VORRICHTUNG MIT GEKüHLTEM LEISTUNGSTEIL ZUR HERSTELLUNG VON EFFEKTGARN

Beschreibung

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Leistungsteil einer Steuerungseinheit einer Vorrichtung zur Herstellung von Effektgarn, gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs, sowie die Steuerungseinheit und die Vorrichtung selber, und eine Ringspinnmaschine mit einer solchen Vorrichtung.

Stand der Technik

Für die Herstellung von Effektgarnen mit Verdickungen, Noppen und Flammen können herkömmliche Ringspinnmaschinen mit speziellen Vorrichtungen aus- oder nachgerüstet werden, die einen zusätzlichen Differentialantrieb aufweisen, welcher dem den Unterzylinder des Streckwerks schnell und präzise gesteuert zur Crunddrehzahl eine zusätzliche Drehzahlkomponente überlagert. Die daraus resultierende kurzfristig änderbare Streckung des Vor- gams/Faserbands führt zu einer vergrösserten Massezufuhr, und damit dann zu den gewünschten Verdickungsstellen im gesponnenen Garn von ca. 3 bis 10 cm Länge.

DE4041 301 offenbart ein solches Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Effektgarnes auf einer Ringspinnmaschine. Gezeigt wird eine kompakte, präzis regulierbare Spinnmaschine zu Herstellung von Effektgarnen. Die für die Effektgarnerzeugung erforderli- chen Geschwindigkeitsvariationen der Streckwerke werden mittels Servomotoren und einer elektronischen Steuerung ermöglicht. Die erwähnte Vorrichtung eignet sich zur Verwendung mit der in dieser Anmeldung offenbarten Erfindung.

Steuerung und Betrieb der elektrischen Servomotoren des Differentialantriebs erfolgt mit einem Leistungsteil der Steuerungseinheit, welcher anhand eines beliebig anpassbaren Programms die Drehzahl des Elektromotors derart fährt, dass die gewünschte Streckungsvariie- rung erfolgt. Die Programmierung der Steuerungseinheit erfolgt an einem Bedienungsteil über einen Datenträger. Um lange Steuerleitungen zu vermeiden, muss die Steuerungseinheit, insbesondere der Leistungsteil, in unmittelbarer Nähe zum Differentialantrieb angeordnet sein. Steuerungseinheiten für mehrere Vorrichtungen zum Betrieb mehrerer Spinnbänke können auch zusammengefasst sein, bzw. der Leistungsteil einer Steuerungseinheit kann über mehrere Leistungselektronikmodule verfügen, die parallel je einen Elektromotor einer Vorrichtung steuern und betreiben.

Um die durch die Leistungselektronik der Steuerungseinheit entstehende Wärme abzuführen, wird bei den bekannten Steuerungseinheiten das Cehäuseinnere des Leistungsteils mittels Ventilatoren luftgekühlt. Wegen der unvermeidbar hohen Staubbelastung in der Umgebung von Spinnmaschinen muss die von Aussen angesaugte Umgebungsluft gefiltert werden. Die dazu verwendeten Filtermatten verstopfen, wenn sie nicht regelmässig gewartet und ausgetauscht werden. Dies führt dann zu einer überhitzung und dem Ausfall der Steuerungselektronik. Weiter können weitere Umweltfaktoren wie bspw. sehr hohe relative Luftfeuchtigkeit und hohe Umgebungstemperatur sowie statische Aufladungen bei der Garnproduktion und elektromagnetische Störfelder zu Ausfällen der Elektronik führen. Jeder Produktionsunter- bruch einer Spinnbank jedoch, sei es nun wegen dem Ausfall der Steuerungselektronik oder wegen notwendiger Wartungsarbeiten, führt zu einer Reduktion der Produktionsmenge und damit zu einer verminderten Rentabilität der Anlage.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Leistungsteil für eine Steuerungseinheit einer Vorrichtung zur Herstellung von Effektgarn zur Verfügung zu stellen, welche die oben erwähnten und

andere Nachteile nicht aufweist. Insbesondere soll ein erfindungsgemässes Leistungsteil, und damit die ganze Steuereinheit, über eine hohe Ausfallsicherheit verfügen.

Diese und andere Aufgaben werden erfüllt durch ein Leistungsteil gemäss dem unabhängigen Patentanspruch. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen An- Sprüchen gegeben.

