CN102745532A - 卷绕材料幅的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一个用于将材料幅卷绕成卷筒(5)上的装置，其具有至少一个辊子(2，3)，该卷筒(5)在卷绕时抵靠在该辊子上并且在卷绕时使该辊子转动，其中该辊子(2，3)被在每个辊子端部上用轴承(7，8)支承在轴承装置中。还希望的是，能以尽可能少的问题卷绕振动临界的材料幅。为此规定，轴承(7，8)具有一个带有至少一个被供以液压液体的第一轴承油室(12)的液体静压轴承。

Description

卷绕材料幅的装置

技术领域

本发明涉及一种将材料幅卷绕成卷筒的装置，该装置具有至少一个辊子，该卷筒在卷绕时抵靠在该辊子上并且辊子在卷绕时转动，其中该辊子被在每个辊子端部用轴承支承在轴承装置中。

背景技术

下面以纸幅作为材料幅的实例来说明本发明。但它也可以应用在出现类似问题的其它材料幅情况中。用于卷绕纸幅的装置可实现大于10m的大工作宽度。在它们上所生产的卷筒可以在材料幅被纵向分开的情况下达到1.6m及更大的一个最终直径。在材料幅未被分开的情况下最终直径可以为3.5m及更大。

在卷绕纸幅的情况下人们总是观察到，该卷绕装置处于振动中。出于多种原因，这种振动是不希望的。一方面它们制造噪声。另一方面它们使所生产的卷筒的质量变坏。在临界的状况下这种振动可能是如此强烈，以至于它们导致该卷筒被从卷绕装置中抛出。

特别是在卷绕具有高静摩擦系数的纸时可能发生过于强烈的、所不希望的振动现象。人们一般对这种纸类型称为振动临界纸。这发生在，纸层相互间的静摩擦系数大于0.5，特别是系数达到0.7并更大时。

人们假定，该振动归因于该卷筒的自激励效应。由于纸层相互间的高静摩擦系数而相当大程度地抑制了在卷绕该纸幅时常见的层错移。这引起的后果是，在卷筒的圆周上产生动态地确定的卷绕硬度差，其将导致该卷筒圆周上的半径变化，因为缺少层错移而无法充分地补偿卷绕硬度差。根据该卷筒的任何动态变形或者说在这个或这些辊子上的动态卷绕负荷保留了一个小份额作为保留的位置固定的变形，其然后再进入卷绕接触区中时就起到了位移激励(Wegerregung)的作用。这种再生效应就在若干卷绕转数谐波与由这个或这些辊子及卷筒构成的卷绕系统的确定的固有频率发生重合时导致一个自激励过程，因此振动本身得到增强。

迄今人们已经尝试这样地解决这一问题：即，人们将该系统的第一固有频率，亦即最低的固有频率设置得如此之高，以至于它在卷绕装置运行时是无法达到的。这种公知的系统因此被配置在辊子(或若干辊子)的最高的转数上。其中考虑到，转动频率只在卷绕装置的启动时被低于最高转数地运行。由卷筒有效作用在卷筒上的激励频率当该卷筒被加速到最大卷绕速度并关于当时所进入的主卷绕阶段还具有最小直径时是最大的。随着卷筒直径渐增，且在材料幅稳定输送的情况下，该卷筒的转动频率减小并因此由它施加在卷绕辊子上的激励频率也相应地降低。

另外人们已经尝试，通过适宜的阻尼器降低振动的发生。

发明内容

本发明要解决的基本技术问题是，希望能够以尽可能少的问题卷绕振动临界的材料幅。

这一技术问题利用在开头所述类型装置如下地解决：即，该轴承具有一个带有至少一个被供以液压液体的第一轴承油室的液体静压轴承。

在一液体静压轴承中该辊子安置在液压液体上，其连续流动通过一个在形成在轴承油室边界处的“油隙”。无论负荷如何，任何情况下在轴承油室的边界处就平均值而言总是产生相同的油缝隙。然而短时或快速的运动(如振动)可以被吸收。对辊子位置的例如电调节因而就不再是必要的。

最好是轴承油室被提供以稳定的液压液体体积流。当负荷被增大时，因此油隙就略微减小并使通过油隙流出的液压液体的节流阻力增大。因此在轴承油室中的压力升高，这样就克服了增大的负荷。从而产生一个所谓的静态位置调节。可以相对简单地提供一种稳定的体积流，例如通过一个定量泵或一个具有恒流调节器的泵。

