CN108085820A - 可电加热的导丝辊和用电加热导丝辊的方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的用于加热纤维(2)的可电加热的导丝辊(1)包括：导丝辊本体(3)，和用于加热导丝辊本体(3)的壳体(4)的主加热元件(8)其中所述导丝辊(1)另外包括用于加热所述导丝辊本体(3)的前侧(5)或凸缘侧(6)的至少一个辅助加热元件(10)。

Description

可电加热的导丝辊和用电加热导丝辊的方法
本发明涉及一种可电加热的导丝辊和一种用电加热导丝辊的方法，其中该可加热的导丝辊还包括至少一个辅助加热元件。
导丝辊是由旋转辊子驱动的，旋转辊子在其壳体表面与纱线接触。他们的任务是引导、驱动和加热纱线。在纺织工业中使用可加热的导丝辊加热、引导和拉伸至少一根纤维、纱线或带子。通常在两个具有不同旋转速度的导丝辊之间进行一根或多根纤维或纱线的拉伸。在化学纤维(合成纤维)的生产过程中，将由模板纺成的长丝结合形成长丝纱线，例如一根或多根纱线，并通过导丝辊送到交叉线圈绕线机、罐子或切割机。通常情况下，导丝辊壳体以高达8000m/m[米/分钟]的圆周速度旋转。现有技术中已知的用于加热导丝辊的各种系统，其中一方面可以从外部进行加热，另一方面优选通过在导丝辊壳体内部进行加热。
DE102015108635 A1公开了一种导丝辊单元，其具有由铁磁导电材料制成的圆柱形可加热导丝辊壳体。在导丝辊的空腔中央设有一个可转动的驱动轴，导丝辊壳体的外侧固定在该驱动轴上。在驱动轴和导丝辊壳体之间的无铁芯线圈支架上的固定感应线圈装置用于加热导丝辊壳体，线圈支架相对于驱动轴和导丝辊壳体同心设置。
如果加热的导丝辊以预定的旋转速度旋转，这取决于旋转速度和线圈的数量以及导丝辊的壳体的直径，纱线在固定的预定时间内位于壳体上并且相应地被加热。在生产过程中，特别是化学纤维的生产过程中，其中单个纤维或多个纤维平行地绕单个导丝辊运行，导丝辊壳体的整个工作区域上的均匀温度有利于化学纤维的质量，在导丝辊的整个壳体上均匀的表面温度是特别有价值的。
为了使导丝辊壳体上的温度均匀化，从现有技术中已知在导丝辊壳体中沿轴向引入大量的“热管”。这些“热管”具有较低的热阻，因此可使表面温度均匀化。然而，引入“热管”和其他的费用非常高，因此非常昂贵。
本发明的目的是以一种简单而经济的方式提供一种导丝辊，其中壳体表面上的温度尽可能地相同。
为了实现该目的，根据独立权利要求1使用可电加热的导丝辊，并且根据独立方法权利要求使用一种用电加热导丝辊的方法。在从属权利要求中描述了可以单独应用或者以技术上可行的方式组合的有利的改进。
根据本发明的用于加热纤维的可电加热的导丝辊包括导丝体和用于加热导丝辊本体的壳体的主加热元件。此外，导丝辊还包括至少一个用于加热导丝辊本体的前侧或凸缘侧的辅助加热元件。
导丝辊的壳体和前侧以及凸缘侧限定了空腔。主加热元件和至少一个辅助加热元件可以布置在空腔中。导丝辊本体可以布置在可旋转的驱动轴的中央，该驱动轴在凸缘侧可以可旋转地安装在导丝辊支架上的装备上。所述驱动轴可以包括可以连接到驱动器(例如电动机)的联接元件。所述主加热元件可以沿着壳体布置在空腔的内部。所述至少一个辅助加热元件可以布置在空腔的前侧或凸缘侧的内部。加热元件可以分别连接到加热元件载体上。所述主加热元件被配置成用于加热所述壳体。所述至少一个辅助加热元件被配置成用于加热前侧或凸缘侧；可以设置辅助加热元件来加热剩余的凸缘侧或前侧。通过所述至少一个辅助加热元件，相对于壳体更冷的前侧和/或凸缘侧可以被加热到一温度(目标温度)，该温度如此之高以至于没有或者在任何情况下从壳体到前侧或到凸缘侧没有显著的热量流动。在没有根据本发明的辅助加热元件的情况下，从加热的壳体到冷的前侧和冷的凸缘侧发生显著的热量流动。因此，结果是在靠近前侧或凸缘侧的壳体部分中的温度比壳体中心处的温度更低。所述辅助加热元件抵消了壳体上的这种不均匀的温度分布。借助于前侧或凸缘侧的特定加热，防止或最小化从壳体向前侧或凸缘侧的热量的向外流动，使得导丝辊的壳体表面在整个长度上(在旋转轴的方向上)具有恒定的温度。由此导丝辊可以优选地包括两个单独的辅助加热元件，使得前侧和凸缘侧均可以经由辅助加热元件中的一个来加热。
