CN100359066C - 导纱辊 - Google Patents

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Abstract

本发明描述一种用于引导至少一条纱线的导纱辊，它包括一空心圆柱形辊外壁。该空心圆柱形辊外壁通过多个轴承可自由旋转地支承在一支座上。至少一个轴承构成为径向作用的磁性轴承，它包括一旋转部件和一安装在支座上的固定部件，其中在各部件之间形成一轴承间隙。固定部件包括至少一个具有励磁绕组的磁极元件。与其相对的是，旋转部件按照本发明由至少一个用可磁化材料制成的薄片构成，其中磁极元件和薄片配合作用以引导磁通量。

Description

导纱辊
技术领域
本发明涉及一种用以引导至少一条纱线的导纱辊。
背景技术
由DE19733239A1已知一种此类的导纱辊。对此，在该已知的导纱辊中一空心圆柱导纱辊外壁磁性支承在悬伸的支座上。为此设置多个径向作用的磁性轴承，其基本上包括一旋转的部件和一固定的部件。在这方面区分为被动的磁性轴承和主动的磁性轴承。该发明限于主动的径向磁性轴承。其中磁性轴承的固定部件由至少一个磁极元件构成，该磁极元件带有一个或多个绕组。磁极元件具有各个极端，它们以轴承间隙位于磁性轴承的旋转部件的对面。在该已知的导纱辊中磁性轴承的旋转部件由一与辊外壁相连的轴构成，或直接由辊外壁构成。在这种情况下轴或辊外壁的材料必须能够在各极端之间形成封闭的磁通量。因此材料的选择要考虑到轴或辊外壁的磁化，还必须考虑为满足构件功能的要求。已知的导纱辊的另一缺点在于，在磁通量在轴或辊外壁中通过时产生磁滞损耗、涡流损耗和可能的漏损。这样的损耗必要时必须由导纱辊驱动装置的驱动功率来补偿。
同样由EP0770719A1已知的导纱辊也具有这样的缺点，其中各极端直接位于导纱辊的包含轴承间隙的旋转构件的对面。
发明内容
本发明的目的是，借助于径向作用的磁性轴承构成一种开头所述型式的导纱辊，使其在磁性轴承中产生尽可能小的损耗。
本发明的另一目的是，减小导纱辊的旋转构件与磁性轴承的部件的相互影响。
本发明的目的通过具有以下特征的导纱辊来达到。
按本发明的用于引导至少一条纱线的导纱辊，它包括一空心圆柱形辊外壁，在该辊外壁的圆周上引导纱线；并包括一支座，辊外壁通过多个轴承可旋转地支承在该支座上；其中至少一个轴承是径向作用的磁性轴承，该磁性轴承包括一旋转部件和一安装在支座上的固定部件，其中在各部件之间形成一轴承间隙并且固定部件具有至少一个包括至少一个励磁绕组的磁极元件；其特征在于，旋转部件具有至少一个由可磁化材料制成的薄片，并且磁极元件和薄片配合作用以引导磁通量。
本发明的特征在于，磁性轴承的旋转部件由一个薄片(Blechung)形式的单独装置构成，并与导纱辊的可旋转支承的构件固定连接。用于安装薄片的导纱辊的该旋转构件必须不具有轴承所需要的磁化性。磁性轴承的固定部件的磁极元件和磁性轴承的旋转部件的薄片配合作用以引导磁通量。在这种情况下在薄片的构形和材料选择时可以考虑到微小的磁滞损耗和微小的涡流损耗。因此显著地降低磁性轴承的损耗，从而可以避免驱动装置的附加功率。甚至在高承载力下薄片中也只出现较小的发热。
在一特别优选的实施例中薄片直接固定于辊外壁的内面上。对此为了节省空间薄片可以嵌入辊外壁中或按简单的方式直接固定在内面的表面上。此时必须确定薄片以一定间距径向立于磁极元件的各极端的对面。