可选的是，轴承油室可以通过一个节流阀与一稳定预压(装置)相连接。稳定的预压则针对所期待的负荷并应明显大于由这个负荷造成的反压。而且在这种情况下产生一个自动的静态位置调节。当负荷上升时，在油隙中的节流阻力增大。与之相应地可以从轴承油室中流出较少的液压液体并且在稳定预压和轴承油室之间节流阀上的压降相应地变小，因此在轴承油室中的压力又升高。这个升高的压力将克服增大的负荷。

因此两个可能方案适合用于，使轴承油室中的压力自动地适配负荷情况。这种适配可以很迅速地实现，因此在卷绕中出现的振动也能被良好地吸收。平均来看，辊子保持在希望的位置上。而且轴承也可以良好地吸收所述振动。

最好是轴承油室通过一个节流阀与一压力贮存器相连接。压力贮存器在辊子的振动时短时间地接收不能通过轴承油室边缘处的缝隙排出的液体，并在辊子反向运动时又将所述液体送出。其中该液体必定总是通过节流阀流动，这样就实现一个阻尼作用。因此借助节流阀使能量从振动系统中取出。所以由液体静压轴承和带有节流阀的压力贮存器构成的组合就使得轴承的动态与静态特性明显分开，因此以简单方式就可以实现用于静力状态及动力状态的不同刚度。

最好是节流阀具有一个可调节的节流阻力。因此可以调节阻尼作用。人们就可以简单方式影响轴承的动刚度，因此动刚度可被如此调节，以便造成尽可能少的振动。

优选方式的是，节流阀与一个可从外部操作的调节装置相连接。与之相应地，也可以在节流设置在轴承内部时改变动刚度。因此能实现一个适配的阻尼作用，也就是说可以针对于位置来调节动刚度和阻尼。

优选的是，该液体静压轴承被与一弹簧装置串联连接。弹簧装置可以例如在朝轴承油室的方向上产生一预张力。它也可以被用于总体上更硬地调节轴承。

优选的是，设置至少一个另外的、带有至少一个第二轴承油室的液体静压轴承，该第二轴承油室被供以稳定的液压液体体积流或被通过一个节流阀供以稳定的压力，其中第二轴承油室具有一个不同于第一轴承油室的另外的作用方向。可以例如将第一轴承油室的作用方向和第二轴承油室的作用方向相互定向为成90°的夹角。因此能实现，在两个或更多方向上支承该轴承。而不再限于只在重力方向上静压地支承该轴承。

优选的是，至少一个轴承油室被分开为两个子油室，为其中的每个通过输送节流阀供能。借助这种结构方案可以避免该轴承相对轴承油室的倾摆。相反，会使得轴承总是通过它的整个支承表面被平行于轴承油室边缘地保持。

优选的是，该轴承装置具有一个随激励频率而改变的刚度。还具有一个针对频率理论上趋于零的负荷起作用的静态刚度。在实践中通常将负荷考虑为静态的，其频率小于0.1Hz。与之不同，动刚度则针对于频率高于0.1Hz的负荷起作用。因此，如果一个辊子转动时该静态刚度基本上保持针对辊子的有效重力起作用，而动刚度则必须针对所出现的较高频率的负荷起作用。在此，刚度是一个辊子的两个轴承的总刚度。

在此优选的是，该轴承装置具有一个静态刚度，其大于辊子的刚度。轴承装置因此对于很小的激励频率(f＜0.1Hz)是相对刚性的，从而即使在出现较大作用力(例如一个完成的卷筒的重力)的情况下也不会观察到辊子的位置变化。

在此优选的是，该静态刚度至少为辊子刚度的两倍。因此静态刚度可被选择得相对较大。

还优选的是，该轴承装置在减小的转动频率下具有一个小于辊子刚度的动刚度。随着激励频率的增大该轴承装置的刚度被降低，使得轴承装置对辊子的振动施以较小的阻力。轴承装置可以在振动幅度的范围中在一定的边界内回退。该辊子在卷绕过程中总是由多种影响因素(也即叠加地)激励。该激励将连续地变化，因为它主要地由卷筒引起。这种由辊子的实际转动频率本身引起的激励基本上可在较宽范围内很好地预见，并因此在达到临界卷绕状态时仅起到次要的作用。

