CN100500314C - 具有均匀辊隙压力的依从压辊 - Google Patents

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Abstract

一种用来在辊隙(42)处形成均匀压力的依从压辊(10)具有一个静止内芯(12)。许多靴状物(14)可绕枢轴转动地安装在静止内芯上。多块非磁性隔板(16)形成许多环形腔(18)并且一个靴状物占用一个腔。一种磁流变流体充满每个腔，而且许多磁场发生器(13)改变每个腔内的磁场。一个可旋转薄外壳(24)包围许多腔、靴状物和静止内芯。

Description

具有均匀辊隙压力的依从压辊
技术领域
本发明总的涉及压辊，更具体地说是涉及一种调整薄外壳变形的依从压辊。
背景技术
就制造某些基片而论，至少一个表面具有高的光洁度十分重要。通常这种高光洁度需要很高的公差。对于形成极好光洁度问题的现有技术解决办法尚未完全令人满意。一种现有技术解决办法必需使用多个弹性辊。然而，弹性辊不能产生与金属辊一样高的公差。
另一种现有技术的解决办法是使用具有高表面光洁度的载带薄片，用作基片通过辊隙时的衬垫材料。这种解决办法的问题为：该载带薄片通常必需被抛弃或者回收重制，从而加大该制造过程的成本。另一个问题是该载带薄片经常皱折。
使用一个具有高表面光洁度并盖住一个弹性衬垫的金属套筒的辊是一种可能性。然而，这种解决办法也具有不少缺点。这种薄金属套筒在反复使用后会产生破裂，尤其是沿着边缘。
美国专利No.5,146,664(Biondetti)中描述一种现有技术解决办法。所推荐的解决办法是采用一系列液压活塞。而且，这些液压活塞在一个厚外壳上作业以便矫正该辊内的轴挠曲。所披露的设备昂贵且不适用于所有应用场合。
对于一个加图案的辊来说，在辊隙处迅速升高压力以便迫使材料到达该图案是重要的。小直径金属外壳会固有地形成一个小辊隙印迹，对于一个给定的辊隙载荷来说，这导致一个较高的压力。在挤压注塑薄片材料的成形中该辊隙作用能改善该精加工或者说加图案辊表面的复制过程。
在理想情况下，辊最好应为圆柱形而该熔融树脂应均匀分布。实际上，两种状态都不能达到。为了改进横向宽度辊隙的荷载，局部调整辊形状的能力是符合需要的。该薄片材料会因此而具有更加一致的厚度和表面一致性。多种自调整辊被用于需要高辊隙荷载的造纸或多种薄片压光作业之中，但它们具有极低的传热性能。
因此需要具有一种辊，它能形成极好光洁度、带有小辊隙印迹、具有改进的传热性能并能调整。
发明内容
简单地说，根据本发明的一个方面，一个用来在辊隙处形成均匀压力的依从压辊具有一个静止内芯。许多靴状物可绕枢轴转动地安装在该静止内芯上。多块非磁性隔板形成许多环形腔并且一个靴状物占用一个腔。一种磁流变流体充满每个腔，而许多磁场发生器改变每个腔内的磁场。一个可旋转薄外壳包围着许多腔、靴状物和静止内芯。在磁场发生器内的改变造成磁流变流体的阻力改变，这本身在可旋转薄外壳上施加力，因而补偿在该外壳内的小变形。
根据本发明，压辊具有一个薄壁金属外壳。该外壳在加载情况下的轮廓能在沿着旋转轴线的多个不同点处进行调整以便提供均匀接触的辊隙。沿着该辊轴线形成施加在该外壳内表面上的力能发生变化的多个区域，以便补偿造成局部外壳变形的力。
在一个实施例中，借助于容纳在内壳和外壳之间形成的多个腔内的一种磁约束流体的剪切作用在该内壳内产生一个流体动力。磁场的改变影响该流体粘度。这对于一个给定的旋转速度会产生较大的流体动力。主要构件包括一个内部圆柱芯、弹簧加载并可绕枢轴转动的多个靴状物、多个区域分隔环、磁场源以及薄壁外壳。
在该辊上的一个薄外壳提供更精细的轴向轮廓调整和优秀的传热能力，这对于挤压注塑系统来说是十分重要的。改进的热传递能允许较小的辊直径，从而改善模具到辊隙的几何条件并能缩短熔融幕状物长度，因此该辊能由于减少边缘向内弯曲而改善熔融幕状物厚度不一致性。该辊还能用于该辊表面相对于其它物体需要可调整的多种非辊隙应用场合。
通过详细描述下文出现的最佳实施例，将使本发明及其目的和优点变得更加清楚。
附图说明
图1是一个本发明轴向依从压辊的等轴图，并具有一个通过外壳剖取的局部横截面以便露出内部构件。
图2A是在内部流动腔之一的中心处剖取的图1所示轴向依从压辊横截面图。
图2B是图2A所示靴状物和外壳的界面放大视图。
图3是对于不同内部压力状态而言外壳垂直于辊隙位置的径向变形(UX)曲线图。
图4是在两辊之间形成的辊隙的横截面图。
具体实施方式
本发明将特别地指向形成本发明装置部件或与该装置更直接地协作的多个构件。应该理解，没有专门显示或描述的构件可以采用熟悉该项技术的人员众所周知的种种形式。
现在参见图1，一个依从压辊总体地用数字10标出。依从压辊10大体上包括一个静止内芯12以及许多可绕枢轴转动地安装在静止内芯12上的靴状物。一系列非磁性隔板16形成许多环形腔18并且每个靴状物14占用一个环形腔18。
