CN1216782C - 用于引导、加热和输送长丝的导丝辊 - Google Patents

用于引导、加热和输送长丝的导丝辊 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用来引导、加热和输送长丝的导丝辊，长丝在一空的圆柱形导丝辊外壳的圆周上引导。为此导丝辊外壳可旋转地支承在一悬臂托架上，其中在托架上设置至少一个带轴承极绕组的磁力轴承和带加热极绕组的加热装置。按照本发明一些轴承极绕组和至少一个加热极绕组共同安装在一支承平面内，因此可加热支承区域。其中用来测量导丝辊外壳位置的传感器位置在在导丝辊外壳和托架之间形成的环形腔之外，以避免传感器的热过载。

Description

用于引导、加热和输送长丝的导丝辊
技术领域
本发明涉及一种用于引导、加热和输送长丝的导丝辊。
背景技术
由EP0770719B1已知一种这一类型的导丝辊。
已知导丝辊具有一可旋转地支撑的导丝辊外壳，在其圆周上引导一根或多根长丝。导丝辊外壳做成空心圆柱形并通过多个磁力轴承支撑在一悬臂托架上。在托架和导丝辊外壳之间形成的环形空腔内除磁力轴承外还设有一加热装置，用以加热导丝辊外壳。在这种结构中主要出现两个问题，它们明显损害导丝辊的功能。其中之一是导丝辊外壳在磁力支承区域内加热不充分，因此为了对长丝进行热处理，长丝只能在导丝辊外壳的中部区域内引导。
另一个问题是由在环形空腔内的磁力轴承的用来测量导丝辊外壳位置的传感器的布局引起的。在当前常见的导丝辊中导丝辊外壳的内部温度约为230度，这个温度直接作用在传感器上。因为磁力轴承要求非常精确地测量导丝辊外壳的位置，从而需要非常灵敏的传感器，但是它们很难承受高温，无法保证可靠地测量导丝辊外壳的位置，从而也无法保证通过磁力轴承作无可挑剔的支撑。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种开头所述类型的导丝辊，用这种导丝辊时导丝辊外壳可以均匀地加热，而不明显损害导丝辊外壳的磁力支承。
本发明另一个目的是，使得可以基本上不受加热装置影响地测量导丝辊外壳的位置。
本发明的目的通过提供这样的导丝辊来实现，其中至少一个加热极绕组在一个支承平面内设置在相关支承平面的轴承极绕组之间，以及其中在环形腔外设有许多用来确定导丝辊外壳位置的传感器，它们和一控制轴承极绕组的控制装置连接。
按本发明的导丝辊的特征特别在于：可以直接加热导丝辊外壳的支承区。为此在支承平面的轴承极绕组之间在支承平面中的一个内设置至少一个加热极绕组。导丝辊外壳那个的法平面称为支承平面，即在该平面内设磁力轴承的轴承极绕组。因此导丝辊外壳在支承平面内不仅得到径向支承，而且同时通过由加热极绕组感应的电流加热。这里在加热极绕组和导丝辊外壳之间建立的气隙与轴承极绕组和导丝辊外壳之间调节的支承间隙无关。因此按本发明的组合可以建立尽可能小的气隙，使得导丝辊外壳可以无损耗地加热。这里加热极绕组和轴承极绕组可以同方向也可以反方向作用。在同方向作用方式时在极末端和导丝辊外壳之间形成气隙和支承间隙。在反方向作用方式时在导丝辊外壳和加热极绕组的极末端之间形成气隙，在一轮毂或轴和轴承绕组的极末端之间形成支承间隙。