在此优选的是，动刚度最大为辊子刚度的50％。因此在轴承装置的动刚度和静态刚度之间存在一个明显的差。

利用这种结构方案，该装置可以在任何达到最大卷绕速度的情况下超临界地运行，也就是说辊子的转动频率可以大于由辊子和轴承装置构成的系统的固有频率。因此，能够在(非圆)卷绕辊的位移激励和由振动辊子及所支承的卷筒组成的系统响应之间形成一个大致180°的相位移。即便不能完全达到此相位移时，也因此产生一个很积极的效应，以便阻尼该振动或者说使之被不如现有那样强烈地激励。当然该装置也可以在次临界下运行。

当卷筒在达到它最大直径时以减小的转动频率转动，第一固有频率可以甚至小于卷筒的所述减小的转动频率。如上面叙述的，反复以恒定速度卷绕材料幅。这导致卷筒的转数随着卷筒直径增大而下降。因此由辊子和轴承装置组成的系统的固有频率就被选择更小些，亦即小于卷筒在卷筒最大直径时的减小的转动频率。最大直径一般是由卷绕装置预先确定的。同样也适用于所希望的材料幅输送速度并因此适用于辊子在卷绕过程开始时材料幅已被加速到的希望的输送速度时达到的最大转动频率。

附图说明

下面将借助附图结合优选实施例阐述本发明。附图中：

图1是一个将材料幅卷绕成卷筒的装置的示意图，

图2是轴承的第一实施形式，

图3是轴承的第二实施形式，

图4是轴承的第三实施形式，

图5是轴承的第四实施形式，且

图6是不同的频率曲线。

具体实施方式

图1非常示意地示出了一个呈双支承辊卷绕机形式的卷绕装置1。卷绕装置1具有两个支承辊2，3，在所述两个支承辊之间形成卷绕床4，其中安置一个示意地示出的卷筒5，向卷筒上卷绕未详细描述的材料幅。这种双支承辊卷绕机的结构设置已是公知的。

两个支承辊2，3被支承在一个机架6中。其中每个支承辊2，3具有一个在支承辊2，3的每个端部用轴承7，8支承的轴承装置。只有轴承7，8在图1中是分别可见的。

这种卷绕装置可以最大的输送速度运行。该输送速度为例如2500m/min或3000m/min。因此产生一个确定的转数及进而产生支承辊2，3的一个确定的转动频率。该卷绕装置被设计用于这种转动频率。卷筒5的转数在卷绕过程的开始时是最大的，因为卷筒5此时的直径最小。在卷绕过程结束时，此时卷筒5达到它的最大直径，卷筒5以减小的转动频率转动。

每个支承辊2，3(包括它的带有轴承7或8的轴承装置)具有一个第一固有频率。该第一固有频率是最低的固有频率。简而言之是弯曲固有频率。现如此地选择带有轴承7，8的支承辊2，3的第一固有频率，以至于使它小于支承辊2，3的最大转动频率。

这导致该装置1可以超临界地运行，因此能够在卷筒5的位移激励和由支承辊与所支承的可变形卷筒5组成的振动系统的系统响应之间产生一个接近180°的相位移。

为了实现这个状态，支承辊2，3必须动态地非常柔软地协调。不过该系统必须在静态下相对刚硬，以便例如能够承接完成的卷筒5的质量。

一个实现这一目标的可能方案被描述在图2中。图2以强烈示意的形式放大地示出了轴承7。

轴承7具有一个轴承壳体9，其中支承辊2的辊子轴颈10被可转动地支承。辊子轴颈10可以用滚动轴承或类似物完全地支承在轴承壳体9中。

轴承壳体9布置在机壳11中，所述机壳与机架6相连接或构成机架6的一部分。机壳11在重力方向上在轴承壳体9下方具有一个液体静压轴承的第一轴承油室12。第一轴承油室12与用于液压液体的供给通道13连接。供给通道13由未详细描述的供给装置提供稳定的液压液体流Vp。为此所需的泵和调节装置是公知的并因此未示出。

