CN105696202A - 用于控制针刺机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制针刺机的方法，该针刺机为了针刺处理纤维网而具有带有大量刺针的针刺单元，其中，所述针刺单元在纤维网上实施往复运动，从而刺针摆动地进入到纤维网中并且又从该纤维网退出，并且其中，所述针刺机具有至少一个牵拉辊，所述牵拉辊在纤维网的运输运动(x)方面处于针刺单元的下游并且将牵拉力导入到纤维网中，对此设有用于旋转地驱动牵拉辊的驱动单元并且借助于控制单元驱控该驱动单元，所述方法至少具有以下步骤：-确定用于驱动所述至少一个牵拉辊的极限转矩；-通过具有用于驱动所述至少一个牵拉辊的、不超过极限转矩的驱动转矩的控制单元来驱控驱动单元，从而形成转矩限制。

Description

用于控制针刺机的方法

技术领域

本发明涉及一种用于控制针刺机的方法，该针刺机为了针刺处理纤维网具有带有大量刺针的针刺单元，其中，所述针刺单元在纤维网上实施往复运动，从而刺针摆动地进入到纤维网中并且又从该纤维网退出，并且其中，所述针刺机具有至少一个牵拉辊，所述牵拉辊在纤维网的运输运动方面处于针刺单元的下游并且将牵拉力导入到纤维网中，对此设有用于旋转地驱动牵拉辊的驱动单元并且借助于控制单元驱控该驱动单元。此外，本发明涉及用于实施所述方法的针刺机和用于这种针刺机的控制单元。

背景技术

DE69603706T2描述了一种用于控制针刺机的一般类型的方法，并且建议通过两个牵拉辊设置纤维网的运输运动的牵拉速度，使得这两个牵拉辊与刺针在纤维网上的循环的往复运动同步。如果刺针在刺入阶段中刺入到纤维网中，则减少牵拉辊的转速并且如果带有刺针的针刺单元由纤维网再次退出，则提高牵拉辊的转速。在此，牵拉辊的转速的变化应该与针刺单元的往复位置同步地进行。在此，牵拉辊的转速的最小值可以在底部的止点处超过或者落后于针刺单元的位置。转速的变化通过针刺单元按照正弦函数的、大多经由曲轴传动预定的往复运动来进行，其中给出，利用调制的转速的变化可以具有变化的振幅直至达到具有数值零的角加速度。

利用牵拉辊的转速的调制应该能实现在刺针到纤维网中的刺入阶段期间达到在纤维网中的运输运动的减速，其中，该减速不应该仅局限于纤维网的静止状态。结果，应该可以提高纤维网通过针刺机可达到的平均运输速度。

当通过牵拉辊的配设的转速不充分地减少纤维网的运输速度时，特别是当设有关于牵拉速度的预定额定值时，可能以不利的方式在纤维网中形成巨大的应力。一旦刺针刺入到纤维网中，假定纤维网的灵活性受限制，在整个刺入阶段期间的转速必须几乎具有数值零。然而，基于弹性、延伸值和在纤维网的牵拉特性中可能的滑动可以在正确地给定牵拉速度的参数时避免在纤维网中产生的应力过高，以便避免针刺单元的损坏并且特别是避免刺针的折断。调查研究示出，在纤维网的运输运动的速度与针刺单元的往复运动直接同步时可以在材料中继续产生巨大的应力并且仅可以在考虑在针刺机的运行中关于仅受限制的尺寸的其他优化的情况下达到平均运输速度的提高。

发明内容

因此，本发明的任务在于，改进一种用于控制针刺机的方法，此外提供一种针刺机和控制单元，其中，所述方法应该在纤维网中引起尽可能小的机械应力，并且其中，在针刺机的尽可能小的机械负载的情况下可以将纤维网的运输速度提高和/或可以保持在预定的平均值上。

该任务由按照权利要求1的前序部分的用于控制针刺机的方法、按照权利要求8的前序部分的针刺机和按照权利要求9的控制单元出发加上各自的特征部分来解决。本发明的有利的进一步扩展方案在从属权利要求中给出。

在此，按照本发明的方法具有至少以下步骤：确定用于驱动牵拉辊的极限转矩并且通过具有用于驱动牵拉辊的、不超过极限转矩的驱动转矩的控制单元来驱控驱动单元，从而形成转矩极限。