参见图1、2A和2B，图中显示出偏心安装的靴状物14。靴状物14的一个表面是弯曲的。一个可绕枢轴转动点15和弹簧加载组件17装设在靴状物14上。在靴状物14的结构中使用一种非磁性金属材料，但本发明不受这个实施例限制。靴状物14弯曲表面的曲率稍小于薄壁外壳24内表面的曲率。这就在这些构件之间的界面处形成一个收敛的横截面。
依从压辊10包括一个不转动内芯12，它是用于依从压辊10的主支承结构。在该内芯结构中使用一种非磁性金属材料，但本发明不受这个实施例限制。内芯12具有一个在其中已设有多个轴向孔19的圆柱形状。这些孔中的至少一个用来容纳磁场发生器13。在该最佳实施例中一个磁场发生器13与许多靴状物14中的每一个相关。这就允许对于薄壁外壳24的局部调整。在一个替代实施例中，可在许多靴状物14的每一个之中放置一个磁场发生器13，如图2B所示。
多个轴向孔19被用来循环该芯内部的传热介质。沿着径向形成一系列空穴26，以便用作靴状物14的支承。内芯12上的多个支座能安装多个轴承20和流体密封装置22。
运行时，一种粘性流的流体动力效果会受到由该薄壁外壳相对于靴状物的相对速度形成的剪切应力，因而该流体效果在收敛区域11内产生一个压力分布。这个压力作用在薄壁外壳弯曲表面25以及靴状物弯曲表面27上。作用在靴状物上的压力导致一个与压力中心处的曲率垂直的力。这个力受到作用在靴状物14上的弹簧预加载力的抵抗。而作用在旋转薄壁外壳24上的压力在该外壳上形成一个内力。作用在该外壳上并来自内流体动力作用的力以及外辊隙力的净差造成该薄壁外壳在这个区域内的一个局部变形。
由于该外壳结构设计不受轴弯曲准则或壳破碎判据限定，在这个实施例情况下小外壳直径的薄壁外壳是可能的。该外壳的壁厚能显著减薄，这是因为受到外部辊隙力的该外壳表面由借助于磁流变流体28和靴状物14的相互作用而形成的压力在内部被直接支承。
薄壁外壳24用多个轴承20强制约束以便围绕内芯12旋转。该外壳的旋转可由辊隙位置42处的摩擦力给予，如图4所示，或者具有一个外部驱动机构。沿着该薄壁外壳的弯曲表面25，对于一个给定的收敛界面来说，具有相对速度和流体粘度会形成一个均匀的压力。借助于改变该流体的粘度，连同靴状物14一起的多个环形腔18、磁流变流体28以及轴向可变磁场发生器13能受到可变的流体动压力。这种沿着该薄壁外壳施加轴向可变压力的能力导致多个小量值局部变形改变并且该改变的频率比其它现有技术可能的频率高得多。
图3显示有限元计算结果，它用来模拟这种设备在该辊隙位置的辊表面径向轮廓上的可变内压力能力的效果。该外壳的尺寸可按照下列值来提供：大约1800磅-英寸的抗挠刚度以及0.025的外壳厚度与直径之比。抗挠刚度被定义为材料弹性模量和外壳厚度三次方的乘积值除以一个恒定值12和1与泊松比平方之差的乘积值。一个250每平方英寸磅数的平均辊隙压力被使用在这一计算之中，所述平均辊隙压力沿着一个与该旋转轴线平行的局部区域布置在薄壁外壳24上。变量UX是沿x方向的径向位移，它也垂直于该被施加辊隙压力区域。
具有多个菱形标记的曲线30表示在辊隙加载但没有内部支承情况下的预计外壳变形。具有三角形标记的曲线32表示在一个区域上施加一个局部压力的效果，所述区域与以50每平方英寸磅数的平均压力作用在该外壳中心处的靴状物14弯曲表面等同。而具有矩形标记的曲线34表示借助于沿着外壳内表面施加一个范围为15至20每平方英寸磅数的梯度压力分布而获得的径向变形实际效果。利用基本流体动力学原理已经算出，如果一种大约10帕-秒粘度的流体在该外壳和靴状物弯曲表面之间被用一个250升/秒的平均剪切速率剪切，在这个区域内能产生大约30每平方英寸磅数的压力。
图4显示在挤压注塑薄片成形中使用的一个典型两辊辊隙的横截面图。一个依从压辊10被径向加载，进入熔融树脂52和第二辊40的界面。利用一个例如为激光三角测量器或涡流装置的非接触变形探测器50，能测量生成的外壳表面变形。这个测得数据能用给微信息处理器56发送变形信号54的方法来控制沿着该辊轴线的内部加载状态，所述微信息处理器改变一个或更多磁场发生器13的强度。
除了上文所述的磁流变流体之外，这种设备还能调节其它没有磁流变性能但呈现非牛顿特性(流体粘度取决于被施加的剪切速率)的流体。局部压力变化能通过调节在该外壳和靴状物弯曲表面之间的间隙来形成。在这个间隙中的平均剪切速率与被该间隙高度除的表面速度成比例。非牛顿流体在速度和剪切速率之间显示出对数关系。外部调节该间隙并与一种具有所需剪切敏灵性能的流体相结合，提供一个在每个腔内形成局部压力差的附加装置。
零件表
10  依从压辊
11  收敛区域
12  内芯
13  磁场发生器
14  靴状物
15  转动点
16  非磁性隔板
17  弹簧加载组件
18  环形腔
19  轴向孔
20  轴承
22  密封装置
24  薄壁外壳
25  外壳弯曲表面
26  空穴
27  靴状物弯曲表面
28  磁流变流体
30  曲线
32  曲线
34  曲线
40  第二辊
42  辊隙
50  变形探测器
52  熔融树脂
54  信号
56  微信息处理器

