1. Lastcharakteristik von Vorspinnmaschinen: Die mechanische Struktur von Vorspinnmaschinen unterscheidet sich von der von Öffnungs- und Reinigungsmaschinen, Kardiermaschinen, Streckmaschinen und Spinnmaschinen. Es handelt sich um Textilmaschinen, deren Hauptlast von den Vorspinnspindeln getragen wird, welche die Spindelblätter antreiben. Tests zeigen, dass die Last auf die Vorspinnspindeln etwa 60 % der Motorleistung ausmacht. Diese Last resultiert hauptsächlich aus dem Windwiderstandsmoment der Spindelblätter. Obwohl der Querschnitt der Spindelblätter strömungsgünstig gestaltet ist, um den Windwiderstand zu minimieren, weisen sie dennoch windwiderstandsbedingte Lastmerkmale auf. Wird der Motor anhand der maximalen Spindeldrehzahl der Vorspinnmaschine ausgewählt, ergibt sich beim Anlauf zwangsläufig eine große Leistungsreserve, was zu einem signifikanten Anlaufdrehmoment führt. Dieses hohe dynamische Drehmoment bewirkt eine kürzere Anlaufzeit und damit eine größere Anlaufkraft. Ein weiteres Merkmal traditioneller Vorspinnmaschinen im Vergleich zu anderen Baumwollspinnmaschinen ist, dass der Antrieb von Vorgarn und Spule über ein Differenzialgetriebe und Riemenantriebe mit oberen und unteren Kegelrollen erfolgt. Bei einem plötzlichen Anlauf ist ein Riemenschlupf unvermeidbar, der die Hauptursache für das leichte Schlupfverhalten beim Anfahren ist. Seit den 1960er Jahren wurden im Ausland Sanftanlaufvorrichtungen eingeführt, beispielsweise die Widerstandsspannungsreduzierung von Rieter (Schweiz), die Reibungskupplung von Pratt (Großbritannien), die hydraulische Vorrichtung von Timatis (Italien), die Einphasen-Drosselklappe von Mazzori (Italien) und der Dreiphasen-Thyristor der ehemaligen westdeutschen Firma Kohnstein. Die erste in den Spinnmaschinen meines Landes eingesetzte Sanftanlaufvorrichtung war die damals weit verbreitete Einphasen-Drosselklappe. Diese Vorrichtung nutzt das Prinzip der Dreiphasenstrom-Unsymmetrie, um eine gegenläufige Drehmomentkomponente zu erzeugen und so das Anlaufdrehmoment zu reduzieren und einen Sanftanlauf zu erzielen. Sie bietet Vorteile wie einfache Bauweise, geringe Kosten und einfache Bedienung. Ihr unvermeidbarer Nachteil besteht jedoch darin, dass der Dreiphasenstrom beim Anlauf asymmetrisch ist, wobei die stärkste Phase fast das Zehnfache des Nennstroms erreicht. Je länger die Anlaufzeit, desto stärker erhitzt sich der Motor und desto höher ist die Gefahr des Durchbrennens des Reaktors. Um verschiedene Faktoren auszugleichen, beträgt die Anlaufzeit im praktischen Einsatz in der Regel maximal 3–4 Sekunden. Diese Art von Anlaufvorrichtung erfüllt weder die Anforderungen an eine Verlängerung der Anlaufzeit noch an eine Reduzierung der Anlaufkraft. Mitte der 1980er-Jahre führte mein Land importierte Prototypen von Fadenverhinderern ein, um die Nachteile der Anlaufvorrichtungen zu kompensieren. Da diese Vorrichtung auf Trägheit basiert, wird sie von vielen Faktoren beeinflusst, wie z. B. Garnstärke, Spannung, Maschinenzustand, Werkstattumgebung (Temperatur und Luftfeuchtigkeit) sowie der Position der Garnführungen. Einerseits soll ein starker Fadenverhinderer (deutliches Durchhängen des Garns beim Stillstand der Maschine) erreicht werden, andererseits muss ein übermäßiger Garnverlust verhindert werden, der zum Ausfall der gesamten Maschine führen könnte. Daher ist der verfügbare Platz sehr begrenzt und die Justierung äußerst schwierig. Obwohl die in meinem Land hergestellten Spindelvorspinnmaschinen A454, A456, FA401 und FA402 ebenfalls mit Gewindesicherungen ausgestattet waren, ist deren genaue Wirksamkeit noch unklar. 