第一轴承油室12被一个环形的油梁14包围。油梁14与轴承壳体9构成一个缝隙15，该缝隙同样设计为环绕轴承油室12。通过供给通道13流入的液压液体因此只可以通过缝隙15溢出并通过一个排出口16排出。

因为液压液体的体积流Vp是稳定的，故在静态下缝隙15也总是具有一个近似不变的平均高度ho，使得轴承壳体9相对机壳11总具有一个清楚确定的位置，而无需一个常规技术手段下的其它调节。

替代于稳定的体积流，也可以设置其它形式的对轴承油室12的液压液体供给：向轴承油室12供给较高的压力并使液压液体通过节流阀(未示出)输送。而且在这种情况下获得已述的效果。

第一轴承油室12与压力贮存器17相连通，具体是通过节流阀18连通。压力贮存器17此处被设置为气体压力贮存器并具有将液体区域20和处于压力下的气体区域21隔开的膜片19。

现在当支承辊2振动时，则轴承壳体9也被置于相应的振动下。因此虽然缝隙15就平均而言保持高度ho。但缝隙15的厚度则以与支承辊7的振动相同的频率波动。

由于通过供给通道13输送液压液体的稳定的体积流Vp，因而在缝隙15被减小并因此增大了流动阻力的时间里可使此时没有通过缝隙15流出的液压液体被容纳在压力贮存器17的液体区域20中。在缝隙15略微扩大的时间内，液体又被从压力贮存器17中送出。

液压液体不仅在流入压力贮存器17中时而且在从压力贮存器17流出时都必须流经节流阀18。因而动能被转化为热能。因此从该振动系统中提取能量。

以此方式就产生一个对于振动相对软的支承结构。换句话说，该轴承7相对静态负荷具有高刚度而相对动态负荷具有相对低的刚度。相对支承辊2的刚度，该轴承7的静态刚度例如至少是两倍大并轴承7的动刚度例如最大是一半大。

因为轴承壳体9相对机壳11原则上说是不运动的，故轴承壳体9在机壳11上的限位在极端负荷下由于所期待的困液阻尼作用而在液体静压轴承的油梁14上完全是非临界的。

节流阀18可以具有一个可改变的节流阻力。这通过一个箭头22被示意地示出。可以为了调节该节流阻力而应用可从外部操作的调节装置，例如电动机或类似物。因此即使当节流阀18如所示地安装在轴承7内并因此不可接近时也能够调节该节流阀18的节流阻力。

轴承壳体9在当前实施例中具有矩形的横截面。第一轴承油室12作用在该矩形的一个侧边上。另外设置两个第二轴承油室23，24，它们作用在这该矩形的与第一轴承油室12所作用于的上述侧边相垂直的侧边上。而且第二轴承油室23，24与被供以稳定的体积流Vp的供给通道25，26相连接。而且，第二轴承油室23，24是被油梁27，28包围的，所述油梁与轴承壳体9构成一个油隙29，30，使得轴承壳体9相对机壳11也在另外的方向上具有一个液体静压轴承。所述第二轴承油室23，24可以同样与一个未详细描述的压力贮存器连接。

图3示出了该轴承7的一个变型结构方案，其中相同的及功能相同的元件被赋予相同的附图标记。

在此实施例中省去第二轴承油室23，24。替代地在此通过弹簧叠片31，32相对机壳11支承轴承壳体9。这些弹簧叠片31，32在平行于第一轴承油室12的作用方向上相对软，但在垂直于第一轴承油室12的作用方向的方向上相对硬。因此，弹簧叠片31，32的作用叠加到第一轴承油室12中液压液体压力的作用上，使得借助轴承油室12构成的液压支承和通过弹簧叠片31，32构成的弹簧结构串联连接。弹簧叠片31，32例如可以通过弯曲弹簧叠片构成。这种组合在由于边界条件(例如位置关系、有限的油流量、贮存器容积等等)使得与压力贮存器相配合的该液体静压轴承不能提供希望的、由动刚度和阻尼特性构成的组合时是很有意义的。

图4示出了轴承7的另一个结构方案，其基本上对应于图2中的结构方案。因此相同的及对应的部件被设以相同的附图标记。

此处又设置了两个第二轴承油室23，24，这样的优点在于，可以实现一个各向同性阻尼的轴承单元，该轴承单元为卷筒5的所有直径并因此为卷绕床4内的所有负荷角确保最佳的阻尼特性。

