CN101072902A - 用于制造、处理和再加工合成纤维的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用来制造、处理和再加工合成纤维的具有许多工位的装置。其中所述工位布置成一工艺序列并分别具有一个或几个受驱动的处理设备。处理设备的驱动装置包含电机，所述电机分别直接作用在处理设备上或通过中间连接一传动装置而间接作用在处理设备上。其中按照本发明多个用来直接驱动相配的处理设备的电机设计成永磁电机，以灵活地尽可能在低转速下以大扭矩使所述处理设备在不同的应用场合下运行。

Description

用于制造、处理和再加工合成纤维的装置

技术领域

本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的用于制造、处理和再加工合成纤维的装置。

背景技术

为了制造合成纤维以及处理和再加工成纤维产品，例如长丝、丝束、短纤维、纺粘型非织造织物或无纺布，已知将纤维制品引导到一个工艺序列的多个工位中。在每个工位内设置一个或几个受驱动的处理设备，以便能够对纤维制品进行引导和处理。这里根据要求的不同处理设备直接通过电机驱动或通过中间连接传动装置间接驱动，例如由EP1022364A1已知一种这样的装置的结构方案。

这种装置通常多个并排地安装在厂房内，因此多个同时受驱动的处理设备一起运行，因此整个系统会出现明显的噪声污染，这种噪声特别是在处理过程开始和在维护时影响通过操作者进行的操作。此外要求利用传动装置驱动的处理设备有较多的维护周期(Wartungszyklus)，这造成不希望的处理过程中断。

发明内容

因此本发明的目的是，提供一种开头所述类型的用来制造、处理和再加工合成纤维的装置，其中在工位内的处理设备可尽可能有利于环境地以很少的处理过程中断运行。

本发明的另一个目的是，以尽可能紧凑的和可灵活应用的处理设备配备所述类型的装置。

按照本发明这个目的通过具有权利要求1特征的装置实现。

本发明有利的改进方案由从属权利要求的特征和特征组合确定。

本发明具有特别的优点，即可以明显提高由电机直接驱动的处理设备的比例。因此可以节省附加的传动装置，因为特别已知永磁电机，用以在较低的转速下传递大的扭矩。此外由永磁电机驱动的处理设备具有较好的动态性能和灵活性，因此可以不加改动例如更换传动装置而用于不同场合。

为了能够在制造、处理和再加工纤维物品时在直接驱动的处理设备时保持规定的引导速度，永磁电机分别设计成同步电机，其中在环形转子上设置多个永磁体，这里转子直径与其长度相比较大，由此获得非常短和紧凑的电机结构方案。

这里通过永磁电机在低转速下产生的大扭矩可以有利地通过本发明这样一种的改进方案来传递，其中同步电机具有中空轴接纳部，以将一轴段连接到转子上，所述轴段可插入所述中空轴接纳部内。

这里轴段可直接在处理设备驱动轴的端部上形成。但是也存在这样的可能性，即插入中空轴接纳部内的轴段在一中间轴上形成，所述中间轴通过用来同步传递驱动转速的传动装置与处理设备的驱动轴连接。因此可以根据安装可能性和空间需求实现独特的处理设备的驱动方案。

对于保持规定的处理速度本发明的这样一种改进方案特别有利，其中永磁电机与一控制装置连接，该控制装置至少与一配设给处理设备的传感器结构相连。因此在所述控制装置的内部可以将由传感器结构检测到的处理设备的驱动转速实际值或直接将引导速度与相应规定的额定值相比较，并对其进行持续的调整。由此，特别可以确保引导纤维制品所需要的处理均匀性。

为了避免过载现象-例如由于纤维卷绕在导丝辊上引起-在永磁电机和处理设备之间的传动链(Antriebsstrang)内设置联接装置/离合装置(Kupplungseinrichtung)是有利的。这里证明钢盘联轴器/钢盘离合器(Stahllamellenkupplung)是特别合适的。