为了得到导丝辊外壳的尽可能高刚度和无振动的支承，从而在加热极绕组和导丝辊外壳之间得到在导丝辊外壳整个长度上延伸的均匀的气隙，本发明的一个改进结构方案特别有利。这时磁力轴承内的轴承极绕组分散地设置在至少三个支承平面内，其中至少一些加热装置的加热极绕组设置在支承平面内轴承极绕组之间。轴承极绕组分布在多个支承平面内具有很大的优点，可以达到导丝辊外壳的面接触，从而达到面支承。因此轴承极绕组和加热极绕组分布在托架上促使，用来径向支承导丝辊外壳的力以及用来加热导丝辊外壳的感应电流的传入位置分布的均匀化。因此通过导丝辊外壳的面支承大大减小导丝辊在高速时变形，例如在共振时弯曲的倾向。
按照本发明又一个优良的改进结构加热极绕组和/或轴承极绕组可以从一个支承平面到另一支承平面角度错开地放置在托架上。在两个极绕组的角度错开地布置时在第二个支承平面上的第二个极绕组的角度位置与在第一个支承平面上的第一个极绕组不同。一个极绕组的角度位置是指该极绕组在托架圆周上的位置。如果选择位于托架旋转轴正上方的位置为基准位置，那么旋转轴正下方的位置的角度位置为180°，在旋转轴高度上的侧面位置的角度位置为90°和270°。
在轴承极绕组角度错开地放置时施加在导丝辊外壳上的力的方向是变化的。这使得在一个支承平面内只设置一或两个轴承极绕组时在导丝辊外壳可以得到径向支承，从而在支承平面内提供用来安装加热极绕组的较大安装空间。这时不同支承平面的轴承极绕组共同作用。
按照本发明的又一个方面，至少一些加热极绕组和/或轴承极绕组从一个支承平面到另一支承平面的螺旋形布局使极绕组在托架上的分布更均匀。这里还存在这样的可能性，一个支承平面内的加热极绕组共同连接成一加热区。在这种情况下导丝辊外壳沿轴向分成许多加热区，其中每个加热区可通过至少一个或几个加热极绕组加热。
但是加热极绕组和/或轴承极绕组也可以在托架圆周方向相互搭接。由此特别是可以达到均匀和高的能量密度以加热导丝辊外壳。
按本发明的导丝辊的用以实现目的的另一种解决方案，在环形空腔之外设有许多用来确定导丝辊外壳位置的传感器，因此不发生传感器的热过载。传感器与一控制轴承极绕组的控制装置连接。这里传感器可以定位在其周围在任何运行状态下都允许一个灵敏的位置测量的部位上。这里假设，在轴承极绕组和导丝辊外壳之间产生的支承间隙变化由于导丝辊外壳的刚性而传播到与导丝辊外壳相连的每个位置上。
在本发明一种特别优良的改进结构中传感器设置在支承平面区域内，其中在支承平面区域内环形腔之外在导丝辊外壳和托架之间形成一气隙，它基本上平行于一在导丝辊和轴承极绕组的极末端之间形成的支承间隙。此外监测气隙的传感器做成距离传感器，它可以进行非常精细和灵敏的位置测量，以保证准确地控制磁力轴承。
这里气隙一方面可以在托架的一个自由端处导丝辊外壳内在一与导丝辊外壳相连的轮毂和托架之间形成，或者另一方面设置在托架的夹紧端处导丝辊外壳之外导丝辊外壳和一与托架连接的凸缘之间。从而导丝辊外壳在两端的位置都可以确定，使得确保通过磁力支承确定方位。
在本发明的又一种特别优良的改进结构中每个轴承极绕组配设一个传感器，其中轴承极绕组可分别单独地通过控制装置控制。在单个轴承极绕组设置在单个支承平面内时这种结构特别有利，以便在支承平面内设置尽可能多的加热极绕组。
但是轴承极绕组也可以各自成对地通过控制装置控制。这时轴承极绕组对可以设置在一个或两个支承平面内。
按照本发明一种结构，为了承受轴向力导丝辊通过附加的轴向推力轴承支承。该轴向推力轴承优选做成轴向作用的磁力轴承。但是也可以通过轴向或径向结构形式的滚动轴承形成轴向推力轴承。
为了保证导丝辊外壳的紧急运行，设有至少一个承载轴承(Fanglager)，它可以做成非接触径向轴承或弹性连接的径向轴承。
附图说明
借助于附图对按本发明的一些实施例作较详细的说明。
图1和2示意表示按本发明的导丝辊的第一个实施例；
图3和4示意表示按本发明的导丝辊的另一种实施例。
