl des nacheilenden Teiles bis
zu einem Betrage unterhalb des für kleinsten Aufwindedurchmesser erforderlichen
Betrages motorisch, darüber hinaus durch den Fadenzug mit der Wirkung eines Energierichtungswechsels
in den Motoren zwecks gleichmäßiger Fadenbremsung hergestellt wird. Dabei sind die
Motoren der nachgeschleppten Teile von einem Generator gespeist, welcher mit dem
Generator für die Antriebsmotoren für den voreilenden Teil gekuppelt ist. Diese
Kupplung kann in der Weise durchgeführt sein, daß der zum nacheilenden Teil der
Spinnmaschine gehörende Generator über ein Regelgetriebe mit dem Motor verbunden
ist, welcher den zum voreilenden Teil der Spinnmaschine gehörenden Generator antreibt.
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Durch die Erfindung wird für elektrisch betriebene Spinnmaschinen
die Aufgabe gelöst, sowohl den voreilenden Teil als auch den nacheilenden Teil der
Spinnmaschine unter Vermeidung von energievernichtenden Bremsen anzutreiben, wobei
der eine Teil mit konstanter und der andere mit regelbarer Geschwindigkeit arbeitet,
wie es bereits von mechanisch angetriebenen Spinnmaschinen her bekannt ist.
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Ein Ausführungsbeispiel eines Antriebes nach der Erfindung ist in
der Fig.3 schematisch dargestellt. Die Flügelmotoren i i werden in bekannter Weise
von einem Asynchronperiodenumformer gespeist, dessen Generator 13 von einem Motor
1q. angetrieben wird. Die Spulenbremsmotoren 12- sind an einen Synchrongenerator
15 angeschlossen, der mit einer Erregermaschine 16 versehen ist. Dieser Synchrongenerator
15 muß eine niedrigere Frequenz liefern als der Periodenumformer 13 für den Flügelantrieb.
Der Synchrongenerator 15 erhält seinen Antrieb ebenfalls vom Motor 14. des Periodenumformers,
und zwar zweckmäßig über ein regelbares Getriebe 17, das beispielsweise mit einem
Hebel iß einstellbar bzw. regelbar ist.
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Zur näheren Erläuterung der Wirkungsweise der Fadenbremseinrichtung
gemäß der Erfindung sei zunächst auf die Geschwindigkeitsverhältnisse bei Durchspinnern
eingegangen. Es ist L=z@@c# (n-v).
Hier bezeichnet L die Garnlieferung
in in/inin, 11. die Drehzahl des voreilenden Teils/min, v die Drehzahl des nachgeschleppten
Teils, min, 7- den Aufwindelialbmesser in m. Ferner ist die Garndrehung
worin b den Drehungsgrad N die Garnnummer bedeutet. Aus diesen Gleichungen ergibt
sich
Beispielsweise sei für einen Spinnbetrieb finit L = io in/inin.
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1't11 = 12 111,/9r.
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3 300riN#l111 . cS = i oo kleinster Spulenhalbinesser r" = o,65 cm,
größter Spulenhalbmesser R = 2 cm; dann ergibt die Gleichung folgende Werte für
kleinen Spulenhalbmesser r":
für großen Spulenhalbmesser R:
Das bedeutet: bei kleinem Spulenhalbmesser muß der nachgeschleppte Teil um etwa
7"A, bei großem Spulenhalbinesser um etwa 211, hinter dem voreilenden Teil in der
Drehzahl zurückbleiben. Es ergeben sich folgende Drehzahlen voreilender Teil
........ 3300,
nacheilender Teil ....... 3070-3225.
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-Zur Erreichung dieser Drehzahlen wird der nacheilende Teil durch
den Faden gezwungen. Während des Spinnens bewegt sich also die Spulendrehzahl in
Abhängigkeit vom Aufwindelialbmesser auf dem in Fig. i ausgezogen gezeichneten Kurvenast.
Dieser ist um so eher durch eine gerade Linie ersetzbar, je größer. der kleinste
Aufwindehalbmesser (d.li. er Spulenkern) im Verhältnis zum Außendurchmesser der
vollen Spule gewählt worden ist.
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Weiterhin sind in der Fig.2 die allgemeinen Zusammenhänge zwischen
Drehzahlen und Drehmomenten veranschaulicht. Es sind bezeichnet: i. die Drehzahlen
des voreilenden Teiles (Flügel) mit n, 2. die des nacheilenden Teiles (Spule) mit
v, 3. Fußzeichen l bedeutet die Leerlaufdrehzahl, bei der die umlaufende Achse nur
durch ihren Eigenverbrauch belastet ist, .4. Fußzeichen a. bedeutet die Arbeitsdrehzahl,
bei der Flügel bzw. Spule sowohl durch ihren eigenen Verbrauch als auch durch den
Fadenzug belastet sind.