由于在导丝辊的壳体表面的整个长度上的温度的均匀化，可以省去用于降低旋转轴线方向上的热阻的附加措施，例如，使用“热管”。然而，“热管”可以继续用在导丝辊的壳体中，以便与辅助加热元件结合，以实现沿着导丝辊的壳体表面的更恒定的温度分布。
导丝辊可以是旋转对称的本体。导丝辊的长度可以优选为100毫米至1000毫米，特别优选150毫米至500毫米，特别是约200毫米。导丝辊壳体的外径可以优选为100毫米到500毫米，特别优选150毫米到300毫米，特别是约200毫米。壳体的壁厚或导丝辊的前侧或凸缘侧的壁厚可以优选为3毫米至30毫米，特别优选为5毫米至20毫米，特别是约10毫米。纤维可以至少部分地围绕导丝辊本体缠绕在壳体上，并且在导丝辊本体的旋转过程中与其一起运送，或者自身沿着导丝辊导向。此外，纤维可以围绕导丝辊多次缠绕，以使纤维在壳体表面与多个线圈接触。也可以在壳体表面上平行地引导多根纤维。在此，纤维不必在导丝辊的整个加热壳体表面上被引导。而且，所述纤维可以是化学纤维。
可以联接到驱动轴的所述驱动器可以是电动机。
所述主加热元件或至少一个辅助加热元件可安装在固定位置。由此，加热元件可以分别通过它们的加热元件载体相对于导丝辊本体保持在适当的位置。这允许特别简单和经济的结构。
根据另一实施例，所述至少一个辅助加热元件布置在前侧或凸缘侧上。所述辅助加热元件仅分别在前侧或凸缘侧的一部分上延伸，该部分位于更靠近所述壳体的位置。
通过将至少一个辅助加热元件布置在靠近壳体的前侧或凸缘侧上，可以特别有效地防止热量从热的壳体分别向冷的前侧或凸缘侧向外流动。所述至少一个辅助加热元件可以覆盖前侧或凸缘侧部分中的侧向区域，其小于前侧或凸缘侧的侧向区域的75％，优选地小于50％，并且特别优选地大约30％。
根据另一个实施例，所述主加热元件或至少一个辅助加热元件是电感器，其与导丝辊壳体或前侧或凸缘侧相互作用。
通过使用电感器，通过感应加热可以在本体内特别有效地产生热量。由此，导丝辊可以优选地至少部分地包含导电材料。特别优选地，导丝辊至少部分包含铁磁材料。导丝辊尤其可以至少部分由钢制成。电感器可以通过能量源和可选的变频器供应电能。电感器产生交变磁场，其在导丝辊本体中产生涡流。在这个过程中，涡流电流损耗，如果导丝辊包含铁磁材料，就会在材料的外斯域发生再磁化损失。交变磁场的磁力线可以通过极靴专门集中并且瞄准壳体或者前侧/凸缘侧。所述电感器同样可以包括没有极靴的无铁芯线圈支架。在导丝辊的壳体中的其它线圈对于感应不是必需的，特别是如果导丝辊的壳体包含导电和/或铁磁材料的话。被配置为电感器的主加热元件可以被配置为大致管状的；所述主加热元件的壳体表面可大于所述主加热元件的前侧或凸缘侧的外侧表面。此外，配置为电感器的管状主加热元件可以同心地布置在导丝辊本体中。配置为电感器的至少一个辅助加热元件可以是环形的；所述辅助加热元件的侧表面可以大于所述辅助加热元件的壳体表面。此外，被配置为感应器的至少一个环形主加热元件可同心地布置在导丝辊本体中。所述电感器的激活可以通过脉冲宽度调制来进行。所述主加热元件可以布置在距壳体距离δ处。所述至少一个辅助加热元件可以布置在前侧距离ε1处或者在凸缘侧距离ε2处。距离δ和/或距离ε1和/或距离ε2可以优选地在1毫米和5毫米之间。电感器的激活可以通过脉冲宽度调制(PWM)来实现。