具体实施方式
在图1和图2中表示按本发明的导丝辊的第一个实施例。图1借助于一平行于且通过旋转轴分布的剖面表示对于本发明主要的导丝辊部件，图2示意表示垂直于旋转轴的横截面，其中图2.1中表示一通过支承平面的剖面，图2.2表示一在支承平面之外的剖面。
因此下面的说明适用于两个附图，如果没有强调参照某个附图的话。
按本发明的导丝辊的这个实施例具有一导丝辊外壳1，它通过一端壁2和一轮毂16与一分布在导丝辊外壳1内部的轴3不可旋转地连接。轴3以其另一个末端通过一个联轴器7连接在一个电机9的电机轴8上。做成电机的马达9在图1中仅仅以外观图表示。
导丝辊外壳1通过两个径向作用的磁力轴承13.1和13.2支承在一悬臂托架4上，磁力轴承设置在在导丝辊外壳1和悬臂托架4之间形成的环形腔17之内。磁力轴承13.1和13.2相互隔开一定距离安装在托架4上，其中磁力轴承13.1在托架4的一个自由端上，磁力轴承13.2位于托架4固定夹紧的端区域内。托架做成空的圆柱形并在导丝辊外壳1之内一直延伸到端壁2之前不远处。这里托架4被轮毂16和轴3穿透。在与端塑2相对的一恻上托架4通过一轴肩5固定在一个机座6上。
磁力轴承13.1和13.2各有具有四个轴承极绕组10.1至10.4，它们在托架4上分别分布在一个支承平面内14.1和14.2。每个轴承极绕组10由一励磁线圈11和一极元件12组成，磁力轴承13.1和13.2的轴承极绕组10.1至10.4在支承平面14内角度错开地分布在托架4上。这里角度错位分别为90°。这种状况表示在图2.1中，其中图2.1既表示磁力轴承13.1的横截面又表示磁力轴承13.2的横截面。
在托架4圆周上设有一个用来加热导丝辊外壳1的加热装置29。为此加热装置29具有许多加热极绕组30，它们既在托架4的轴向也在托架4的径向并排地基本上均匀分布地设置。一些加热极绕组30在支承平面14.1和14.2内设置在托架4上的轴承极绕组10之间。每个加热极绕组30分别由一极元件31和一励磁线圈32组成。加热极绕组30的励磁线圈共同地或组成单独的加热区地与一个加热控制装置34连接。加热控制装置34位于导线辊的驱动端上。
在图2中分别表示支承平面14.1或14.2中之一的横截面(图2.1)以及通过导丝辊中部区域的横截面(图2.2)。为了安装加热极绕组30和轴承极绕组10托架4做成一多边形。为此在托架4上总共形成8个外表面，轴承极绕组10的极元件12和加热极绕组30的极元件31固定在这些外表面上。如图2.1中所示，磁力轴承13.1的轴承极绕组10.1至10.4分别安装在托架4的四个外表面上。这里轴承极绕组分别错开90度设置。在设置在轴承极绕组10.1至10.4之间的托架4外表面上分别有一加热极绕组30。这里在加热极绕组30极末端和导丝辊外壳1之间形成一气隙35。在轴承极绕组10的极末端和导丝辊外壳1之间形成一支承间隙15。支承间隙15和气隙35可以在其间隙宽度方面做得相同或不同。
在图2.2中表示在支承平面14.1和14.2之外的横截面。这里在托架4的八个外表面上分别固定加热极绕组30的极元件31。因此总共八个加热极绕组30角度错开地设置在托架4上。这里角度错位为45℃。在加热极绕组30的极末端和导丝辊外壳1之间形成气隙35。
