CN101486417A - 将料幅卷绕成卷筒的卷取设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种卷取设备(1)，包括至少一个在卷取时将卷筒(5)贴靠在它上面的辊(2、3)、一个确定辊(2、3)振动的振动传感装置(16－19)、一个控制器(29)和至少一个可借助它移动辊(2、3)的调整机构(10、11)。希望在卷取时保持小的振动。为此规定，振动传感装置(16－19)直接检测辊(2、3)的振动，以及确定卷筒(5)转速的转速测量装置(21、22；23、24)与控制器(20)连接。

Description

将料幅卷绕成卷筒的卷取设备和方法

技术领域

本发明涉及一种卷取设备，包括至少一个在卷取时将卷筒贴靠在它上面的辊、一个确定辊振动的振动传感装置、一个控制器和至少一个可借助它移动辊的调整机构。

此外本发明还涉及一种将料幅卷绕成卷筒的方法，其中，将卷筒贴靠在一个辊上并根据测得的振动移动此辊。

背景技术

例如由EP1260470B1已知一种此类卷取设备和一种此类方法。在那里，卷筒在卷取时处于由两个支承辊构成的卷筒架内。料幅通过位置固定设置的支承辊进入。另一个支承辊可通过作用在该支承辊轴承上的调整装置移动。在调整装置上固定一个振动传感器。按另一种设计也可以移动两个支承辊。与不采取所述措施相比，采用这种设计希望达到，这种由两个支承辊和卷筒组成的总系统的振动显著减小。

在DE102005000082A1中公开了抑制双支承辊卷取机内振动的另一种可能性。在那里，两个支承辊逆重力方向支承，其中，支承装置包括一个减振器。所述减振器以被动的方式消耗双支承辊卷取机的能量。

由DE102005000052A1已知一种类似的作用在支承辊轴承上的减振器。

采用这些设计尽管可以达到减振的目的。但是在实际工作中有时仍能观察到形成不希望的振动。

发明内容

本发明要解决的技术问题是保持小的振动。

上述技术问题在本文开头所述类型的卷取设备中采取下述措施得以解决：令振动传感装置直接检测辊的振动，以及确定卷筒转速的转速测量装置与控制器连接。

迄今可以发现，尽管在将料幅卷绕为卷筒时采取了主动或被动减振措施，但仍导致产生振动。这尤其发生在卷取具有大静摩擦系数的纸的情况下。尤其在纸层相互的静摩擦系数大于0.5，尤其达到数值0.7和更大时出现振动。目前人们认为，振动是由源自卷筒的一种自激引起的。由于纸层相互之间大的静摩擦系数，在纸幅卷取时通常的层间移动基本上被抑制。其结果是，沿卷筒圆周形成动态条件的卷筒硬度差，它导致卷筒圆周的半径变化，因为缺失所述的纸层位移，不能充分均衡这种卷筒的硬度差。

现在，按照本发明的方案考虑问题的出发点是，通过检测卷筒转速可以确定卷筒谐波。当卷筒谐波与测得的多个振动频率相比较时，可以确定关键性的振动频率并据此有目的地影响此关键性的振动频率。因为料幅一般以恒速进入，但是卷筒的直径在卷绕时渐增，所以改变卷绕时的卷筒转速。由此也改变了关键性的振动频率，从而也必须连续重新调整卷绕时辊的位移，以便能更有效地减小振动。另一方面在于，辊的振动直接在辊上检测。由此避免那些例如下列原因引起的误差：辊有一定间隙地支承在其轴承内以及只是在轴承箱上检测振动。因此，直接在辊上检测辊的振动，允许显著改善辊振动与关键性振动频率的配比关系。

优选地，转速测量装置具有确定卷绕到卷筒上的料幅速度的速度传感器和直径测量装置。料幅的速度可以比较容易确定。卷筒的直径同样可以以合理的费用确定，所以由速度和直径可以无任何困难地计算出转速。由此即使对那些其端侧并非能顺利接近的卷筒而言也能提供转速。这些例如是在双支承辊卷取机中处于另外两个卷筒之间的卷筒。