根据另一个实施例，所述电感器包括振荡电路。
振荡电路可以包含至少一个线圈和至少一个电容器。这些可以被配置成以这样的方式定义振荡电路的固有频率，即，导丝辊可以通过主加热元件和/或至少一个辅助加热元件的感应被加热。振荡电路也可以例如通过IGBT(绝缘栅双极晶体管，具有绝缘栅电极的双极晶体管)纯微电子地形成。振荡电路的线圈可以至少部分由铜构成。
根据另一实施例，所述主加热元件和至少一个辅助加热元件可以与公共电源串联或并联电连接。
借助于公共电源，可以实现特别经济的结构。
根据另一实施例，所述主加热元件和至少一个辅助加热元件可以电连接以分离电源。
通过分离电源，可以提供特别安全和有效的电源。
根据另一实施例，所述主加热元件和至少一个辅助加热元件可以连接到公共控制单元。公共控制单元控制所述主加热元件和至少一个辅助加热元件的能量供应。通过对所提供的电力的特定选择，确保了沿壳体的温度均匀化。所述控制单元可以是微控制器(μC)或可比的微电子元件。
在另一个实施例中，所述主加热元件和至少一个辅助加热元件可以连接到分开的控制单元。通过使用分开的控制单元，可以确保所述主加热元件和至少一个辅助加热元件的特别可靠和快速的控制。
根据另一个实施例，控制单元可以连接到至少一个温度传感器，用于测量壳体上或前侧或凸缘侧上的温度。
通过至少一个温度传感器，可以确定壳体的温度，或者给定多个温度传感器的沿所述壳体的温度分布。基于所确定的温度曲线，所述控制单元可以确定先前定义的目标温度与由温度传感器测量的实际温度之间的差值。其中，所述目标温度可以是预定值。所述实际温度也可以通过壳体上的多个温度传感器来确定。在确定所述目标温度和实际温度的基础上，所述主加热元件和至少一个辅助加热元件可以通过控制单元或分开的控制单元以这样的方式分别启动，即可以保持沿壳体的特别均匀的温度分布。
根据另一实施例，为了测量壳体上或前侧或凸缘侧上的温度，确定电感器的振荡电路的温度相关参数的特征测量值。
如果使用振荡电路形式的电感器作为加热元件，则如WO2014/180750中所描述的那样，有可能仅从振荡电路的温度相关参数的特性测量值中以非常高的精确度来分别确定壳体或前/凸缘侧的温度，从而可以省去温度传感器。
此外，本发明涉及一种用电加热导丝辊的方法，特别是如前所述的导丝辊。该方法包括以下步骤：
通过主加热元件加热导丝辊的导丝辊本体的壳体，
通过至少一个辅助加热元件加热导丝辊本体的前侧或凸缘侧。
如前所述，通过对前侧或凸缘侧的特定加热，可以避免热量从热的壳体向冷的前侧或凸缘侧的向外流动。通过这种方式，可以建立并保持沿壳体的均匀温度分布。由于沿着导丝辊本体的这种特别均匀的温度，导丝辊壳体的工作宽度可以增大，从而可以增加在导丝辊上可以同时平行导向的纤维数量。
根据另一实施例，在加热前侧或凸缘侧期间，根据目标温度和实际温度之间的差值函数来执行对至少一个辅助加热元件的加热输出的控制。所述实际温度是在壳体的靠近前侧或凸缘侧的部分中确定的。这里，差值的大小小于2℃，优选小于1℃，特别优选大约0.5℃。
壳体的温度通过至少一个温度传感器来确定。特别是，位于靠近前侧或凸缘侧的壳体部分中的温度是关心的。如果靠近凸缘侧的前侧的温度与预定的目标温度相差太多，则可以通过控制辅助加热元件提供适当的功率，从而使所述部分中的温度达到目标温度。所述目标温度可以是固定的预定值或者是可以在壳体的中心确定的温度，例如通过另外的温度传感器确定的温度。采用这种方法，可以建立沿壳体的特别均匀的温度分布并保持恒定。因此，可以生产质量特别高的纤维，特别是化学纤维。