2. Lastcharakteristik von Vorspinnmaschinen nach dem Einsatz von Frequenzumrichtern Die Entwicklung und rasante Verbreitung von Frequenzumrichtern Ende des 20. Jahrhunderts boten hervorragende Voraussetzungen, um die Lastcharakteristik und Prozessanforderungen von Vorspinnmaschinen zu erfüllen. Die optimale Regelungsfunktion der Frequenzumrichter, kombiniert mit Computerunterstützung, vereinfachte zudem die mechanische Struktur der Vorspinnmaschinen, ermöglichte die Steuerung mehrerer Motoren und ebnete den Weg für Hochgeschwindigkeits- und mechatronische Vorspinnmaschinen. Im Folgenden wird anhand einer einmotorigen Vorspinnmaschine die Lastcharakteristik nach dem Einsatz von Frequenzumrichtern erläutert. Frequenzumrichter erweisen sich bei einmotorigen Vorspinnmaschinen als ideale Anlaufvorrichtungen für niedrige Drehzahlen. Früher wurden viele Anlaufvorrichtungen, ob hydraulisch, mit Reibscheibenkupplung, als Einphasen-Reaktor oder als bidirektionaler Thyristor, verwendet, um Motoren mit einer Nennspannung von 380 V und einer Standardfrequenz von 50 Hz zu starten. Das hohe Anlaufdrehmoment wurde durch diese Vorrichtungen gedämpft, absorbiert und ausgeglichen. Unabhängig von der Methode war dies mit Kosten verbunden: Es wurde nicht nur ein zusätzliches Gerät benötigt, was die Kosten erhöhte, sondern es traten auch negative Effekte wie Überhitzung und damit verbundene Gefahren auf. Das Prinzip eines Frequenzumrichters beruht nicht auf Dämpfung, Absorption oder Kompensation, sondern auf der Einhaltung seiner eigenen Einstellungen. Stellt man beispielsweise die Anlauffrequenz des Frequenzumrichters auf 1 Hz ein, beträgt die Anlaufspannung gemäß der U/f-Kennlinie nur 7,6 V. Stellt man dann die Anlaufzeit auf beispielsweise 15 Sekunden ein, startet die Spinnmaschine mit 1 Hz und einer Anlaufspannung von 7,6 V. Innerhalb von 15 Sekunden steigt die Frequenz von 1 Hz auf 50 Hz und die Spannung von 7,6 V auf 380 V. Der Anlauf verläuft dadurch sanft; der anfängliche Stoß ist praktisch nicht spürbar. Fehler und Garnbrüche beim Anlauf werden somit minimiert. Bei Verwendung an einer einmotorigen Vorspinnmaschine ermöglicht der Frequenzumrichter ein positionelles Anhalten. Die Vorspinnmaschine stoppt während des Spinnprozesses in drei Fällen: durch fotoelektrischen Garnbruch, bei vollem Garn und manuell. Unabhängig von der Art des Stopps wird folgender Ablauf befolgt: Innerhalb der eingestellten Stoppzeit (z. B. 12 Sekunden) sinkt die Frequenz von 50 Hz auf 2–3 Hz, wodurch die Drehzahl der Vorspinnmaschine auf Kriechgeschwindigkeit reduziert wird. Die Maschine stoppt erst, wenn die eingestellte Position erreicht ist und ein Signal vom Positionssensor ausgegeben wird. Dies nutzt die Leistungsfähigkeit des Frequenzumrichters voll aus: Erstens ermöglicht die Positionierung bei niedrigen Drehzahlen eine einfache und präzise Anpassung und erleichtert dem Maschinenbediener das Wiedereinfädeln. Zweitens beugt das Anhalten bei niedrigen Drehzahlen kleineren Problemen vor, die durch das Anhalten bei hohen Drehzahlen entstehen können, und reduziert diese. Die Maschinengeschwindigkeit lässt sich einfach und schnell ändern; hierfür sind lediglich Tasteneinstellungen am Bedienfeld des