根据磁极元件的励磁绕组的绕线方向可以将各极端相互构成使磁通量径向或轴向定位。为了在径向定位的磁通量中保持尽可能小的损耗，本发明的导纱辊优选这样来实施，其中薄片由许多盘形薄片环构成，其沿轴向方向并列以组成一薄片套筒。此时套筒形薄片覆盖各极端。在轴向定位的磁通量中薄片优选由许多盘形薄片扇形件构成。各薄片扇形件沿圆周方向接连地组成一封闭的薄片套筒，其中覆盖一个或优选两个极端。对于薄片只覆盖一个极端的情况，为了引导磁通量为第二极端配置另一薄片。薄片由多个盘形薄片环或薄片扇形件构成的构造具有特别的优点，即可以大大降低磁滞损耗和涡流损耗。盘形薄片环或薄片扇形件作为一个构件固定在辊外壁上。各个薄片环或薄片扇形件优选通过绝缘材料相互连接。
本发明的一特别优选的进一步构成的特征在于强有力地减小交替作用。其中为了避免薄片与辊外壁之间的热交换和/或泄漏磁通量在辊外壁与薄片之间设置绝缘层。因此这样的进一步构成特别适用于为了热处理在辊外壁圆周上引导的纱线而加热辊外壁的导纱辊。因此辊外壁与薄片之间的绝缘层防止薄片受到不允许的热负荷。
作为特别有利的是，绝缘层可由一波形的外套环构成，其经由外面的波弧形支承在辊外壁的内面上。借此通过微小的接触面达到薄片与辊外壁之间的附加的分开。
但也可能为薄片配置冷却装置，以便排走薄片中由于涡流损耗或外部影响产生的热。借此可以有利地保持薄片中用于引导磁通量的有利的特性。
作为冷却装置优选采用一流体流发生器，其产生流体流(Fluidstrom)，优选冷却空气流，例如其通过薄片内的孔或沿薄片表面上的多个冷却筋(Kuehlrippen)来引导。
优选磁性轴承的固定部件具有多个包括多个励磁绕组的磁极元件，其均匀分布设置在支座的圆周上。其中按照本发明的一有利的进一步构成为各磁极元件在一轴承平面内配置一共同的薄片。
本发明按照特别有利的进一步构成，磁性轴承的固定部件具有多个包括多个励磁绕组的磁极元件，这些磁极元件设置在多个轴承平面内，并且为这些磁极元件配置多个薄片。一个第一轴承平面与一个第二轴承平面的至少几个磁极元件角错位分布地设置在支座上，并且在每一轴承平面内设置一个薄片。其优点是，磁极元件在多个轴承平面内的配置导致对比适度的位置分布，在该位置将力导入辊外壁的径向轴承。优选为每一轴承平面配置多个薄片中的一个。借此在微小的损耗的情况下除高的承载能力外得到轴承的刚度，其特别在长的悬伸的导纱辊时减小变形的倾向。
为了确保磁性轴承的全部绕组的配合作用，按照本发明的一有利的进一步构成，为每一磁极元件分别配置一传感器用以检测轴承间隙或检测辊外壁的位置。传感器和磁极元件的绕组与一控制装置相连接，从而可立即调节每一信号化的轴承间隙偏差。其中一个磁极元件的绕组优选单独由控制装置控制。但也有可能使一个轴承平面的多个磁极元件的多个绕组作为一对由控制装置控制。
在长的导纱辊中优选这样来进一步构成支承辊外壁，辊外壁通过两个径向作用的磁性轴承和一个推力轴承支承，其中磁性轴承的固定部件具有多个包括励磁绕组的磁极元件而磁性轴承的旋转部件具有多个薄片。其中设置两个彼此间隔开布置的径向作用的磁性轴承。为了承受轴向力辊外壁附加地由一推力轴承支承。该推力轴承在这里同样可以构成为一轴向作用的磁性轴承，以便保持无接触的导向，从而辊外壁可以有较高的速度。
附图说明
以下参照附图更详细地描述本发明的导纱辊的几个实施例。其中：
图1和2示意示出本发明的导纱辊的第一实施例；
图3和4示意示出本发明的导纱辊的另一实施例；
图5示意示出磁性轴承的一个实施例的剖视图。
具体实施方式
图1和2中示意示出本发明的导纱辊的第一实施例。图1借助于平行于并通过转轴延伸的剖面示出本发明的导纱辊的各基本的部件，而图2示意示出垂直于导纱辊的转轴的剖视图。因此，只要没有明确地针对其中一个图，下列描述适用于该两图。本发明的导纱辊的该实施例具有一辊外壁1，其通过端壁2与在辊外壁1的内部延伸的驱动轴3防止转动地相连接。为此在驱动轴3的末端设置一夹紧元件7用以固定辊外壁1。驱动轴3以其另一端与驱动装置(图中未示出)相连接。作为驱动装置在这里可以例如设有一电机。