本发明这样的改进方案可特别有利地用来制造短纤维，在这种方案中由永磁电机直接驱动至少多个处理设备，例如挤出机、纺丝泵、导丝辊、拉伸装置、卷曲变形装置或切断装置。

在制造纺粘型非织造织物时处理设备如挤出机、纺丝泵、铺放装置、轧光机或无纺布卷绕装置可以优选用永磁电机直接驱动。

附图说明

下面借助于附图详细说明本发明装置的几个实施例。

其中：

图1示出本发明装置第一实施例的示意图，

图2示出图1的实施例的处理设备的示意性横向剖视图，

图3示出图1的实施例的处理设备的示意性侧视图，

图4示出图1的实施例的另一个处理设备的示意图，

图5示出用于直接驱动处理设备的永磁电机的示意性横向剖视图，

图6示出本发明装置另一个实施例的示意图。

具体实施方式

图1中示意性示出用来单级制造短纤维的本发明装置的第一实施例。这种装置作为用来制造尤其是由聚丙烯制成的短纤维的紧凑纺丝设备在本领域是公知的。紧凑纺丝设备以在最大250m/min范围内的纺丝速度运行。由此可以实现高达50吨/天的非常高的生产率。

本发明装置的这个实施例具有多个工位，所述工位从熔体制备装置1到用来切断合成纤维的切断装置9构成一个工艺序列。熔体制备装置1后面是纺丝装置2，牵引装置3，拉伸装置4，丝束铺放装置5，卷曲变形装置6，干燥装置7以及设置在切断装置9前面的拉力调整装置8。每个工位分别具有一个或几个受驱动的处理设备。

为了产生聚合物熔体，熔体制备装置1包括带挤出机驱动装置11的挤出机10。这里以颗粒的形式向挤出机输送10聚合物，并使聚合物熔化。由挤出机10熔化的聚合物熔体通过管道系统输送给纺丝装置2的下一工位。

纺丝装置2具有多个纺丝部位12.1，12.2和12.3，在图1中所示的实施例的纺丝部位数量是举例性的。每个纺丝部位12.1，12.2和12.3的结构都是相同的，因此借助于纺丝部位12.1对这些纺丝部位进行详细说明。

为了挤出多个纤维条设置一尤其是环形的纺丝喷嘴15，该喷嘴在其下侧上具有多个喷嘴孔。纺丝喷嘴15与纺丝泵13相连，纺丝泵在压力作用下向纺丝喷嘴15输送熔体流。为此纺丝泵13由泵驱动装置14直接驱动。纺丝部位12.1，12.2和12.3的纺丝喷嘴15设置在加热的纺丝箱体内。在纺丝喷嘴15的下方设置一基本上与纺丝喷嘴15同心布置的冷却装置16。冷却装置16设计成吹风装置，其中在环形吹风喷嘴中产生冷却空气流，从而冷却空气从内向外穿过由纤维条构成的环形帘幕，并使纤维条冷却。在所示实施例中冷却装置16的冷却空气从上方通过纺丝箱体输入。但是冷却空气入口也可以在侧向定位在挤出的纤维条旁边。

为了引导和处理在按图1的实施例中由附图标记30表示的纤维条，在纺丝装置2后面设置牵引装置3。牵引装置3位于紧靠纺丝装置2的下方。牵引装置3具有多个上油辊17和牵引辊18，上油辊17和牵引辊18相互独立地受驱动。这里特别是牵引装置18可以共同通过一成组驱动装置或单独通过单个驱动装置驱动。通过牵引装置3将纺丝部位12.1，12.2和12.3的纤维条30抽出，并偏离垂直导向使其转向。接着多个通过上油辊17合并而成的、称为丝束的纤维条被拉伸装置4接收。