Umrichters erforderlich. Dies ermöglicht die Überwachung von Prozessparametern und Strömen (wie Betriebsfrequenz, Spindeldrehzahl und Motorstrom) und vereinfacht somit die Bedienung. Einige Umrichterhersteller bieten spezielle Software für Vorspulmaschinen an, die neben der Anzeige der oben genannten Parameter auch Längenzählung und kumulative Längenfunktionen bietet und dadurch die Bedienung sehr komfortabel macht. Der Energiespareffekt ist ebenfalls signifikant, insbesondere durch die deutliche Reduzierung des Motortemperaturanstiegs. Im Dauerbetrieb ist die Oberflächentemperatur des Motors vergleichbar mit der menschlichen Körpertemperatur. Im Allgemeinen überschreitet der Anlaufstrom des vom Umrichter gesteuerten Motors nicht das 1,5-fache des Nennstroms. Es wird allgemein angenommen, dass Umrichter in der Produktion 10–30 % Strom einsparen können. Nach der Installation und dem Einsatz an Vorspinnmaschinen ist eine weitere Bestätigung erforderlich. Der Einsatz eines Frequenzumrichters an einer einmotorigen Vorspinnmaschine reduziert mechanische und elektrische Fehler signifikant. Dies wurde sowohl theoretisch als auch praktisch nachgewiesen. Die Reduzierung ist auf das sanfte Anfahren und Bremsen, die nahezu stoßfreie Funktion, den geringeren Verschleiß der Zahnräder und das seltenere Lösen der Stellschrauben sowie den reduzierten Bedarf an Tippbetrieb durch die Positionierung der Spindelflügel zum Anhalten zurückzuführen. Selbst beim Tippbetrieb treten keine Stöße auf, und die Reduzierung elektrischer Fehler ist noch deutlicher, da Schütze und Relais mit kontaktfehleranfälligen Bauteilen durch Frequenzumrichter ersetzt wurden, die selbst eine extrem niedrige Ausfallrate aufweisen. Die obige Analyse der Lastcharakteristika einmotoriger Vorspinnmaschinen nach dem Einsatz von Frequenzumrichtern basiert auf umfangreichen praktischen Erfahrungen der letzten Jahre. Der Einsatz von Frequenzumrichtern in Vorspinnmaschinen, insbesondere in den FA-Vorspinnmaschinen mit hängender Spindel, hat sich in den letzten Jahren in Textilfabriken weit verbreitet. Ihre hohe inhärente Geschwindigkeit, die große Baugröße und der stabile Betrieb in Kombination mit der Frequenzumrichtersteuerung verbessern die Leistungsfähigkeit der Anlagen zusätzlich. 3. Die Nachrüstung von Vorspinnmaschinen der A-Serie mit Frequenzumrichtern steigert die Anlagenleistung. Die Vorspinnmaschinen A454, A456 und A453 der A-Serie zeichnen sich durch einfache Struktur, leicht verständliche Leistungsmerkmale und Wartungsfreundlichkeit aus. Die Praxis hat gezeigt, dass die Nachrüstung mit einem idealen Frequenzumrichter die Maschinenleistung ebenfalls verbessert. Vor der Nachrüstung von Vorspinnmaschinen der A-Serie mit Frequenzumrichtern ist die richtige Auswahl entscheidend. Ein Frequenzumrichter mit spezifischen Funktionen für Vorspinnmaschinen sollte verwendet werden, um die Garngeschwindigkeitsregelung rationell und wissenschaftlich zu nutzen. Zwei Typen stehen zur Verfügung: ein Typ mit gleichmäßiger Geschwindigkeitsreduzierung und ein Typ mit konstanter Geschwindigkeit und anschließender Reduzierung. Nach der Nachrüstung mit Frequenzumrichtern werden die Sanftanlauf- und Anti-Spinn-Vorrichtung der alten Maschine ersetzt. Dies vereinfacht den Mechanismus, reduziert die Ausfallrate und die Wartungskosten, verringert Spinnfehler, verbessert die Garnqualität und erhöht die Anti-Spinn-Wirkung deutlich.