由图1中的图示可以看出，托架4在其朝向机座6的末端处的轴肩5的直径大于端壁2和导丝辊外壳1的两个相互一致的直径。托架4的轴肩5具有一朝向导丝辊外壳1的环形凸缘23，它以一定距离和在导丝辊外壳1的末端上形成的凸肩22重叠。在凸缘23的内侧上朝向导丝辊外壳1的凸肩22设置多个传感器19。总共设有四个传感器19.1至19.4，其中在图1中只能看到传感器19.1和19.3。传感器19.1至19.4分别配设于磁力轴承13.2的轴承极绕组10.1至10.4。传感器19.1至19.4作为距离传感器用来测量导丝辊外壳1的位置，并通过这里未画出的信号线与一个控制装置20连接。控制装置20通过控制线与磁力轴承13.2的轴承极绕组10.1至10.4的励磁线圈11连接。
为了检测导丝辊外壳1的位置检测在传感器19和凸肩22之间形成的气隙。在托架4的自由端处托架内部支承平面14.1区域内托架4上形成一凹槽36。在凹槽36内在一个平面内相互角度错开地在托架4上分散地固定许多传感器19.1至19.4。这里传感器19.1至19.4配设于磁力轴承13.1的轴承极绕组，这里传感器19.1至19.4也通过信号线与控制装置20连接。磁力轴承13.1的轴承极绕组10的励磁线圈11通过控制装置20控制。此外为了测量导丝辊外壳1的位置监测在传感器19和轮毂16之间形成的气隙。
为了承受导丝辊外壳1的轴向力以及为了起动和紧急支承设有两个径向轴承24.1和24.2。这里托架4的末端朝向导丝辊外壳的轮毂16具有环形凹坑，它们分别安装一个设置在托架4上的径向轴承24.1和24.2。这里径向轴承24.1和24.2分别通过一套33安装在托架4和轮毂16之间。为此套33可以具有例如一用来安装轴承24的金属内环和一用来支承在托架4上的弹性体外环。由此保证导丝辊外壳与磁力轴承无关的可靠的起动和紧急运行。为了承受轴向力径向轴承24.1和24.2相对张紧，例如通过许多挡圈所表示的那样。
在运行时导丝辊外壳的实际位置通过在支承平面14.1和14.2区域内的传感器19测量，并且将测量值输递给控制装置20。在控制装置20内由测量值求出导丝辊外壳在支承平面14.1和14.2内的位置，并根据所希望的位置校正值控制磁力轴承13.1和13.2的轴承极绕组10的多个励磁线圈11。这里磁力轴承13.1或13.2之一的轴承极绕组单独地或成对地控制，使得导丝辊外壳1占据所希望的位置。
同时导丝辊外壳1通过由于加热极绕组30在导丝辊外壳1内感应出的电流加热。为了调节导丝辊外壳的表面温度设有一个或几个温度传感器(未画出)，它们通过信号线与加热控制装置34连接，因此可以调整表面温度的理论值。根据信号通过加热控制装置34控制加热极绕组30的励磁线圈32。在通过加热极绕组形成多个加热区时每个加热区分别配设一个温度传感器，它们可以控制相关加热区的加热极绕组，以通过加热控制装置达到规定的理论温度。通过按本发明的加热极绕组30的布置基本上加热导丝辊外壳1的整个外壳区域。因此支承平面内的区域同样可以用来导丝和长丝处理。
在图3和图4中表示本发明的导丝辊的另一个实施例。其中图3示意表示导丝辊的对于本发明主要的部分的纵剖面，图4a至4g分别表示导丝辊支承平面的横截面。相同功能的构件用相同的附图标记表示。
以下说明适用于图3和4-如果没有强调参照某个图形的话。此实施例基本上相当于按本发明的导丝辊按图1的实施例，因此下面仅仅说明其区别。导丝辊外壳1只通过一个磁力轴承13支撑在悬臂托架4上，为此磁力轴承13总共具有14个轴承极绕组10.1至10.14，它们成对地相互径向相对地设置在多个支承平面内。因此轴承极绕组总共分布在七个支承平面14.1至14.7内。两个轴承极绕组10.1和10.2至10.12和10.14在支承平面14.1至14.7内的角度位置为0°和180°，60°和240°，120°和30°，0°和180°，60°和240°，120°和300°，以及0°和180°，也就是说轴承极绕组10.1至10.14从支承平面到支承平面角度错开地设置。轴承极绕组10.1至10.14形成两条绕转轴18的各带两圈的恒导程螺旋线。