拉伸装置4具有两个沿纤维行进方向前后设置的拉伸机构19.1和19.2，在拉伸机构19.1和19.2之间设置热拉伸通道21。在热拉伸通道21内可以借助于热空气或热蒸汽将纤维条30调温到规定的温度。每个拉伸机构19.1和19.2分别具有多个拉伸辊20。拉伸机构19.1和19.2的拉伸辊20由一成组驱动装置驱动，其中拉伸机构19.2的拉伸辊20相对于拉伸机构19.1的拉伸辊20以较高的周向速度运行，以调整规定的拉伸比。为了同时对纤维条进行热处理，两个拉伸机构19.1和19.2的拉伸辊20可以按要求的不同具有冷却的辊外壳或加热的辊外壳。下面还要详细说明用于拉伸机构19.1和19.2的拉伸辊20的成组驱动装置的结构。

在拉伸后并排引导的丝束在丝束铺放装置5内合并成一丝条。为此丝束铺放装置在入口区内具有受驱动的分离辊(Separierwalze)22，在出口处具有受驱动的汇集辊24。在分离辊22和汇集辊24之间相互重叠地设置多个分配辊23，以将在分离辊22上被并排引导的丝束引导到一共同的平面内，从而在汇集辊24上将丝束合并成丝条。

接着在卷曲变形装置6内填塞丝条并使其卷曲变形。为此卷变形装置6具有两个受驱动的卷曲变形辊25，所述卷曲变形辊相互重叠设置成一辊间隙。在辊间隙出口侧连接一填塞箱26。下面还要详细说明卷曲变形辊25的成组驱动装置的结构。

在卷曲变形后纤维条被送到干燥装置7，接着通过拉力调整装置8以确定的张力输送给切断装置9。干燥装置7由炉66的构成，连续地引导纤维条穿过该炉。拉力调整装置8具有多个受驱动的导丝辊27，以将纤维条从干燥装置中抽出。

为了切断纤维，在切断装置9内设置受驱动的切割头28，通过该切割头将纤维条切成小段，并由纤维收集器29接纳。

在图1中未详细示出的、各处理设备的驱动装置既可以由单个驱动装置也可以由成组驱动装置构成，对于单个驱动装置，处理设备直接由电机驱动，或对于成组驱动装置，处理设备通过中间连接一变速传动装置驱动，但是本发明装置的特征在于，即使在这种低的处理速度时，也有多个直接驱动的处理设备。

为此在图2和3中以多个带成组驱动装置45的视图示出拉伸机构19.1。图2以横向剖视图、图3以侧视图示出该装置。如果没有明确说明参考哪个附图，则以下说明对这两个附图都适用。因为按图1的实施例的拉伸机构19.1和19.2的结构基本上相同，以下说明适用于两个拉伸机构19.1和19.2。但是这里应该指出，根据处理过程的不同，拉伸机构19.1的结构可以是完全不同的。

在机架壁32上设置多个相互错开布置的拉伸辊20.1至20.5。拉伸辊20.1至20.5悬伸地保持在机架壁32上并通过驱动轴31.1至31.5可旋转地支承在机架壁32内。每个驱动轴31.1至31.5在机架壁32内的支承段上(分别)具有一齿轮33.1至33.5，所述齿轮固定地与相应驱动轴31.1至31.5的外周相连。所述齿轮33.1至33.5设计成相同的并且相互接合。所述驱动轴31.1至31.5以一自由端伸到机架壁32的背侧。驱动轴31.1至31.5的这个自由端通常提供了用于对辊子进行调温的连接可能性。

由图2所示，用来驱动拉伸辊20.1至20.5的成组驱动装置45具有一永磁电机34。永磁电机34通过转子轴39和联轴器38与中间轴35连接。中间轴35可旋转地支承在机架壁32内，并以驱动端伸出到机架壁32的背侧。中间轴35的外周上设置有与齿轮37相接合的齿轮36。齿轮37设置在驱动轴31.2的外周上。