Bei einem erfindungsgemässen Leistungsteil wird ein dauerhafter Schutz gegen die Einflüsse einer ungünstigen Umgebung, insbesondere gegen Staub und Feuchtigkeit, erreicht, indem der Leistungsteil mit einem geschlossenem Gehäuse realisiert ist, in welchem die zu schützenden elektronischen Komponenten angeordnet sind. Das Gehäuse verfügt im Wesentli- chen ausser Kabeldurchlässen, insbesondere für Speisungs- und Steuerungsleitungen, über keine öffnungen, so dass Staub und Feuchtigkeit nicht in den Innenraum gelangen können. Im Speziellen sind keine Ventilationsöffnungen vorhanden, deren Filtermatten verstopfen können. Bevorzugt sind die verbleibenden öffnungen des Gehäuses staubdicht abgedichtet. In einer weiteren bevorzugten Variante ist das Gehäuseinnere gegen elektromagnetische Störungen von aussen abgeschirmt, bspw. durch eine geeignete Ausgestaltung des Gehäuses, und entsprechende Dichtungselemente.

Um dennoch die Abfuhr der anfallenden Abwärme der Elektronik, insbesondere der Leistungsmodule, sicherzustellen, verfügt ein erfindungsgemässer Leistungsteil über eine Kühlvorrichtung mit einer Kühlplatte, die eine Seitenwand des Gehäuses bildet. Die im Innen- räum des Gehäuses produzierte Wärme wird über diese Kühlplatte an die Aussenwelt abgegeben.

Der Abtransport der Wärme aus der Kühlplatte kann mittels Luftkühlung erfolgen. In diesem Fall verfügt die Kühlplatte auf der aussen liegenden Seite über eine Mehrzahl von Kühlrippen, welche die Oberfläche der Kühlplatte um ein Vielfaches vergrössem. Um eine effiziente

Luftzirkulation sicherzustellen, sind diese vorzugsweise senkrecht zur Horizontalen angeordnet.

Alternativ kann die Kühlung der Kühlplatte auch über eine Wasserkühlung erfolgen. Bevorzugt wird in diesem Fall die Temperatur des Kühlwasservorlaufs derart reguliert, dass die Temperatur der Kühlplatte auf der Cehäuseinnenseite die Kondensationstemperatur von Wasser nicht unterschreitet. Dies vermeidet eine Kondensation von Luftfeuchtigkeit auf der Cehäuseinnenseite.

Die Kühlplatte ist massiv ausgestaltet, da sie über eine grosse Wärmeaufnahmekapazität verfügen soll; und die Wärmeleitfähigkeit soll möglichst hoch sein. Die Kühlplatte besteht deshalb aus Metall, bspw. Kupfer oder Aluminium.

Um den konvektiven Wärmetransport innerhalb des Gehäuses zu verbessern, von den verschiedenen Wärmequellen zur Wärmesenke der Kühlplatte, kann eine Ventilationsvorrichtung vorgesehen sein, mit welcher die Luft im Innenraum des geschlossenen Gehäuses umgewälzt wird. Zu diesem Zweck können auch auf der Innenseite der Kühlplatte und/oder bei gewissen Abwärmequellen zusätzliche Kühlrippen angeordnet sein.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die äussere Form des Gehäuses derart optimiert, dass ein möglichst effizienter konvektiver Wärmetransport erreicht werden kann. Es hat sich gezeigt, dass eine geeignete Abfasung einer oder mehrerer Kanten des Gehäusedeckels zu einer verbesserten Konvektion innerhalb des geschlossenen Gehäu- ses führt. Aufgrund der geringeren Leerräume kann zudem eine zusätzliche interne Zirkulation mit Hilfe eines Ventilators effizienter ausgestaltet werden. Als zusätzlicher Vorteil einer solchen Bauweise ist zudem das geringere Gesamtvolumen zu nennen.

Um einen möglichst kostengünstigen Aufbau der Steuerungseinheit zu ermöglichen, wird vorteilhaft die Kühlplatte als tragende Struktur verwendet, so dass das restliche Gehäuse aus vergleichsweise dünnem Blech bestehen. Vorzugsweise kann dann dieser Cehäusedeckel mit geringem Demontageaufwand von der tragenden Kühlplatte abgenommen werden.