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5. Fußzeichen o bedeutet die Nullastdrehzahl, die bei einer umlaufenden
Achse erreicht würde, wenn auch deren Eigenverbrauch = Null wäre. Bei elektrischem
Antrieb durch Asvnchronmotoren entspricht diese N ullastdrehzahl der Synchrondrehzahl.
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Unter den in Fig.2 dargestellten Verhältnissen hat die Drehzahl/Drehmonientlinie
AB
des Flügels wegen des verhältnismäßig geringen Drehzahlabfalles bei Belastung
das Kennzeichen eines starren Drelizalilverhaltens. Im Gegensatz hierzu ist die
für die Spule dargestellte Kennlinie 0C wegen ihres wesentlich stärkeren Abfalles
bei Belastung als nachgiebiges Drehzahlverhalten anzusprechen. Diese Kennlinien
(Aß und 0C) sind so zu verstehen, daß z. B. der Flügel, der sich bei abgerissenem
Faden auf dem Leerlaufpunkt zrl befindet, bei angeknüpftem Faden durch das zusätzliche
Fadenzugmoinent hlf auf den Betriebspunkt iiu gebracht wird. Ebenso würde der Spulenträger,
der bei abgerissenem Faden mit der Drehzahl v1 läuft, bei einer weiteren Bremsung
(beispielsweise durch Fingerdruck am Wirtel) noch stärker, z. B. bis auf den Punkt
C in der Drehzahl abfallen.
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Erfindungsgemäß kann nun der Antrieb des nachgeschleppten Teiles (der
Spule) so angeordnet werden, daß die Nullastdrehzahl v, (Punkt o) unterhalb der
kleinsten Spulendrehzahl liegt, welche die Spule nach dem Anspinnen unter Wirkung
des Fadenzuges zwangsläufig einnehmen muß, d. h. unterhalb des Punktes G (kleinste
Spulendrehzahl vk).
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Mittel, um das Drehzahlverhalten der Antriebsmittel für die Spule
im Sinne einer vergrößerten Nachgiebigkeit zu beeinflussen, sind beim elektrischen
Antrieb z. B. die Veränderung der Spannung der Kraftquelle für die Kurzsclilußbreinsung.
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Wenn in Fig. 2, wie schon angedeutet,
durch vergrößerte
Bremsung der zunächst leer laufend (v1) gedachten Spule deren Drehzahl ungefähr
nach einer geraden Linie bis auf Punkt C abfällt, so wird andererseits die Spule,
wenn sie nach dem Anspinnen durch den Fadenzug auf Drehzahlwerte von 'vIt (Punkt
G) bis vg (Punkt F) hinaufgezogen wird, dabei Momentwerten GD, FE unterliegen,
die sich durch Verlängerung der Linie CO in Richtung 0E ergeben. Von vl bis
v, wird das entsprechende Drehmoment GJ = FH dazu verbraucht, um die Kraftquelle
für den Spulenantrieb zu entlasten. Von v, bis v, ergibt sich dann eine Rückgabe
der Bremsenergie an die Kraftquelle entsprechend den Bremsmomenten GD und
FE.
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Dieser Verlauf des Bremsmomentes nach' einer zunächst angenähert als
Gerade Bedach= ten Kurve DE entspricht bereits weitgehend der oben erwähnten
Forderung eines gleichbleibenden Aufwindefadenzuges P, welcher durch eine Änderung
des Bremsmomentes M proportional dem Aufwindehalbmesser erreicht wird, kommt also
der Forderung
auf vollkommen selbsttätige Weise sehr nahe. Um dieses Bremsverfahren auf Garne
beliebiger Faserart und Nummernfeinheit anwenden zu können, kommen verschiedene
Anpassungserfordernisse in Frage, die sich mit den nachstehend noch zu schildernden
Anordnungen auf einfache Weise erreichen lassen: i. Die Änderung des Fadenzugverhältnisses
bei leerer und voller Spule ergibt sich durch Verlegung des Spulennullastdrehzahlpunktes
O, und zwar bei elektrischer Kraftübertragung, z. B. durch eine gleichsinnige Regelung
eines Generators für die Spulenantriebsmotoren auf eine andere Frequenz. -a. Die
Neigung der Linie DE entspricht einer bestimmten Aufwindefadenspannung; deren
Größe (bzw. Neigung der Linie DE)
wird beeinflußt durch Veränderung des Drehzahlverhaltens,
d. h. des Drehzahlabfalles des Antriebsmittels bei zunehmender Belastung. Dies geschieht
bei elektrischer Kraftübertragung z. B. durch Spannungsregelung an der Stromquelle
für die Spulenmotoren oder durch Veränderung der Streuung der Einzelmotoren, womit
auch eine Einzelanpassung an die gegebenen Verhältnisse einer jeden Spinnstelle
erzielt werden kann. Für die Spannungsregelung ist es zweckmäßig, einen Synchrongenerator
zu wählen. , An Stelle dessen kommt auch ein Wechselrichter in Frage.