在图2和3所示的拉伸机构19.1中，这样对拉伸辊20.1至20.5进行直接驱动，即，直接由永磁电机34的转子轴39以规定的驱动转速驱动中间轴35。中间轴35的旋转运动同步传递到驱动轴31.2上，为此相互接合的齿轮36和37在其直径上设计成相同的。同时通过齿轮33.1至33.5的传动对相邻驱动轴31.1及31.3至31.5进行驱动。由此直接由永磁电机34以相同的周向速度驱动拉伸辊20.1至20.5。

对于图2和3所示的拉伸机构，同样存在这样的可能性，即永磁电机34直接与驱动轴31.1至31.5的一个自由端相连。在这种驱动变型方案中取消了中间连接的中间轴。特别是在驱动轴的自由端不必具有连接可能性的拉伸机构和牵引装置中，优选直接连接永磁电机。原则上也存在这样的可能性，即每个拉伸辊由一单独的永磁电机驱动。例如在图1所示的实施例的卷曲变形装置6中，卷曲变形辊可分别由一永磁电机直接驱动。

在图4中详细说明了用在按图1的实施例中的卷曲变形装置6。在图1中以一视图示意性示出了该卷曲变形装置。

卷曲变形装置6主要由两个可旋转地支承在机架41中的卷曲变形辊25.1和25.2以及连接在卷曲变形辊25.1和25.2后面的填塞箱26组成。在图4中以横向剖视图示出填塞箱26。在上卷曲变形辊25.1和下卷曲变形辊25.2之间形成辊间隙40，以便能将纤维制品拉入，并通过弯折使其卷曲变形。每个卷曲变形辊25.1和25.2与一驱动轴31.1和31.2连接。上卷曲变形辊25.1的驱动轴31.1在驱动端直接与永磁电机34.1连接，下卷曲变形辊25.2通过驱动轴31.2直接与第二永磁电机34.2连接。

为了调整卷曲变形辊25.1和25.2之间的辊间隙40，卷曲变形辊25.1和25.2之间的距离是可变的。为此上卷曲变形辊25.1连同驱动轴31.1和永磁电机34.1最好可相对于下卷曲变形辊25.2调整地保持在机架41中。保持和引导上卷曲变形辊25.1所需要的机械结构在图4中没有示出，这里不作详细说明。为此通常卷曲变形辊25.1保持在一摆动架上，所述摆动架可通过一活塞-缸单元引导。这里活塞-缸单元用来将上卷曲变形辊25.1保持在确定辊间隙40的工作位置上。

为了控制永磁电机34.1和34.2，每个电机34.1和34.2的前面分别设置一与电机连接的控制装置42.1和42.2。

控制装置42.1和42.2配设有传感器结构43.1和43.2，所述传感器结构测量电机34.1和34.2的转速或转子位置。为了规定处理过程的调整(设置)，在控制器42.1和42.2前设置控制单元44。

为了运行图4所示的卷曲变形装置，通过控制单元44给控制器42.1和42.2驱动转速的额定规定值，使得两个永磁电机34.1和34.2以相同的设置驱动相配的驱动轴31.1和31.2。以相同的周向速度驱动卷曲变形辊25.1和25.2。通过传感器结构43.1和43.2监控对永磁电机34.1和34.2的控制。传感器结构43.1和43.2可以设计成位置传感器或转速传感器。永磁电机优选设计成同步电机，以用恒定的周向速度驱动辊子。

图4所示卷曲变形装置的实施例的特征是对卷曲变形辊的直接驱动，使得不需要附加的用于驱动轴的变速和联接的机械结构。因此卷曲变形装置可以设计成具有特别紧凑和基本上不需要维护的成组驱动装置。这里永磁电机也可以用无传感器的变型方案代替，这种方案中，电机的控制通过软件进行。