作为对图2结构方案的附加，一个压力弹簧33作用在轴承壳体9上。压力弹簧33通过一个与机壳11连接的盖件34被预张紧，因此轴承壳体9在朝第一轴承油室12的方向上被预加载。

图5示出了轴承7的另一结构方案，其中相同的及功能相同的元件被标以与前述实施例中相同的附图标记。

(关于图5)右侧的第二轴承油室24在此被划分为两个子油室24a，24b。每个子油室24a，24b被由输送管道26通过输送节流阀35a，35b提供液压液体。在输送管道26中供给的体积流Vp也是稳定的。

这种使轴承油室24分为两个子油室的结构配置当然在第一轴承油室12和其它的第二轴承油室23中也是可能的。

将轴承油室24分为两个或更多子油室24a，24b的结构配置的优点在于，可以克服轴承壳体9相对机壳11的倾摆问题。

图6示意示出了不同的频率曲线，其发生在卷绕装置中。其中向右的水平(轴)表示卷筒5的直径d而向上的垂直(轴)表示相应的频率f。该图应被理解为是定性分析。

支承辊2，3的转动频率以fr表示。卷筒5的转动频率被以fw表示。可以看出，支承辊2，3的转动频率在一个上升阶段以后即保持稳定。与之不同，卷筒的转动频率却在达到一个最大转动频率以后下降，因为材料幅被以不变的速度卷绕，而卷筒5的直径却在增大。

应当注意的是，支承辊2，3的转动频率fr达到最大的稳定的转动频率fR。

支承辊2，3的固有频率被以fo1A表示。可以看出，支承辊2，3的转动频率fr大于由各一个支承辊2，3和它们在两个端部上的轴承7，8构成的辊子装置的固有频率f01A。

用f02A表示由支承辊2，3和轴承7，8构成的辊子装置的一个更低的固有频率。这个固有频率属于该卷筒的减小的转动频率。

为了相对现有技术做出明显的区别，还标入一个频率f0R，正如现今已经将它用作支承辊2，3的固有频率那样。该固有频率一般会被选择为该最大转动频率fR的1.3倍。

但是在当前实施例中该固有频率f01A被选择为比最大转动频率fR低10-20％，或在针对减小的转动频率时甚至还更低。

Claims (15)

1.一种将材料幅卷绕成卷筒(5)的装置，该装置具有至少一个辊子(2，3)，所述卷筒(5)在卷绕时抵靠在辊子(2，3)上并且辊子在卷绕时转动，其中该辊子(2，3)在每个辊子端部上用轴承(7，8)支承在轴承装置中，其特征在于：该轴承(7，8)具有一个带有至少一个被供以液压液体的第一轴承油室(12)的液体静压轴承。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：为该轴承油室(12)提供稳定的液压液体体积流(Vp)。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：该轴承油室(12)通过节流阀与一稳定的预压相连接。

4.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于：该轴承油室(12)通过节流阀(18)与压力贮存器(17)相连接。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：所述压力贮存器(17)被设计为气体压力贮存器。

6.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于：节流阀(18)具有可调节的节流阻力(22)。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：节流阀(18)与可从外部操作的调节装置相连接。

8.如权利要求1-7中任一项所述的装置，其特征在于：该液体静压轴承被与弹簧装置(31，32；33)串联连接。

9.如权利要求1-8中任一项所述的装置，其特征在于：设置至少一个另外的、具有至少一个第二轴承油室(23，24)的液体静压轴承，所述第二轴承油室(23，24)具有一个与第一轴承油室的作用方向不同的另外的作用方向。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于：至少一个轴承油室(24)被划分为两个子油室(24a，24b)，所述子油室中的每一个被通过一个输送节流阀(35a，35b)供给。

11.如权利要求1-10中任一项所述的装置，其特征在于：该轴承装置具有随着激励频率变化的刚度。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于：该轴承装置具有一个大于辊子(2，3)的刚度的静态刚度。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于：该静态刚度至少为辊子(2，3)的刚度的两倍。

14.如权利要求12或13所述的装置，其特征在于：该轴承装置具有一个小于辊子(2，3)的刚度的动刚度。

15.如权利要求14所述的装置，其特征在于：该动刚度最大为辊子(2，3)刚度的50％。

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