Ausführung der Erfindung

Im Folgenden wird der Gegenstand der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert

Figur 1 zeigt schematisch einen erfindungsgemässen Leistungsteil in einer Seitenansicht (a), und einer isometrischen Ansicht (b).

Figur 2 zeigt schematisch eine erfindungsgemässe Steuereinheit einer Vorrichtung zur Herstellung von Effektgarn, und die Ringspinnmaschine.

Figur 3 zeigt schematisch eine einen erfindungsgemässen Leistungsteil, in einem Querschnitt mit Blick auf die Längsachse.

Eine mögliche Gestaltungsform eines erfindungsgemässen Leistungsteils 4 einer Steuerungseinheit 1 ist in Figur 1 schematisch dargestellt; (a) in einer Seitenansicht senkrecht zu den Kühlrippen, und (b) in einer isometrischen Darstellung.

Das Gehäuse 41 des Leistungsteils 4 besteht aus einer Kühlplatte 42 und einem Gehäusedeckel 41 1 . Die Kühlplatte 42 ist im gezeigten Beispiel luftgekühlt, und verfügt über eine Mehrzahl von Kühlrippen 421 . Diese sind derart ausgestaltet, dass eine möglichst grosse Kühlfläche resultiert. Die Kühlrippen 421 sind in der Betriebsposition möglichst senkrecht zur Horizontalen ausgerichtet, idealerweise völlig vertikal, um eine effiziente senkrechte Luftströmung zu garantieren. Es kann auch ein externer Ventilator vorgesehen sein, welcher die Luftströmung um die Kühlungsrippen noch zusätzlich erhöht.

Im Innenraum 402 des geschlossenen Gehäuses 41 sind das Steuerungselektronikmodul 46, vier Leistungselektronikmodule 43, 43 ', und ein Speisungsmodul 44 angeordnet. Auf dem Steuerungsmodul 46 befindet sich ein Wartungsinterface 461 , mittels dem ein Wartungstechniker nach Entfernen des Cehäusedeckels 44 Zugriff auf die Elektronik erhält. Die Ka- beiöffnungen 421 des Gehäuses befinden sich bevorzugt im Berührungsbereich von Kühlplatte 42 und Gehäusedeckel 41 , so dass der Gehäusedeckel ohne Demontage der Kabel 50 abgenommen werden und die Leistungseinheit 4 für die Wartung auf die Kühlplatte 42 gelegt werden kann. In der Betriebsposition führen die Kabel 50 ohne Knickung senkrecht nach unten weg. Fakultativ kann auch eine Warnleuchte 54 oder ein anderes Warnsignal angebracht sein, um bspw. den Betriebsstatus und Störungen des Leistungsteils 4 weit herum sichtbar und/oder hörbar anzuzeigen.

Jedes der Leistungsmodule 43, 43 ' ist zum Betrieb eines Differentialantriebs einer Vorrichtung 2 vorgesehen. Von den Leistungselektronikmodulen ist vorzugsweise eines als intelligentes Master-Modul 43 realisiert, welches die weiteren Module 43 ' in einem Slave-Modus steuert. Das Speisungsmodul 44, welches an das 400 V Stromnetz angeschlossen ist, stellt unter anderem die für die Elektronik notwendigen Gleichspannungsquellen zur Verfügung, und enthält Schütz und Sicherungen.

Die Kühlplatte 42 ist als tragende Struktur der Leistungseinheit 4 ausgestaltet. Alle Bauteile der Leistungseinheit, insbesondere alle verschiedenen Module 43, 44, 46, sind auf der Kühl- platte 42 aufgebaut. Bevorzugt sind die Module derart gestaltet, dass eine möglichst effiziente Wärmeabfuhr aus dem jeweiligen Modul in die Kühlplatte ermöglicht wird, gegebenenfalls durch entsprechende Anordnung der grössten Wärmequellen innerhalb des Moduls und geeignete Wärmebrücken.