首先，本发明的核心在于确定极限转矩，该极限转矩被确定并且预定以用于驱动至少一个牵拉辊。由此，达到在纤维网中的机械应力不超过极限值，因为用于驱动牵拉辊的转矩的限制导致在纤维网中牵拉力的限制。此外，本发明的核心与极限转矩的确定相关联地涉及驱动单元通过具有用于驱动至少一个牵拉辊的驱动转矩的控制单元的驱控，该驱动转矩不超过极限转矩。因此，形成转矩限制，并且转矩例如可以在理论数值零和极限转矩之间变动。通过转矩限制有效地避免针刺单元的刺针可能通过纤维网的过大的牵拉力而折断，其中，整个针刺机以有利的方式承受更少的机械负载。

通过确定极限转矩将至少一个牵拉辊的转速非强制地保持在恒定的数值上，因为例如在将刺针插入到纤维网中仅有小的保持力或者缺少保持力时可以提高牵拉辊的转速，并且仅在针刺单元插入到纤维网中时才能产生保持力，所述保持力将驱动转矩提高至用于驱动至少一个牵拉辊的极限转矩上。只有这样才可以减少牵拉辊的转速，其中，所述减少必要时也可以进行到数值零。仅当针刺单元再次与纤维网分离时，牵拉辊才可以自由地加速，从而至少在刺针进入到纤维网中的刺入阶段期间影响极限转矩。牵拉辊可以通过在刺入阶段期间的转矩限制具有将应力导入到纤维网中的转速，该应力至少在刺入阶段期间可以原则上低于或者精确地在对应的极限力矩上保持在恒定的值上。

按照本发明的用于控制针刺机的方法的另一种重要的方面，提供一种动程传感器，其中，通过该动程传感器识别刺入阶段，在该刺入阶段期间将刺针进入到纤维网中，并且通过该动程传感器识别空转阶段，在该空转阶段期间将刺针从纤维网退出，其中，传感信号输出到控制单元上，并且其中，控制单元根据控制信号来控制用于驱动牵拉辊的驱动转矩。在此，特别有利地将驱动单元的具有转矩限制的驱控限制到刺入阶段上。动程传感器将传感信号提供到控制单元上，对此，控制单元有刺针是否插入到纤维网中的信息。例如也可以通过转动值检测器代替传感器，该转动值检测器与驱动马达在往复机构中配合作用并且可以经由该转动值检测器充分精确地识别针刺单元的往复位置。因此，上面描述的传感器可以设置在每个适当的位置处，以便直接或者间接地确定往复位置，并且传感信号例如也可以由用于控制往复驱动的电子控制信号得出，从而在本发明的最宽的意义中同样可以形成动程传感器。

为了避免在纤维网的牵拉力过高，并且为了因此避免刺针的损坏，用于驱控驱动单元的转矩限制可以限制到刺入阶段上。在空转阶段期间不必强制地限制驱动单元的转矩，因为刺针不可能插入到纤维网中并且因此也不可能在纤维网中引起保持力。由此，特别有利地，驱动单元在空转阶段的驱控可以以对牵拉辊预先确定的转速来进行，如以下更详细地阐述的那样。

牵拉辊在空转阶段中的转速的预先确定可以特别有利地根据在刺入阶段中确定的牵拉辊的转速特征来进行。如果在刺入阶段中的转速特征例如具有整体上低的转速水平，例如因为通过在纤维网中的刺针形成的保持力得出为高的并且因此提早地影响转矩限制，则在空转阶段中可以这样预先确定牵拉辊的转速，使得在刺入阶段中弥补牵拉辊的很小的转速。因此，如果纤维网的运输落后于在前的针刺过程，则通过在空转阶段期间、亦即当刺针没有插入到纤维网中时转速的过高来弥补纤维网在其运输运动中的滞后。

按照本发明的另一种重要的方面，可以预定纤维网在运输运动中的平均运输速度，并且对牵拉辊在空转阶段期间的转速的预先确定可以附加地通过如下方式进行，即，纤维网的预定的平均运输速度至少在一个并且优选多个由刺入阶段和空转阶段组成的往复循环期间维持。当针刺机与多个用于预处理和再处理纤维网的处理机器的联合地运行时，平均运输速度是特别重要的。针刺机通常处于交叉铺网位置下游并且处于验收位置(Abnahmestation)上游，并且因此可以是非织造物设备的组成部分。通过针刺机在处于上游的位置和处于下游的位置之间的联合由非织造物材料的整体物流速度得出预定的平均运输速度，该运输速度必须维持用于无干扰的运行，以便不消极地影响处于上游和处于下游的过程。

不过，平均运输速度也可以在处理时间期间变化，从而所述方法将平均运输速度作为至少一个其他的指令变量通过控制模块接收。在此，对牵拉辊在空转期间的转速的预先确定附加地通过如下方式进行，即，纤维网的预定的平均运输速度至少在一个并且优选多个往复循环期间维持。因此，如果纤维网的有效的速度处于运输速度之上，则在空转阶段期间使用小的平均转速，如果纤维网的有效的运输速度小于所需的平均运输速度，则提高牵拉辊在空转阶段期间的转速特征。