作为替代或补充方式可以规定，卷筒具有一个带端面标记的卷筒芯，以及转速测量装置与该标记配合作用。标记可限于在卷筒心端侧，也就是说不必制作在卷筒内部。标记可以设计为光学或机械式的。它们允许以简单的方式确定转速。

优选地，振动传感装置具有至少一个装在辊内部或辊盖上的传感器。装在辊内部或辊盖上的传感器直接参与辊的所有运动。然而它不受料幅的干拢，因此例如料幅的断裂对于传感器并没有危险。

在这方面优选地，传感器设计为加速度传感器。借助加速度传感器的信号无疑问地提供有关振动运动必要的信息。恰当地，可以使用一对彼此垂直安装、随同旋转的加速度传感器和测量值的遥测传输装置。通过配置这种在辊内部的加速度传感器，还导致辊运动与调整装置的控制运动脱耦。

优选地，辊设计为支承辊卷取机的入口侧支承辊。进口或入口侧支承辊是料幅首先与之接触的那个支承辊。因此当料幅刚与支承辊接触时实际上已经获取了有关实时卷筒状态的信息，随着料幅的进入可能改变这种信息。因此可以比较快地对那些要不然可能导致振动的现象做出反应。

优选地，设有第二支承辊，它同样具有振动传感装置和/或调整机构。因此可以干预两个支承辊，达到减小振动的目的。

按一项特别优选的设计，设有检测卷筒的卷筒中心的中心检测装置。由此可以高精度地确定卷筒压缩。若发生振动，则通常不仅仅在其上贴靠着卷筒的那个辊振动，而且卷筒本身也振动。可以在辊上造成“反向运动”，所以辊可以自动平稳化。但不一定也与之相关联地使卷筒平稳化。与之相应，可能继续导致振动。但是在卷筒本身往往并不采取什么措施。这种情况尤其针对处于双支承辊卷取机卷筒架内的卷筒。现在通过检测卷筒中心，可以使辊在考虑到卷筒运动的情况下运动，从而使卷筒和辊组成的总系统获得平稳。由此可以减小例如一种由卷筒压缩的不均匀分布引起的振动。在双支承辊卷取机中，可例如根据卷筒中心的位置和直径，确定卷筒与辊之间接触点的负荷角度。根据测得的辊的运动以及测得的卷筒中心的运动，现在可以借助随时间改变的角度关系，计算出在辊接触点沿负荷方向的卷筒压缩。根据这些测量值算出的动态卷筒最小压缩，现在是调整战略的目标参量，它借助控制器跟踪。由此以这种方式实现辊的激励，即，一次性地使卷筒压缩最小化。当然这种调整战略也会导致辊更大地运动，并将反向振动传给卷筒。

在这方面优选地，中心检测装置具有一个装在卷筒内尤其设计为加速度传感器的传感器。这通常可以方便地实现，因为卷筒在卷筒芯上构成，卷筒芯设计为用硬纸板或其他材料制成的套筒。在空心圆柱形内腔中可以方便地装入传感器。传感器能够确定卷筒在卷绕时基于振动造成的加速度。根据加速度可以确定卷筒的实时位置，在这里它与卷筒轴绝对位置的关系不大，这种位置随卷筒直径增大而移动，而是取决于指示振动的短时间的改变。

按一种特别简单的设计，传感器设计为诱导头。即使在双支承辊卷取机中，布置在轴向两端的卷筒往往也设有这种诱导头。然后根据诱导头的位置确定卷筒中心。在这里一次近似可以基于所有卷筒的卷筒中心同样运动。