辊外壁1通过两个径向作用的磁性轴承6.1和6.2以承在一悬伸的支座4上。支座4构成为空心圆柱体的、并在辊外壁1内延伸到接近端壁2。空心圆柱形支座4在其中由驱动轴3穿过。支座4在与端壁相反的一侧经由一凸缘5固定在机架(图1未示出)上。
磁性轴承6.1和6.2构成为同样的，从而以下描述适用于两个磁性轴承。磁性轴承6包括一固定在支座4上的固定部件8和一旋转部件9，后者固定在辊外壁1的内面上并随辊外壁1旋转。磁性轴承6的固定部件8由多个磁极元件10构成，其均匀分布安装在支座4的圆周上。在该实施例中磁性轴承6的固定部件8由四个磁极元件10.1、10.2、10.3和10.4构成。每一磁极元件成U形构成并具有极端12。在U形磁极元件10.1至10.4的翼缘上安装励磁绕组11，其与一供电装置29相连接。磁极元件10的励磁绕组11和极端12构成为可产生轴向定位的磁场。
磁极元件10.1至10.4在一轴承平面14内分别相互位错90°安装在支座4的圆周上。
磁性轴承6的旋转部件9由一薄片13和一与薄片13相连的绝缘层15构成，其共同固定在辊外壁1的内面上。其中薄片13由许多盘形薄壁的薄片扇形件32构成，其径向接连地组成一薄片套筒。各薄片扇形件分别通过绝缘材料相互连接。绝缘层15同样构成为套筒形的并完全包围套筒形薄片13。薄片13沿轴向方向延伸到使其完全覆盖磁极元件10.1至10.4的极端12并在磁极元件10.1至10.4的极端12与薄片13之间形成一轴承间隙25，以便可在磁极元件10.1至10.4与薄片13之间产生磁力。磁极元件10可以由一整体材料形成或由许多薄片径向和/或轴向接连叠装而成。
磁性轴承6.1和6.2相互间隔开设置在支座4的圆周上，其中磁性轴承6.1位于座4的自由端而磁性轴承6.2位于支座4的固定安装端的区域。在磁性轴承6.1与6.2之间在支座4的圆周上设置一加热装置26用以加热辊外壁1。其中加热装置26可以例如由一个或多个绕组构成，其通过感应作用实现对辊外壁的加热。
为磁性轴承6.1和6.2的每一磁极元件10分别配置一传感器19。传感器19构成为距离传感器，以便检测辊外壁1的位置。为此以与辊外壁1的内面的短距离设置传感器19的自由端。磁性轴承6.1和6.2的传感器19.1至19.4通过信号导线与一轴承控制装置27相连接。轴承控制装置27经由供电装置29与磁性轴承6.1和6.2的磁极元件10.1至10.4的励磁绕组11相连接。
由图1的视图可得知，支座4的凸缘5的直径大于辊外壁1的直径。支座4的凸缘5具有面向辊外壁1的一个环形凹槽21，其中安装推力轴承23。推力轴承23构成为轴向作用的磁性轴承，其与辊外壁1的端面22形成一轴向轴承间隙28。
在支座4的内部在驱动轴3与支座4之间设有两个相互间隔开布置的减摩轴承(Notlauflager)24.1和24.2。借此确保辊外壁1的可靠的与磁性轴承无关的启动或停止(Notlauf)。可以例如采用滑动轴承或滚动轴承作为减摩轴承。
图1和2中所示本发明导纱辊的实施例用于纱线的输送、热处理和延伸纱线。其中在纱线上产生高的牵引力，其在运行中导致导纱辊的基本上静负荷。该负荷直接导入辊外壁1的圆周部分，该圆周部分由一条或多条纱线缠绕。运行中辊外壁1的实时位置由在轴承平面14.1和14.2的区域内的传感器19测定，并将测量值输给轴承控制装置27。在轴承控制装置27中由该测量值求出辊外壁1在轴承平面14.1和14.2内的位置并根据符合要求的校正来控制磁性轴承6.1和6.2的磁极元件10的各个励磁绕组11。由此在薄片13与磁极元件10的各极端12之间调准一基本上不变的轴承间隙25。通过由多个薄片扇形件32组成的薄片13的层式结构在磁通量在薄片内通过时不产生显著的磁滞损耗。