所述方法可以通过在控制单元上构建调节回路来进行，并且控制单元可以包括用于形成调节回路的驱动模块和控制模块，其中，调节回路可以利用如下变量运行：由预定的平均运输速度形成的指令变量；由输出到驱动模块上的调节信号形成的调节变量和由牵拉辊在刺入阶段期间的转速特征得出的干扰变量。在此，通过控制单元可以确定调节偏差并且这样输出调节信号，使得牵拉辊在刺入阶段中转速的变化引起牵拉辊在空转阶段中转速补偿于所述变化的调整。

进一步有利地，驱动单元具有至少一个马达和转动值检测器，其中，该转动值检测器检测马达的转速并且将反馈信号输出到控制单元上并且特别是输出到控制模块上。

此外，本发明针对一种用于针刺处理纤维网的针刺机，所述针刺机具有带有大量刺针的针刺单元，其中，针刺单元在纤维网上实施往复运动，从而刺针可以摆动地进入到纤维网中并且又从该纤维网退出，并且所述针刺机具有至少一个牵拉辊，所述牵拉辊在纤维网的运输运动方面处于针刺单元的下游并且用于将牵拉力导入到纤维网中，对此设有用于旋转地驱动牵拉辊的驱动单元并且可以借助于控制单元驱控该驱动单元，其中，针刺机构成为用于实施所规定的方法。

此外，本发明针对一种用于如上面描述的那样的针刺机的控制单元，以便实施按照本发明的方法。在此，控制单元可以至少包括如下：用于形成调节回路的运行模块和控制模块，其中，该调节回路可以通过指令变量、调节变量和干扰变量来运行，该指令变量由预定的平均运输速度形成，该调节变量由输出到驱动模块上的调节信号形成，该干扰变量由牵拉辊在刺入阶段期间的转速特征得出，从而通过控制单元可以确定调节偏差并且可以这样输出调节信号，使得牵拉辊在刺入阶段中转速的变化可以引起牵拉辊在空转阶段中转速补偿于所述变化的调整。

附图说明

以下借助于附图更详细地示出其他本发明所改善的方法连同本发明的优选的实施例的说明。图中：

图1示出用于实施按照本发明的方法的针刺机的示意性视图；

图2示出第一曲线图，该曲线图示出纤维网关于时间的速度曲线，其中，该速度在空转阶段中具有第一补偿曲线，以及

图3示出第二曲线图，该曲线图示出纤维网关于时间的速度曲线，其中，该速度在空转阶段中具有第二补偿曲线。

具体实施方式

图1以示意性的视图示出用于实施按照本发明的方法的针刺机1。所述针刺机1用于加固纤维网100，该纤维网以由箭头示出的运输运动x运动穿过针刺机1。在纤维网100中的运动通过两个对置的牵拉辊12产生，其中，通过马达19示例性地驱动一个牵拉辊12。带有大量刺针11的针刺单元10处于牵拉辊12上游，并且针刺单元10可以利用往复机构22沿关于纤维网100的延伸面垂直地方向上下运动。所述上下运动在连续的往复循环期间进行，所述往复循环分成刺入阶段te和空转阶段tf，在该刺入阶段中刺针11刺入到纤维网100中，用穿刺深度se标记，在该空转阶段中刺针11脱离纤维网100，可看出相应的传感信号16的放大，该传感信号由用于检测往复运动的动程传感器15输出。在针刺单元10下部示出针板21，纤维网100在该针板上运动离开并且该针板能实现穿透。

为了驱控牵拉辊12使用驱动单元13，通过控制单元14驱控该驱动单元。控制单元14包括驱动模块17和控制模块18，其中，驱动模块17首先用于控制马达19的转速并且特别是转矩，为此，马达19与转动值检测器20耦合。在此，转动值检测器20将反馈信号Rk传输到驱动模块17上。反馈信号Rk可以由驱动模块17进一步传输到控制模块18上，其中，控制模块18将相应地确定的调节信号R输出到驱动模块17上。

用于识别针刺单元10的往复位置的动程传感器15将传感信号16输出到控制模块18上，并且传感信号16将针刺单元10是否处于刺入阶段te或者空转阶段tf中的信息提供到控制模块18上。