下面将通过使用附图示意性地解释本发明的特别优选的示例性实施例，但是本发明不局限于该实施例，其中：
图1：示出了根据本发明的可电加热的导丝辊的纵向剖面示意图。
图2：示出了根据本发明的沿着可电加热的导丝辊的导丝辊本体的壳体的示例性温度分布的示意图。
图1示意性地示出了根据本发明的可电加热的导丝辊1的剖面。导丝辊1用于加热纤维2，纤维2在导丝辊的壳体表面上被导向并联缠绕。导丝辊1具有导丝辊本体3。导丝辊本体3具有壳体4，前侧5和凸缘侧，凸缘侧6在此处是固定的并且不与导丝辊1一起旋转。其中，凸缘侧6可以是轴的装备的一部分，通过该轴将扭矩传递给导丝辊1。壳体4、前侧5和凸缘侧6限定了空腔7。在空腔7中布置有主加热元件8，这里是基本电感器，其以距离δ布置在壳体4上。此外，辅助加热元件9,此处为辅助电感器,以距离ε1设置在正面5上，并且另一个辅助加热元件10，此处为另一个辅助电感器，在空腔7中以距离ε2布置在凸缘侧6上。辅助加热元件9,10分别布置在前侧5和凸缘侧6的一部分中，该部分位于更靠近壳体4的位置。主加热元件8和辅助加热元件9、10连接到控制单元11。在替代实施例中，加热元件8、9、10可以连接到不同的控制单元。另外，在这里所示的实施例中，三个温度传感器12a-12c布置在内部空腔7中；在替代实施例中，可以在导丝辊中布置多于三个或更少的温度传感器。当前情况下的温度传感器12b布置在前侧5附近壳体4上。或者，温度传感器12b也可布置在壳体表面4附近的前侧5上。温度传感器12c布置在凸缘侧6附近在壳体4上。或者，温度传感器12c也可以布置在壳体4附近的凸缘侧6上。温度传感器12a布置在壳体4的中央。也可以使用多个温度传感器12a或12b或12c。三个温度传感器12a-12c连接到控制单元11。或者，温度传感器12a-12c也可以分别连接到与加热元件连接的控制单元，其布置在最接近相应温度传感器12a-12c处。电源13连接到控制单元11。还可以将分开的电源分别连接到用于加热元件8、9、10的分别分开的控制单元。
主加热元件8通过感应加热壳体4。为了防止或减少从壳体4到前侧5和到凸缘侧6的热量流动，前侧5和凸缘侧6由辅助加热元件9、10加热。借助于辅助加热元件9，正面5中的温度被感应加热，使得位于靠近前侧5的壳体4的部分中的温度基本上完全与壳体4的中心处的温度一样高。以类似的方式，通过辅助加热元件10，凸缘侧6的温度被感应加热，使得壳体4的靠近凸缘侧6的部分中的温度基本上完全与壳体4的中心处的温度一样高。通过温度传感器12a-12c确定沿壳体4的温度分布。借助于温度确定，首先借助于温度传感器12a确定在壳体4的中心的温度，其次，借助于温度传感器12b确定壳体4靠近前侧5的部分的温度以及借助于温度传感器12c确定壳体4靠近凸缘侧6的部分的温度，控制单元可以从电源13向辅助加热元件提供来自电功率，例如借助于脉冲宽度调制(PDM)，使得壳体4的靠近前侧5的部分中的温度和靠近凸缘侧6的壳体4的部分中的温度基本上完全与壳体4的中心处的温度一样高。因此，可以建立沿壳体4的均匀温度曲线14(见图2)。这种均匀的温度曲线14有助于加热质量特别高的纤维2。
图2以示例的方式示出了根据本发明的可电加热的导丝辊1的温度曲线14，其中为了比较，没有根据本发明的附加的辅助加热元件9、10的温度曲线显示为虚线15。温度曲线14沿壳体4的长度L非常均匀地延伸。温度的波动ΔT非常小。ΔT的绝对值可小于4℃，优选小于2℃，特别优选约1℃。波动ΔT在目标温度附近发生，目标温度可以由至少一个温度传感器12c固定地预先确定和/或确定。沿着壳体4具有这种均匀的温度分布，如温度曲线14所示，可以生产质量特别高的化学纤维。