辊外壁1通过加热装置26加热。为了调节辊外壁的表面温度设置一个或多个温度传感器(图中未示出)，其经由信号导线与一加热控制装置相连接并从而可以进行表面温度的额定值调节。
为了避免因辊外壁1向薄片13的热传导不符要求地加热薄片13，薄片13通过绝缘层15与辊外壁隔离。在这种情况下绝缘层15例如由非金属，例如由塑料制成。绝缘层15和薄片13至少部分地可以嵌入辊外壁中，如图1中磁性轴承6.1处所示，或直接突出于辊外壁1的内面表面安装，如图1中磁性轴承6.2处所示。
在要求薄片13主动冷却的情况下，可以在薄片13的各端面构成径向的环形冷却筋18，如图1所示。
另外薄片13可以包含多个轴向定向的孔16，其可以通过空气以冷却薄片13，如图2中所示。
为了产生冷却流体流设有一流体流发生器30，其将冷却流体流，优选将冷却空气流导入辊外壁1的内部，如图1中所示。为冷却薄片13设置的冷却装置16、18和30是示例性的并且只可用于预料薄片13过热的情况下。
本发明的导纱辊的另一实施例示出于图3和4中。其中图3中示意示出该实施例的纵剖面而图4中示出沿轴承平面的多个横剖面。图4.1和图4.2分别示出一个磁性轴承的轴承平面的横剖面。同样功能的构件用相同的标记表示。
该实施例基本上相当于按照图1和图2的本发明导纱辊的实施例，从而以下只描述其主要的区别。
按照图3和4的本发明导纱辊的实施例具有一长的悬伸的支座4，其在一侧面固定在图中未示出的机架上。在支座4上可旋转地支承成空心圆柱形构成的辊外壁1。为了支承辊外壁1设有径向作用的磁性轴承6.1和6.2以及一推力轴承23。磁性轴承6.1和6.2构成为同样的，从而以下描述适用于两个磁性轴承。在磁性轴承6中其固定部件8由多个磁极元件10.1至10.4构成。磁极元件10.1至10.4分配于两个对置的轴承平面14.1和14.2内。在每一轴承平面14内设有两个在支座4的圆周上对置的磁极元件10。各磁极元件10成U形构成并在每一翼缘上装有励磁绕组11。各翼缘构成磁极元件10的极端12并在运行中引导轴向定位的磁通量。
在每一轴承平面14.1和14.2内为相应的轴承平面14的各磁极元件10分别配置一薄片13。薄片13构成为套筒形的并经由绝缘层15与辊外壁1的内面固定连接。其中绝缘层15由一波形外套环31构成，其一方面在辊外壁1与绝缘层15之间有利地形成一小的接触面而另一方面在薄片13和绝缘层15之间形成一小的接触面。
在图3和4所示的实施例中，为轴承平面14.1的磁极元件10.1和10.3配置薄片13.1而为轴承平面14.2内的磁极元件10.2和10.4配置薄片13.2。其中薄片13也可以例如由一单体环构成，其由可磁化的材料制成，但也有可能使薄片由多个盘形薄片环或薄片扇形件制成。
为磁极元件10.1至10.4配置传感器19.1至19.4。磁极元件10.1至10.4的励磁绕组11与传感器19.1至19.4一起连接到轴承控制装置27上。其中每一磁极元件10可以与邻近的磁极元件无关地加以控制。在这种情况下在磁极元件10.1至10.4的各极端12与薄片13.1和13.2之间调准的轴承间隙25保持基本上不变。
图5中是例如按照图1和图2的导纱辊包括磁性轴承的另一实施例的导纱辊剖视图。图5.1中示出导纱辊横向于转轴的完整的剖面。图5.2相反只示出导纱辊的纵剖面中的一局部剖面。同样功能的构件保持相同的标记。
导纱辊的结构基本上相当于按照图1和图2的实施例，从而可参照以上描述并且以下只说明其中的区别。