平均运输速度vt_m用作用于控制针刺机1的指令变量，该平均运输速度作为信号输出到控制模块18上。平均运输速度vt_m通过针刺机1与非织造物设备相结合的组合来得出，并且为了无干扰地运行非织造物设备尽可能精确地维持该平均运输速度vt_m。控制模块18根据运输速度vt_m的大小在考虑来自动程传感器15的传感信号16的情况下将调节变量输出到驱动模块17上，该调节变量由调节信号R形成。反馈信号Rk的速度值与调节信号R的速度值的差得出干扰变量，该干扰变量因此由牵拉辊12在刺入阶段te期间的转速特征得出。

经由通过转动值检测器20所检测的转速这样调节马达19的转矩并且因此这样调节牵拉辊12的转矩，使得转矩不超过预定的极限转矩。因为牵拉辊12中受限制的转矩受限制了纤维网100中的牵拉力，因此避免刺针11的损坏。在此，转矩限制仅设在刺入阶段te期间，因为仅在此可以引起针刺11的损坏。如果针刺单元10处于通过动程传感器15到控制模块18上的传感信号16预定的空转阶段tf期间，则可以根据调节信号R与反馈信号Rk的偏差的大小这样调整在空转阶段tf期间的转速，使得对纤维网100得出平均的运输速度vt_m。

此外，网重量、网宽度、运输速度、在进入和离开针刺机之间的速度延迟、无材料时马达的驱动功率和转矩的值进入到极限转矩的确定中。

图2和3示出牵拉辊12的转速曲线D的不同的补偿曲线K1和K2，由该转速曲线可以直接导出运输速度v(x)。运输运动x的运输速度v(x)关于时间t的经平均的速度值可以分成刺入阶段te和空转阶段tf，其中，两个阶段共同表现出在针刺单元10中的运动的往复循环T。

在刺入阶段te期间纤维网100的速度可以具有恒定的最小值，该最小值也可以采用数值零。如果刺针11再次脱离纤维网100并且开始空转阶段tf，则在该空转阶段中可以调节补偿曲线K1，该补偿曲线这样通过在牵拉辊12中的对应的转速来调节纤维网100的速度，使得纤维网100的平均的速度相当于预定的平均运输速度vt_m。

按照图2的纤维网100的运输速度v(x)的速度曲线D示出在刺入阶段te期间与图3的速度曲线D相比更大的值。在以图2示例性地示出的曲线中，通过刺针11与纤维网100的有效连接形成的保持力可以得出比在按照图3示出的速度曲线D中更小，因为在图3中的运输速度v(x)的速度曲线D在刺入阶段te期间具有更小的值。按照在刺入阶段te中所测量的运输速度v(x)，调节信号R可以经由具有控制模块18的调节回路在考虑补偿曲线K1、K2的情况下输出到驱动模块17上。基于运输速度v(x)在按照图2中的示例的速度曲线D中更少的降低，在图2中的补偿曲线K1比在图3的示例中的补偿曲线K2更少地下降。

在此，调节回路在考虑由所需要的平均运输速度vt_m形成的指令变量的情况下这样调节在空转阶段tf期间的速度，使得在形成补偿曲线K1和K2的情况下出现平均的运输速度vt_m。纤维网100的更高的或者更低的速度曲线D例如可以与纤维网100的预压缩、刺针的厚度或者刺针的刺入深度有关，其中，运输速度v(x)在刺入阶段te期间经由转矩限制来进行。如果牵拉辊12达到极限转矩，则控制单元14这样将牵拉辊12的速度降低，使得不超过极限转矩。如果通过刺针11与纤维网100的相互作用形成的保持力更大，并且在刺入阶段te期间的运输速度v(x)更强烈地降低，则补偿曲线K1或者K2可以通过在控制模块18中形成的调节回路这样调整，使得最终出现平均运输速度vt_m。

本发明在其实施方式中不局限于上面给出的优化的实施例。甚至，可设想多种变形方案，这些变形方案即使在基本上不同类型的实施方式中也使用所示的解决方案。由权利要求、说明书或者附图得出的所有特征和/或优点、包括结构上的细节或者空间上的布置，不仅本身而且在变化最多的组合中可以是本发明必要的。

附图标记列表

100纤维网

1针刺机

10针刺单元

11刺针

12牵拉辊

13驱动单元

14控制单元

15动程传感器

16传感信号

17驱动模块

18控制模块

19马达

20转动值检测器

21针板

22往复机构(Hubmechanik)

T往复循环(Hubzyklus)

te刺入阶段

tf空转阶段

vt_m平均运输速度

R调节信号

Rk反馈信号

x运输运动

K1补偿曲线

K2补偿曲线

se穿刺深度

v(x)运输速度

t时间

D速度曲线

Claims (10)