参考数字列表
1 导丝辊
2 纤维
3 导丝辊本体
4 壳体
5 前侧
6 凸缘侧
7 空腔
8 主加热元件(主电感器)
9 辅助加热元件(辅助电感器)
10 辅助加热元件(辅助电感器)
11 控制单元
12 温度传感器
13 电源
14 温度曲线
15 没有辅助加热元件的温度曲线

Claims (12)

1.用于加热纤维(2)的可电加热的导丝辊(1)，其特征在于，所述导丝辊包括：
导丝辊本体(3)，和
主加热元件(8)，所述主加热元件(8)用于加热导丝辊本体(3)的壳体(4)，
所述导丝辊(1)还包括至少一个辅助加热元件(10)，所述至少一个辅助加热元件(10)用于加热所述导丝辊本体(3)的前侧(5)或凸缘侧(6)。
2.根据权利要求1所述的导丝辊(1)，其特征在于，所述至少一个辅助加热元件(10)布置在所述前侧(5)或所述凸缘侧(6)上并且分别仅在前侧(5)或凸缘侧(6)的一部分上延伸，而该部分更靠近壳体(4)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的导丝辊(1)，其特征在于，所述主加热元件(8)或所述至少一个辅助加热元件(9)是电感器。
4.根据权利要求3所述的导丝辊(1)，其特征在于，所述电感器包括振荡电路。
5.根据前述权利要求中任一项所述的导丝辊(1)，其特征在于，所述主加热元件(8)和所述至少一个辅助加热元件(9)串联或并联电连接到公共电源(13)。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的导丝辊(1)，其特征在于，所述主加热元件(8)和所述至少一个辅助加热元件(9)电连接以分离电源(13)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的导丝辊(1)，其特征在于，所述主加热元件(8)和所述至少一个辅助加热元件(10)连接到公共控制单元(11)。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的导丝辊(1)，其特征在于，所述主加热元件(8)和所述至少一个辅助加热元件(9)连接到分开的控制单元(11)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的导丝辊(1)，其特征在于，至少一个温度传感器(12)连接到控制单元(11)，所述温度传感器(12)用于测量所述壳体(4)上或者所述前侧(5)或者所述凸缘侧(6)上的温度。
10.根据权利要求4至8中任一项所述的导丝辊(1)，其特征在于，为了测量所述壳体(4)上或所述前侧(5)或凸缘侧(6)上的温度，确定电感器的振荡电路的温度相关参数的特征测量值。
11.一种用于对根据前述权利要求中任一项所述的导丝辊(1)，特别是导丝辊(1)进行电加热的方法，其特征在于，所述方法包括：
通过主加热元件(8)加热导丝辊(1)的导丝辊本体(3)的壳体(4)，以及
通过至少一个辅助加热元件(10)加热导丝辊本体(3)的前侧(5)或凸缘侧(6)。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在对所述前侧(5)或所述凸缘侧(6)进行加热期间，根据目标温度和实际温度之间的差值函数来执行对所述至少一个辅助加热元件(10)的加热输出的控制，其中，确定分别位于更靠近所述前侧或所述凸缘侧的所述壳体(4)的部分中的所述实际温度，其中所述差值的绝对值小于2℃，优选小于1℃，特别优选大约0.5℃。
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