在图5中以横向剖视图示出同步电机形式的永磁电机一种可能的结构变型方案，它例如可以用来驱动拉伸辊20或卷曲变形辊25。也作为所谓的扭矩电机已知的永磁电机具有中空轴接纳部48，卷曲变形辊的一驱动轴例如驱动轴31.1的一个轴段54插入该中空轴接纳部内。中空轴接纳部48在永磁电机的壳体46内形成。在壳体46内固定一环形定子47。定子47包围在定子47内部设计成环形的转子51，转子在外周上携带多个并排设置的永磁体。图5中示出永磁体51.1和51.2。转子51通过轴承49可旋转地支承在壳体46内。转子51在一个端侧上与一环形套筒50的凸缘固定连接。环形套筒50不可相对旋转地与轴段54的外周连接。轴段54通过轴承53支承在壳体46内。

图5中所示的、设计成同步电机的永磁电机是用于直接驱动辊子的优选驱动变型方案。采用在气隙中具有恒定磁通量的永久磁铁使得可以在低转速下输出高的功率。因此永磁电机特别适合于直接驱动本发明装置的在图1中所示的实施例中的处理设备。因此存在这样的可能性，即采用在图5中所示的永磁电机来直接驱动挤出机的挤出螺杆、纺丝泵的驱动轴或切断装置的切割头，因此可以实现特别紧凑的、以及由于驱动装置的结构形式而基本上不需要维护的处理设备，从而本发明的装置作为总系统由于维护周期少具有高的生产率。此外直接驱动的处理设备的高比例允许有较大的余地，以在制造和处理纤维制品时可以改变处理工艺。

在图6中示意性示出本发明装置的另一个实施例，其中顺序设置成一加工序列的工位用来由所提供的塑料材料制造纺粘型非织造织物。这里，如果功能和上述实施例相同，工位和处理设备保留相同的附图标记。

该装置具有熔体制备装置1，纺丝装置2，铺放装置55，轧光装置56和无纺布卷绕装置57。在纺丝装置2内，通过由挤出机驱动装置11驱动的挤出机10使塑料颗粒熔化，并作为聚合物熔体通过管道系统将其输送给纺丝装置2。

纺丝装置2具有带有设计成基本上成行布置的纺丝喷嘴的纺丝头63，在纺丝头63下方设有牵引喷嘴64，以抽出通过纺丝喷嘴孔挤出的纤维条并将其输送给铺放装置55。

铺放装置55由受驱动的输送带58组成，所述输送带由驱动辊59引导。

在输送带58的端部设置用来加固热塑性无纺布的、具有多个受驱动的轧光辊60的轧光装置56。在轧光装置56后面设置具有受驱动的卷绕架61的无纺布卷绕装置57，所述卷绕架可旋转地保持在机架中。

本发明装置的按图6所示的实施例设置成用来制造纺粘型非织造织物。这里熔融纺造的纤维条30像具有规定宽度的帘幕一样铺放成无纺布62。无纺布62在铺放后通过输送带58输送给轧光装置56。在受驱动的轧光辊60之间形成辊间隙，无纺布穿过该辊间隙，以进行加固。加固后将无纺布62卷绕成无纺布卷筒65。

为了驱动输送带58，以及为了驱动至少一个轧光辊60，分别设置一永磁电机34。这里永磁电机34可以按照按图5的实施例直接连接在驱动辊59的驱动轴上或轧光辊60的驱动轴上。

卷筒架61同样可以通过永磁电机直接驱动.

在本发明装置的在图1和6中所示的实施例中在其工位的类型和工序及处理设备的结构形式上是举例性的。原则上存在这样的可能性，即制造短纤维的工序可通过两个分开过程实现。其中在第一个工步中产生丝束，并将其铺放在条筒内.在第二个工步中从条筒中抽出多个丝束，并作为丝条切断成纤维。为了拉伸纤维条，也可以通过在拉伸辊上多圈缠绕来引导纤维条.