1.用于控制针刺机(1)的方法，该针刺机为了针刺处理纤维网(100)而具有带有大量刺针(11)的针刺单元(10)，其中，所述针刺单元(10)在纤维网(100)上实施往复运动，从而刺针(11)摆动地进入到纤维网(100)中并且又从该纤维网退出，并且其中，所述针刺机(1)具有至少一个牵拉辊(12)，所述牵拉辊在纤维网(100)的运输运动(x)方面处于针刺单元(10)的下游并且将牵拉力导入到纤维网(100)中，对此设有用于旋转地驱动牵拉辊(12)的驱动单元(13)并且借助于控制单元(14)驱控该驱动单元，所述方法至少具有以下步骤：

-确定用于驱动所述牵拉辊(12)的极限转矩；

-通过具有用于驱动所述牵拉辊(12)的、不超过极限转矩的驱动转矩的控制单元(14)来驱控驱动单元(13)，从而形成转矩限制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提供动程传感器(15)，其中，通过该动程传感器(15)识别刺入阶段(te),在该刺入阶段期间刺针(11)进入到纤维网(100)中并且通过该动程传感器识别空转阶段(tf)，在该空转阶段期间刺针(11)从纤维网(100)退出，其中，传感信号(16)输出到控制单元(14)上，并且其中，控制单元(14)根据传感信号(16)控制用于驱动牵拉辊(12)的驱动转矩。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，驱动单元(13)的利用转矩限制的驱控被限制到刺入阶段(te)上，并且驱动单元(13)在空转阶段(tf)中的驱控利用对牵拉辊(12)预先确定的转速来进行。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，牵拉辊(12)在空转阶段(tf)中的转速的预先确定根据在刺入阶段(te)中确定的牵拉辊(12)的转速特征来进行。

5.根据权利要求3或4之一所述的方法，其特征在于，预先确定纤维网(100)在运输运动(x)中的平均运输速度(vt_m)，其中，对牵拉辊(12)在空转阶段(tf)期间的转速的预先确定附加地通过如下方式进行，即，纤维网(100)的预定的平均运输速度(vt_m)至少在一个并且优选多个由刺入阶段(te)和空转阶段(tf)组成的往复循环(T)期间维持。

6.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述控制单元(14)包括用于形成调节回路的驱动模块(17)和控制模块(18)，其中，所述调节回路通过如下变量运行：

-由预定的平均的运输速度(vt_m)形成的指令变量；

-由输出到驱动模块(17)上的调节信号(R)形成的调节变量，以及

-由牵拉辊(12)在刺入阶段(te)期间的转速特征得出的干扰变量，

从而通过控制单元(14)确定调节偏差并且输出调节信号(R)，使得牵拉辊(12)在刺入阶段(te)中转速的变化引起牵拉辊(12)在空转阶段(tf)中转速补偿于所述变化的调整。

7.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述驱动单元(13)具有至少一个马达(19)和转动值检测器(20)，其中，所述转动值检测器(20)检测马达(19)的转速并且将反馈信号(Rk)输出到控制单元(14)上并且特别是输出到控制模块(18)上。

8.用于针刺处理纤维网(100)的针刺机(1)，所述针刺机具有带有大量刺针(11)的针刺单元(10)，其中，所述针刺单元(10)构成为用于在纤维网(100)上实施往复运动，从而刺针(11)能摆动地进入到纤维网(100)中并且又从该纤维网退出，并且所述针刺机具有至少一个牵拉辊(12)，所述牵拉辊在纤维网(100)的运输运动方面处于针刺单元(10)的下游并且用于将牵拉力导入到纤维网(100)中，对此设有用于旋转地驱动牵拉辊(12)的驱动单元(13)并且能借助于控制单元(14)驱控该驱动单元，并且其中，所述针刺机(1)用于实施按照权利要求1至7之一所述的方法。

9.按照权利要求8所述的用于实施按照权利要求1至7之一所述的方法的针刺机(1)的控制单元(14)。

10.按照权利要求9所述的控制单元(14)，包括：

用于形成调节回路的驱动模块(17)和控制模块(18)，其中，所述调节回路能通过如下变量运行：

-由预定的平均运输速度(vt_m)形成的指令变量；

-由输出到驱动模块(17)上的调节信号(R)形成的调节变量，以及

-由牵拉辊(12)在刺入阶段(te)期间的转速特征得出的干扰变量，

从而通过控制单元(14)能确定调节偏差并且能输出调节信号(R)，使得牵拉辊(12)在刺入阶段(te)中转速的变化能引起牵拉辊(12)在空转阶段(tf)中转速补偿于所述变化的调整。