本发明所要解决的技术问题在本文开头所述类型的方法中采取下过措施得以解决：直接在辊上确定振动并确定卷筒的转速，以及使辊以至少与卷筒谐波相匹配的频率移动。

如上面结合卷取设备说明的那样，根据卷筒的转速可以连续确定卷筒谐波。借助卷筒谐波现在可以确定对于振动的形成是关键性的频率。这是那些与属于卷筒谐波的频率一致的辊振动运动的频率。当振动频率与卷筒谐波一致时存在高度的危险，使卷筒和辊组成的总系统起振。若借助调整装置叠加一个有这种频率的反向运动，则在这里可以使辊特别好地平稳化，从而至少减小振动倾向。

优选地，确定进入的料幅的速度和卷筒的直径。这是在卷筒端侧不能被利用的情况下，确定卷筒转速的一种特别简单的设计。

优选地，为了确定振动使用一个装在辊内部或辊盖上的传感器。这种传感器不受料幅的干扰。它还允许直接确定辊的振动运动，因此避免例如通过轴承内部的间隙可能引起的测量误差。

优选地，为了卷取使用双支承辊卷取机，以及至少在入口侧的辊上确定振动。在双支承辊卷取机中振动问题特别关键，因为在这里在不利的条件下，当振动过激时，存在着使卷筒从卷筒架蹦出的危险。若使用入口侧的辊确定振动，则可以在尽可能最早的时刻检测振动，从而可以同样早地干预振动的形成。

优选地，检测卷筒轴线的位置。所述的轴线是卷筒中心。若连续提供有关卷筒中心位置的信息，则不仅检测卷筒贴靠在它上面的那个辊的运动，而且也检测了卷筒本身的运动。因此辊的运动可以控制为，使辊与卷筒组成的总系统振动最小。在这方面恰当的是，使用一个也可以检测加速度的发送器或传感器。

附图说明

下面结合附图借助一种优选的实施例说明本发明。其中唯一的图表示卷取设备的示意图。

具体实施方式

图1表示设计为双支承辊卷取机的卷取设备1。卷取设备1有两个支承辊2、3，它们构成卷筒5装在其中的卷筒架4。卷筒5有一个卷取套筒6作为卷筒芯，料幅7卷绕在卷取套筒6上，它通过入口侧支承辊2进入。料幅7缠绕在入口侧支承辊2上，然后在辊隙8内卷上卷筒5。

这两个支承辊2、3被驱动。当然，为了视图清晰起见没有详细表示驱动器。

设有一个压辊9，以便将卷筒5压入卷筒架4内。使用压辊9影响卷筒5的卷筒硬度。此外它可以用于防止卷筒5从卷筒架4掉出。

这两个支承辊2、3分别具有调整机构10、11，为了简化在这里它们用箭头表示。调整机构10、11作用在轴承箱12、13上，辊颈14、15支承在轴承箱内。借助调整机构10、11可以移动支承辊2、3。图中表示沿重力方向的移动。也可以实施其他移动方向。

支承辊2具有一个由基本上互相垂直设置的加速度传感器16、17构成的振动传感器装置。支承辊3也设有相应的加速度传感器18、19。各自的加速度传感器16、17或18、19不必绝对相互垂直布置。但它们必须有各自的测量方向，这些测量方向沿各支承辊2、3的周向看相交一个角度。加速度传感器16-19分别布设在支承辊2、3的内部。它们也可以布设在支承辊2、3的一个端面上，也就是设在辊盖上。它们随各自的支承辊2、3旋转，以及将它们的信号分别遥测地传给控制器20。为此，控制器20具有接收器16′-19′。因此控制器20提供有关在振动时产生的支承辊2、3实时运动的信息。

卷取套筒6在其端面设有标记21，它们可以由记录器22检测。记录器22同样与控制器20连接。因此控制器20连续提供有关卷筒5实时转速的信息。

附加或取代由标记21和记录器22构成的转速测量装置，也可以采用确定进入的料幅7速度的传感器23，以及确定卷筒5直径的传感器24。这两个传感器23、24同样与控制器20连接。传感器24如示意图中示意表示的那样扫描例如压辊9的位置，以便获得有关卷筒5直径的信息。根据卷筒5的直径和料幅7的速度，可以确定卷筒5的转速。