根据本发明的装置的特征在于低噪声的总系统，所述总系统由于成组驱动装置良好的调节特性在对纤维制品的引导中具有高度的处理均匀性.

附图标记表

1                  熔体制备装置       2                 纺丝装置

3                  牵引装置           4                 拉伸装置

5                  丝束铺放装置       6                 卷曲变形装置

7                  干燥装置           8                 拉力调整装置

9                  切断装置           10                挤出机

11                 挤出机驱动装置     12.1，12.2，12.3  纺丝部位

13                 纺丝泵             14                泵驱动装置

15                 纺丝喷嘴           16                冷却装置

17                 上油辊             18                牵引辊

19.1，19.2         拉伸机构           20                拉伸辊

21                 高温拉伸通道       22                分离辊

23                 分配辊             24                汇集辊

25.1，25.2         卷曲变形辊         26                填塞箱

27                 导丝辊             28                切割头

29                 纤维收集器         30                纤维条

31.1，31.2...31.5  驱动轴             32                机架壁

33.1...33.5        齿轮               34，34.1，34.2    永磁电机

35                 中间轴             36                齿轮

37                 齿轮               38                联轴器

39                 转子轴             40                辊间隙

41                 机架               42.1，42.2        控制装置

43.1，43.2         传感器结构         44                控制单元

45                 成组驱动装置       46                壳体

47                 定子               48                中空轴接纳部

49                 轴承               50                环形套筒

51                 转子               52.1，52.2        永久磁块

53                 轴承               54                轴段

55                 铺放装置           56                轧光装置

57                 无纺布卷绕装置     58                输送带

59                 驱动辊             60                轧光辊

61                 卷筒架             62                无纺布

63                 纺丝头             64                牵引喷嘴

65    无纺布卷筒        66      炉

Claims (9)

1.用来制造、处理和再加工合成纤维的装置，具有多个工位(1...9)，所述工位布置成一工艺序列并分别具有一个或几个受驱动的处理设备(10、13、19)，其中处理设备(10、13、19)的驱动装置(11、14、45)具有电机(34)，所述电机分别直接或通过中间连接传动装置而间接作用在处理设备(19)上，其特征为：用来直接驱动相配的处理设备(19.1、19.2)的多个电机设计成永磁电机(34)。

2.按权利要求1的装置，其特征为：永磁电机(34)分别设计成同步电机，在同步电机中，在环形转子(51)上设置多个永磁体(52.1、52.2)。

3.按权利要求2的装置，其特征为：所述同步电机(34)具有一中空轴接纳部(48)以将一轴段(54)连接到转子(51)上，所述轴段(54)可插入所述中空轴接纳部内。

4.按权利要求3的装置，其特征为：所述轴段(54)直接在一处理设备(25.1)的驱动轴(31.1)的一端部上形成。

5.按权利要求3的装置，其特征为：所述轴段(54)在一中间轴(35)上形成，所述中间轴以相对端连接在处理设备(20.2)的驱动轴(31.2)上。

6.按权利要求1至5之任一项的装置，其特征为：所述永磁电机(34.1)与一控制装置(42.1)连接，所述永磁电机(34.1)配设有传感器结构(43.1)，该传感器结构(43.1)与所述控制装置(42.1)连接。

7.按权利要求1至6之任一项的装置，其特征为：在所述永磁电机(34)和处理设备之间的传动链内设置联接装置(38)。

8.按权利要求1至7之任一项的装置，其特征为：与永磁电机(34)连接的处理设备是挤出机(10)、纺丝泵(13)、导丝辊(18、27)、拉伸机构(19)、卷曲变形辊(25)和/或切割头(28)。

9.按权利要求1至7之任一项的装置，其特征为：与所述永磁电机(34)连接的处理设备是挤出机(10)、纺丝泵(13)、驱动轴(59)、轧光辊(60)和/或无纺布卷筒架(61)。

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