辊外壁1通过至少一个径向作用的磁性轴承6支承在一悬伸的支座4上。支座4构成为空心圆柱体形。空心圆柱体形支座4在其中由驱动轴3穿过。
磁性轴承6包括一固定在支座4上的固定部件8和一旋转部件9，后者固定在辊外壁1的内面上并随辊外壁1旋转。磁性轴承6的固定部件8由多个磁极元件10构成，其均匀分布安装在支座4的圆周上。在该实施例中磁性轴承6的固定部件8由四个磁极元件10.1、10.2、10.3和10.4构成。每一磁极元件成U形构成并具有各个极端12。在U形磁极元件10.1至10.4的翼缘上安装励磁绕组11，其与一供电装置(图中未示出)相连接。励磁绕组11和磁极元件10的极端12构成为可产生径向定位的磁场。为此U形磁极元件10的各极端12沿辊外壁1的圆周方向对置。
磁极元件10.1至10.4在一轴承平面内分别相互位错90°安装在支座4的圆周上。
磁性轴承6的旋转部件9由一薄片13和一与薄片13相连的绝缘层15构成，其共同嵌入辊外壁1的内面中。绝缘层15构成为套筒形的并完全包围套筒形薄片13。其中绝缘层15也沿薄片13的端面延伸。薄片13由许多盘形薄壁薄片环33构成，其沿辊外壁1的纵向方向接连地组成一薄片套筒。各薄片环33分别通过一绝缘材料相互连接。薄片13沿轴向方向延伸致使其完全覆盖磁极元件10.1至10.4的极端12并在磁极元件10.1至10.4的极端12与薄片13之间形成一轴承间隙25，以便可在磁极元件10.1至10.4与薄片13之间产生磁力。磁极元件10可以由一整体材料形成或由许多薄片径向和/或轴向接连叠装而成。
运行中辊外壁1的实时位置由在轴承平面的区域内的传感器测定，并将测量值传输给轴承控制装置。在轴承控制装置中由该测量值求出辊外壁1在轴承平面内的位置并根据符合要求校正控制磁性轴承6的磁极元件10的各个励磁绕组11。由此在薄片13与磁极元件10的各极端12之间调准一基本上不变的轴承间隙25。通过由多个薄片环33组成的薄片13的层式结构在磁通量在薄片内通过时不产生显著的磁滞损耗。
本发明不限于图1至5中所示的本发明导纱辊的实施例。原则上支座4可以构成为一轴，其圆周上包含缺口用以安装备磁极元件。在轴的圆周上可以支承一可旋转的辊外壁。可以照旧地采用磁性轴承6的构造。
本发明同样包括驱动轴磁性地支承的实施例。对此磁性轴承的各磁极元件设置在一空心圆柱形支座内。在轴的圆周上可以构成有一薄片，其在一轴承平面内设有各磁极元件。所有本文未示出的实施例均具有由薄片构成的磁性轴承的旋转部件，其固定在导纱辊的一旋转的构件上。
附图标记清单
1   辊外壁      21    凹槽
2   端壁        22    端面
3   轴          23    推力轴承
4   支座        24    减摩轴承
5   凸缘        25    轴承间隙
6   磁性轴承    26    加热装置
7   夹紧元件    27    轴承控制装置
8   固定部件    28    轴承间隙
9   旋转部件    29    供电装置
10  磁极元件    30    流体流发生器
11  励磁绕组    31    外套环
12  极端        32    薄片扇形件
13  薄片        33    薄片环
14  轴承平面
15  绝缘层
16  孔
18  冷却筋
19  传感器
20  纱线

Claims (13)