此外，设有确定卷筒5轴线实时位置的传感器25。为此，卷筒5可有一个嵌入件26作为传感器。按没有详细表示的方式，至少设置在边缘侧的卷筒5中也可以规定，在卷取套筒6内插入可以评估其位置的诱导头。这种传感器25优选地能够仅仅或也可以记录加速度。

在这种也称为“卷割机”的卷取设备工作时，在处理有大的静摩擦系数的纸的情况下，可导致过强的不希望的振动现象。对于这些类型的纸通常认为是有振动危险的纸。若纸层彼此的静摩擦系数大于0.5，尤其0.7和更大，便存在这种振动危险。在卷绕这种纸时往往导致卷筒5和支承辊2、3过激的振动运动。振动运动的频率分析表明，由卷筒5和支承辊2、3以及必要时压辊9构成的系统，始终以卷筒转速的谐波振动。取决于生产速度，亦即取决于卷筒5的直径，卷筒转速的不同谐波成为问题频率。

因为现在当卷取时连续提供有关卷筒转速的信息，所以可以顺利地确定临界转速并据此确定危险的振动频率。然后控制器可以用这些频率控制调整机构10、11，并保证首先保持支承辊2、3镇静，也就是说在由系统引起的支承辊2、3振动运动上叠加相应的反向运动。这种反向运动可通过轴承箱12、13加入支承辊2、3中。在这种情况下不发生与加速度传感器16、17或18、19的耦合，因为这些加速度传感器16-19与调整机构10、11脱耦。

人们猜测在卷取时的振动疑难问题源于卷筒5的自激效应。由于纸层彼此大的静摩擦系数基本上抑制了在卷取料幅7时通常的层间移动。其结果是，沿卷筒5圆周形成动态条件的卷筒硬度差，它导致在卷筒5圆周上的半径变化。由于缺失纸层间移动，不足以补偿或均衡卷筒硬度差。换句话说，在每次动态的卷筒变形或动态的卷筒负荷下，在支承辊2、3上留下一小部分位置固定不变的残留变形，然后在再次进入辊隙8内时它如一种道路激励那样作用。这种再生性效应在卷筒转速的一些谐波与由卷筒5和支承辊2、3以及压辊9构成的卷取系统某些固有频率巧合时，便导致自激过程。在这里大多涉及那些卷筒5本身此时遭遇大的动态变形时的固有频率。尤其在所谓接触式固有频率时便是这种情况，此时支承辊2、3和卷筒5在彼此反相运动时振动。

在这种设计中存在的疑难问题有两类。其一是设备1的振动频率持续改变，因为不仅卷筒5的直径，而且它的质量都在变化。另一方面，在卷筒5的圆周面上形成卷筒波纹度，在这里实际上没有直接干预卷筒5，也就是说，在普通的例如图中表示的支承辊卷取机中，实际上没有可能性在卷筒5内引入反向运动使卷筒5镇静。

现在采用图中表示的卷取设备，便有可能使调整战略不是如迄今那样，限于例如通过引入反向运动或引入减振力，使构件，例如支承辊2、3振动最小化。而是可以集中于动态卷筒压缩的最小化，动态的卷筒压缩是形成卷筒波纹度所有可能的原因。为此需要两个测量值，亦即其一是卷筒5的转速，藉此可以根据测量的多个振动频率确定卷筒谐波。

其二是至少在支承辊2入口侧检测支承辊2、3沿垂直和水平空间方向的运动，它起先基于料幅7。但优选地，支承辊2、3的运动在两个支承辊2、3处检测。所述的测量可分别通过彼此垂直安装并随同旋转的成对加速度传感器16-19以及测量值的遥测传输实现。在这里只在支承辊2、3的轴承箱12、13上测量振动运动是不够的，为此需要控制辊运动与调整机构10、11运动的脱耦。