Claims (7)

1.一种用来在辊隙处形成均匀压力的依从压辊，它包括：
一个静止内芯；
多块形成许多环形腔的非磁性隔板；
一种充满每个所述腔的磁流变流体；
许多用来改变每个所述腔内磁场的磁场发生器；以及
一个围绕着所述许多腔、靴状物和静止内芯的可旋转薄外壳，
其特征在于，
还包括许多绕枢轴转动地安装在所述静止内芯上的靴状物，每个所述靴状物占用所述腔之一，并且每个所述磁场发生器处于所述静止内芯之中。
2.根据权利要求1的依从压辊，其特征为，所述靴状物被弹簧加载到所述静止内芯上。
3.根据权利要求1的依从压辊，其特征为，所述可旋转薄外壳由金属制成。
4.根据权利要求1的依从压辊，其特征为，每个所述磁场发生器可单独调节以便补偿在所述可旋转薄外壳内的变形。
5.根据权利要求1的依从压辊，其特征为，每个所述磁场发生器可单独调节以便补偿薄片的厚度变化.
6.根据权利要求1的依从压辊，其特征为，在所述磁流变流体上由所述可旋转薄外壳的旋转形成的流体动力补偿所述外壳内的变形。
7.根据权利要求1的依从压辊，其特征在于，在每个所述靴状物内安置一个变形探测器。
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