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3. Eine Krümmung der zunächst geradlinig gedachten Kurve
DE etwa in DE" kann dazu dienen, um die Bestimmung M proportional
r (vgl. auch die Kurve Fig. i) vollkommen zu erfüllen. Dies geschieht bei elektrischer
Kraftübertragung, beispielsweise mit den gleichen Mitteln wie vorstehend unter 2.
angegeben, jedoch nicht als einmalige Einstellung vor Beginn des Spinnens, sondern
durch entsprechende Verstellung während des Abzuges selbst, insbesondere in Abhängigkeit
von, dem fortschreitenden Spulendurchmesser bzw. der Spulenbankstellung.
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Die vorstehend genannten Einstell- bzw. Regelmöglichkeiten können
einzeln als auch kombiniert zur Anwendung kommen.
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Bisher war angegeben worden, wie man nach dieser Erfindung eine konstante
Aufwindefadenspannung P erhalten kann. Nun ist für die Belange des Spinnens ein
Konstanthalten der Spinnspannung T zwischen Streckwerk und Fadenauge wichtiger,
wenn eine gleichbleibende Fadenbruchhäufigkeit angestrebt wird. Bekanntlich ist
die Spinnspannung T wesentlich kleiner als die Aufwindefadenspannung P und zeigt
auch einen schwächern Abfall mit wachsendem Spulendurchmesser, gleichbleibende Drehzahl
vorausgesetzt. Wenn nun T konstant gehalten. werden soll, so muß also das Bremsmoment
M weniger stark mit dem Aufwindehalbmesser r zunehmen, als es bei P der Fall wäre,
z. B. nur bis zum Punkt E'. Eine solche Momentencharakteristik läßt sich aber ebenfalls
ohne weiteres mit den oben angegebenen Mitteln, gegebenenfalls durch gleichzeitige
Anwendung mehrerer Mittel, erzielen. Selbstverständlich können auch beliebige Zwischenwerte
erreicht werden, so daß man mit der Erfindung allen praktischen Forderungen nachkommen
kann.
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Das Ergebnis der Einstellung läßt sich mit einem geeigneten Fadenspannungsmesser
ohne weiteres feststellen. Es ist aber auch möglich, falls die Einstellung der vorgenannten
Mittel noch nicht ganz befriedigen sollte, in Abhängigkeit vom tatsächlich auftretenden
Fadenzug regelnd einzugreifen, z. B. mit Hilfe von Bolometern und Einrichtungen,
die den in Abhängigkeit vom Fadenzug am Lieferwerk stehenden Regelimpuls zusätzlich
beeinflussen. ° Durch Veränderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen Periodenumformer
und Synchrongenerator (Änderung der Periodenzahl) läßt sich nun der Punkt O der
Fig. 2 beliebig verschieben, während durch Änderung der Spannung der Erregermaschine
16 und damit der Spannung des Generators 15 die Steilheit der Kurve DE eingestellt
bzw. geregelt werden kann. Dabei kann sowohl der Einstellhebel 18 für das Übersetzungsgetriebe
als auch die Erregerspannung der
Maschine 16 selbsttätig in Abhängigkeit
von Betriebsgrößen, wie z. B. der Spulenbankstellung oder der Fadenspannung, geregelt
werden. Regelt man allein durch Frequenzänderung, so gewinnt man den Vorteil, daß
die Spulenbremsmotoren ständig auf' einer Charakteristik arbeiten können, die die
größtmögliche Energierückgabe gewährleistet. Regelt man selbsttätig vom Fadenzug
T aus, so wird man zum Antrieb des Synchrongenerators 15 an Stelle des Regelgetriebes
17 einen besonderen verlustlos regelbaren Drehstromnebenschlußinotor wählen. Die
Spannung kann in allen Fällen zweckmäßig so niedrig gehalten werden, daß keine Gefährdung
des Bedienungspersonals eintritt.
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Durch die Erfindung wird gewährleistet, daß das erforderliche Bremsmoment
in jedem Augenblick richtig eingestellt werden kann, wobei die Bremsenergie nicht
nutzlos verloren geht. Beim Anspinnen fällt der erhöhte Fadenzug mit dem früher
die Reibung der Ruhe und die Trägheit der Spule überwunden werden mußte, fort. Falls
aus irgendwelchen Gründen der Spulenbremsmotor sich jedoch schneller als zulässig
beschleunigen sollte, kann man sein Beschleunigungsmoment mit an sich bekannten
Mitteln, wie z. B. vorgeschalteten Widerständen, Stromverdrängungsanker (Doppelnutniotor)
u. dgl., für die Dauer des Anlaufes ändern. Für die einzelne An-und Abstellung einer
Spinnstelle zum Anknüpfen gerissener Fäden empfiehlt sich, ein einziges Bedienungsglied
sowohl für den Antrieb des Flügels als auch der Spule vorzusehen.