为了明确地确定卷筒压缩，还要检测卷筒5中心的运动。对于在边缘的卷筒，这可以比较简单地用直接设在诱导头(Achslosen)上的加速度传感器测量。通过卷筒5根据诱导头位置或压辊9位置算得的瞬时几何形状，可以确定与支承辊2、3接触点的负荷角度。对于布设在轴向中心的卷筒5，可以采用带一个传感器，例如磁铁之类的嵌入件26，从而对于布设在中心的卷筒，也可以通过传感器25提供有关卷筒轴线运动的信息。

现在，由测得的支承辊2、3的运动和测得的卷筒5的运动，可以用随时间改变的角度关系，计算在两个支承辊2、3的接触点处沿负荷方向的卷筒压缩。由这些测量值算出的动态卷筒压缩的最小化，现在是调整战略的目标参量。

由此实施支承辊2、3如此形式的激励，即，使原发的卷筒压缩最小化。这种调整战略也可以例如导致支承辊2、3更大地运动，它将反向运动导入卷筒5。

这种方法也可以设想为，卷筒5的卷简轴线称为虚拟的固定点以及支承辊2、3可以如此运动或振动，即，使所述的中心能始终保持镇静。

也可以使用组合在一个或两个支承辊2、3中的调整机构10、11，例如压电陶瓷的薄膜模件或压电陶瓷的激励物质，在这种情况下，为检测支承辊2、3运动所需要的测量，同样可以在支承辊2、3的内部进行。在这里不需要脱耦，因为直接检测调整参数。

Claims (15)

1.一种卷取设备，包括至少一个在卷取时将卷筒贴靠在它上面的辊、一个确定辊振动的振动传感装置、一个控制器和至少一个可借助它移动辊的调整机构，其特征为：振动传感装置(16-19)直接检测辊(2、3)的振动，以及确定卷筒(5)的转速的转速测量装置(21、22；23、24)与控制器(20)连接。

2.按照权利要求1所述的设备，其特征为，转速测量装置(23、24)具有确定卷绕到卷筒(5)上的料幅(7)的速度的速度传感器(23)和直径测量装置(24)。

3.按照权利要求1或2所述的设备，其特征为，卷筒(5)具有一个带端面标记(21)的卷筒芯(6)，以及转速测量装置(22)与该标记配合作用。

4.按照权利要求1至3之一所述的设备，其特征为，振动传感装置(16-19)具有至少一个安装在辊(2、3)内部或辊盖上的传感器(16-19)。

5.按照权利要求4所述的设备，其特征为，传感器(16-19)设计为加速度传感器。

6.按照权利要求1至5之一所述的设备，其特征为，辊(2、3)设计为支承辊卷取机的入口侧的支承辊(2)。

7.按照权利要求6所述的设备，其特征为，设有第二支承辊(3)，它同样具有振动传感装置(18、19)和/或调整机构(11)。

8.按照权利要求1至7之一所述的设备，其特征为，设有检测卷筒(5)的卷筒中心的中心检测装置(25、26)。

9.按照权利要求8所述的设备，其特征为，所述中心检测装置具有一个装在卷筒(5)内尤其设计为加速度传感器的传感器(26)。

10.按照权利要求9所述的设备，其特征为，所述传感器(26)设计为诱导头。

11.一种将料幅卷绕成卷筒的方法，其中，将卷筒贴靠在一个辊上并根据测得的振动移动此辊，其特征为：直接在所述辊上确定振动并确定卷筒的转速，以及使辊以至少与卷筒谐波相匹配的频率移动。

12.按照权利要求11所述的方法，其特征为，确定进入的料幅的速度和卷筒的直径。

13.按照权利要求11或12所述的方法，其特征为，为了确定振动使用一个安装在辊内部或辊盖上的传感器。

14.按照权利要求11至13之一所述的方法，其特征为，为了卷取使用双支承辊卷取机，以及至少在入口侧的辊上确定振动。

15.按照权利要求11至14之一所述的方法，其特征为，检测卷筒轴线的位置。

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