Um eine einfache Montage der Leistungseinheit 4 bei allen möglichen räumlichen Gege- benheiten sicherzustellen, ist diese vorzugsweise axial drehbar und fixierbar auf Widerlagern

6 gelagert, wie in Figur 1 dargestellt. Zur Illustration ist in Figur l (a) das Widerlager 6 links mit dem Flansch 62 in Richtung Kühlplatte 42 ausgerichtet, und das Widerlager 6 rechts mit dem Flansch 62 in Richtung einer Seitenwand des Cehäusedeckels, analog zu Figur 1 (b). Die Widerlager 6 können über Flansche 62 an jeweils vorhandenen geeignete Strukturen befestigt werden, beispielsweise an oder auf der Tragstruktur einer Ringspinnmaschine 8, oder an einer Cebäudewand oder einem Träger. Die Leistungseinheit 4 kann so gedreht und anschliessend fixiert werden, dass die Kühlrippen 421 möglichst vertikal stehen, um einen effizienten konvektiven Wärmeabtransport zu ermöglichen.

Innerhalb des Gehäuses 41 sind Aufhängungen 423 an der Kühlplatte 42 angebracht, über welche die Leistungseinheit mit Achsbolzen 61 auf den Widerlagern 6 drehbar gelagert werden kann. Der zwischen Widerlager 6 und Aufhängung 423 angeordnete Cehäusedeckel 41 verfügt zwar über öffnungen für die Achsbolzen 61 , nimmt selber jedoch keine Kräfte auf, was eine leichte Bauweise ermöglicht.

Figur 2 zeigt schematisch eine Ringspinnmaschine 8 mit einer Vorrichtung 2 zur Herstellung von Effektgarn, und einer Steuerungseinheit 1 mit einem Bedienungsteil 3 und einem Leistungsteil 4, 4' . Dargestellt sind zwei mögliche Varianten 4, 4' eines Leistungsteils. In einer ersten Variante ist der Leistungsteil 4 seitlich an der Ringspinnmaschine 8 angebracht. Die Widerlager 6 sind an eine senkrechte Struktur des Rahmens der Ringspinnmaschine 8 angeflanscht. Die luftgekühlte Kühlplatte 42 verfügt über Kühlrippen 421 , die vertikal ausgerich- tet sind. Das Bedienungsteil 3 ist vom Leistungsteil 4 abgesetzt angeordnet, und ist über einen geeigneten Datenbus 53 mit diesem verbunden. Diese Gestaltung hat den Vorteil, dass Bedienungsteil 2 und Leistungsteil 3 jeweils an der dafür am besten geeigneten Stelle montiert werden können. Bei Leistungsteil 4 ist das Ziel unter anderem ein geringer Platzverbrauch und kurze Leitungen zu den Differentialantrieben 21 , während das Bedienungsteil 3 vorzugsweise für einen Bediener leicht zugänglich sein sollte. Die Kommunikation zwi-

sehen Bedienungsteil 2 und Leistungsteil 3 kann auch über drahtlose Kommunikationsmittel erfolgen.

In einer zweiten Variante ist ein Leistungsteil 4' oberhalb der Ringspinnmaschine 8 angeordnet. Die Kühlplatte 42 ' dieses Leistungsteils 4' verfügt über eine Wasserkühlung 7, mit Leitungen für den Kühlwasservorlauf 71 und Kühlwasserrücklauf 72.

Eine Kühlplatte mit Wasserkühlung ist aufgrund des zusätzlichen externen Installationsaufwands für die Wasserkühlung aufwendiger als eine Lösung mit einer luftgekühlten Kühlplatte, erlaubt jedoch aufgrund der wesentlich erhöhten Kapazität der Wärmeabfuhr grossere Leistungen, vor allem im Dauerbetrieb. Vorteilhaft wird die Wasserkühlung derart reguliert, dass die Temperatur an der Oberfläche der Kühlplatte innerhalb des Gehäuses den Kondensationspunkt nicht unterschreitet, so dass eventuell vorhandene Restfeuchtigkeit innerhalb des Gehäuses nicht auskondensiert. Als Kühlmedium kann statt Wasser auch jedes andere geeignete Kühlmedium verwendet werden.

Vorzugsweise stehen die verschiedenen Wärmequellen innerhalb des Gehäuses 41 eines erfindungsgemässen Leistungsteils 4 wärmeleitend in Kontakt mit der Kühlplatte. Für kleinere Wärmequellen ist es jedoch auch ausreichend, den Wärmetransport zur Kühlplatte 42 über Konvektion, also Luftzirkulation innerhalb des Gehäuses 41 , zu realisieren. Gegebenenfalls kann die Effektivität der Luftzirkulation durch einen oder mehrere innerhalb des Gehäuses angeordnete Ventilatoren verbessert werden, die idealerweise eine zirkuläre Luftumwäl- zung zwischen Gehäuseinnerem 402 und Kühlplatte 42 erzeugen. Da jedoch beim erfindungsgemässen Leistungsteil im Gegensatz zum Stand der Technik kein Luftaustausch zwischen Gehäuseinnerem 402 und Umgebung 401 stattfindet, ist die mangelhafte Qualität der Umgebungsluft kein Problem.

Eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemässen Leistungsteils 4 ist in Figur 3 schematisch in einem Querschnitt dargestellt, mit Blick auf die Längsachse des Gehäuses 41 . Die Steuerungseinheit befindet sich in Betriebsposition, mit senkrecht ausgerichteten äusseren Kühlrippen 421 . Im Innenraum 402 des geschlossenen Leistungsteils 41 sind an der Kühl- platte 42 zusätzliche innere Kühlrippen 426 angeformt, welche gegen den Innenraum 402 gerichtet sind. Diese inneren Kühlrippen 426 dienen der verbesserten Wärmeaufnahme aus der Luft im Innenraum 402 in die Kühlplatte 42. In der gezeigten vorteilhaften Variante verlaufen diese inneren Kühlrippen 426 neben den Modulen 43, 43 ', 44, 46 über die gesamte Höhe der Kühlplatte 42, bspw. zwischen den Modulen, oder am Cehäuserand. Um die Zirkulation der Luft (durch einen Pfeil angedeutet) zu weiter optimieren, ist ein Ventilator 425 angeordnet, welcher die im Cehäuseinneren 402 aufsteigende warme Luft ansaugt und an den inneren Kühlrippen 426 nach unten bläst. Um die Effizienz des Wärmetauschs zu erhöhen, ist ein Strömungskanal angeordnet, welcher die inneren Kühlrippen 426 um- schliesst.

Die innere Luftzirkulation ist beim gezeigten Beispiel weiter optimiert, indem die Längskanten des Cehäusedeckels Abfassungen aufweisen. Damit wird ein vergleichsweise konstanter Strömungsquerschnitt zwischen Cehäusedeckel 41 1 und den Modulen 43, 43 ', 44, 46 erreicht. Denkbar sind auch andere Anpassungen wie gerundete oder unregelmässige Formen.

Es ist auch denkbar, dass zusätzlich oder anstatt der Kühlplatte 42 herkömmliche Kühlvor- richtungen verwendet werden, bei denen zur Kühlung Aussenluft durch entsprechende Filtermatten ins Cehäuseinnere angesaugt wird. Zwar wird dadurch der erfindungsgemässe Vorteil des Schutzes gegen negative Umweltbedingungen (Staub, Schmutz, Feuchtigkeit, elektromagnetische Störungen) wieder aufgegeben. Dennoch kann die verbesserte Konvek- tion im Cehäuseinneren aufgrund der speziellen Formgebung, gegebenenfalls in Kombinati- on mit der erfindungsgemäss gestalteten Kühlplatte, zu einer verbesserten Effizienz des

Wärmeabtransports führen, so dass die externe Kühlluftzufuhr kleiner dimensioniert werden kann.

Bezugszeichenliste

1 Steuerungseinheit

2 Vorrichtung zur Herstellung von Effektgarn

21 Differentialantrieb

3 Bedienungsteil

4, 4' Leistungsteil

401 Aussenseite, Umgebung

402 Innenseite

403 Luftströmung

41 Gehäuse

41 1 Cehäusedeckel

41 2 Kabelöffnungen

41 3 Abfasung

42, 42 ¹ Kühlplatte

421 äussere Kühlrippen

423 Aufhängung

424 Kanal

425 Ventilator

426 Innere Kühlrippen

43 Leistungselektronikmodul (Master)

43 ' Leistungselektronikmodul (Slave)

44 Speisungsmodul

45 Anschlüsse

46 Steuerungselektronikmodul

461 Wartungsinterface

5 Kabel

51 Steuerkabel

52 Speisungsleitung

53 Datenbus

54 Warnsignal

6 Widerlager

61 Achsbolzen

62 Flansch

7 Wasserkühlung

71 Kühlwasservorlauf

72 Kühlwasserrücklauf

8 Ringspinnmaschine