1.用于引导至少一条纱线的导纱辊，它包括一空心圆柱形辊外壁(1)，在该辊外壁的圆周上引导纱线；并包括一支座(4)，辊外壁(1)通过多个轴承(6、23)可旋转地支承在该支座上；其中至少一个轴承是径向作用的磁性轴承(6)，该磁性轴承包括一旋转部件(9)和一安装在支座(4)上的固定部件(8)，其中在各部件(8、9)之间形成一轴承间隙(25)并且固定部件(8)具有至少一个包括至少一个励磁绕组(11)的磁极元件(10)；其特征在于，旋转部件(9)具有至少一个由可磁化材料制成的薄片(13)，并且磁极元件(10)和薄片(13)配合作用以引导磁通量。
2.按照权利要求1所述的导纱辊，其特征在于，薄片(13)突出式和/或嵌入式固定在辊外壁(1)的内面上，并且薄片(13)以形成一轴承间隙(25)的间距径向立于磁极元件(10)的各极端(12)的对面。
3.按照权利要求1或2所述的导纱辊，其特征在于，薄片(13)由多个盘形薄片环(32)构成，这些薄片环(32)轴向并列组合，以便沿辊外壁的圆周方向引导一磁通量。
4.按照权利要求1或2所述的导纱辊，其特征在于，薄片(13)由多个盘形薄片扇形件(32)构成，这些薄片扇形件(32)径向并列组合，以便沿辊外壁的纵向方向引导一磁通量。
5.按照权利要求1或2所述的导纱辊，其特征在于，在辊外壁(1)与薄片(13)之间设置一绝缘层(15)，以便避免在薄片(13)与辊外壁(1)之间的热交换和/或泄漏磁通量。
6.按照权利要求5所述的导纱辊，其特征在于，绝缘层(15)由一波形外套环(31)构成，它经由外面的波弧形支承在辊外壁(1)的内面上。
7.按照权利要求1或2所述的导纱辊，其特征在于，为薄片(13)配置一冷却装置，以便排走薄片(13)中产生的热量。
8.按照权利要求7所述的导纱辊，其特征在于，所述冷却装置具有一流体流发生器(30)，它产生通过薄片(13)内的多个孔和/或沿薄片(13)上的多个冷却筋(18)的流体流。
9.按照权利要求1或2所述的导纱辊，其特征在于，磁性轴承(6)的固定部件(8)具有多个包括多个励磁绕组(11)的磁极元件(10.1、10.2、10.3、10.4)，这些磁极元件(10.1、10.2、10.3、10.4)设置在一轴承平面(14)内，并且为这些磁极元件(10.1、10.2、10.3、10.4)配置一共同的薄片(13)。
10.按照权利要求1或2所述的导纱辊，其特征在于，磁性轴承(6)的固定部件(8)具有多个包括多个励磁绕组(11)的磁极元件(10.1、10.2、10.3、10.4)，这些磁极元件(10.1、10.2、10.3、10.4)设置在多个轴承平面(14.1、14.2)内，并且为这些磁极元件(10.1、10.2、10.3、10.4)配置多个薄片(13.1、13.2)。
11.按照权利要求10所述的导纱辊，其特征在于，一个第一轴承平面(14.1)与一个第二轴承平面(14.2)的至少几个磁极元件(10.1、10.2)角错位分布地设置在支座(4)上，并且在每一轴承平面(14.1、14.2)内设置一个薄片(13.1、13.2)。
12.按照权利要求10所述的导纱辊，其特征在于，为每一磁极元件(10.1、10.2、10.3、10.4)分别配置一传感器(19)，用以检测辊外壁(1)的位置，并且各传感器(19)和各磁极元件(10)的励磁绕组(11)与一轴承控制装置(27)相连接。
13.按照权利要求1或2所述的导纱辊，其特征在于，辊外壁(1)通过两个径向作用的磁性轴承(6.1、6.2)和一个推力轴承(23)支承，其中磁性轴承(6.1、6.2)的固定部件(8)具有多个包括励磁绕组(11)的磁极元件(10)而磁性轴承(6.1、6.2)的旋转部件(9)具有多个薄片(13)。
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