轴承极绕组10.1至10.14各分别具有一圆柱形极元件12，励磁线圈11绕该极元件卷绕。轴承极绕组10.1，10.2至10.13至10.14的极元件12成对地在其支承平面14中设置在托架4的同样做成六边形的段26的两个径向相对的外表面上。
在托架4上轴承极绕组10.1至10.14之间设有加热装置29的多个加热极绕组30，加热装置感应加热导丝辊外壳。为此加热极绕组30放置在每个支承平面内的段26其余外表面上。这时加热极绕组30由一极元件31和一励磁线圈32组成。励磁线圈32通过控制线与加热控制装置34连接。轴承极绕组10.1至10.14在托架4上的均匀分布可以使加热极绕组30在托架上也均匀分布，从而除了面支承外还可以使导丝辊外壳1均匀加热。
在图3和4中为看得清楚起见去掉了传感器19。
在这里导丝辊外壳1的凸肩22上有一磁力轴向推力轴承23。轴向推力轴承23的设有励磁线圈的轴承极元件装在托架管4轴肩5的一台阶21上，并指向导丝锟外壳1的凸肩22。
此外设有至少一个用作承载轴承(Fanglager)的机械式非接触径向轴承24。在这个例子中托架4的末端具有指向导丝辊外壳1的轮毂16的环形凹槽，它们分别安装一设置在托架4上的径向轴承24。
在运行时轴承极绕组10.1至10.14共同工作，例如通过在导丝辊外壳一定的差错位置时控制一定的轴承极绕组10.1至10.14。
这里每个轴承极绕组10.1至10.14对导丝辊外壳1起吸引作用。为了校正导丝辊外壳的位置，通过加强输入相应的励磁绕组11的电流的方法加强个别轴承极绕组-也就是该在a)至f)时所述的轴承极绕组的力。这时电流强度以及因而作用在导丝辊外壳上的力保持相同。
作为另一种选择用于轴承极绕组10.1至10.14的总的电流大小可以保持不变，为了校正导丝辊外壳1的位置只要进行输入各个轴承极绕组10.1至10.14的分电流强度的重新分配。
按本发明的导丝辊在图1至4中所示实施例在其构件结构和布局方面只是一个例子。本发明也扩展到未表示的实施例，在这种实施例中在支承平面内轴承极绕组之间设置至少一个加热极绕组，以加热导丝辊外壳上的支承区。例如支承区可以在一位于内部的轴或轮毂和向内作用的轴承极绕组之间延伸。
图形标记表
1导丝辊外壳      2端壁
3轴              4托架
5轴肩            6机座
7联轴器          8电机轴
9电机            10轴承极绕组
11励磁线圈       12极元件
13磁力轴承       14支承平面
15支承间隙       16轮毂
17环形空腔       18旋转轴
19传感器         20控制装置
21台阶           22凸肩
23凸缘           24径向轴承
25段             26段
27底板           28臂
29热装置         30加热极绕组
31极元件         32励磁线圈
33套             34加热控制装置
35气隙           36台阶

Claims (14)

1.用于引导、加热和输送长丝的导丝辊，具有一可驱动的空心的圆柱形导丝辊外壳(1)，长丝在该导丝辊外壳圆周上引导；还具有一悬臂架(4)，导丝辊外壳(1)通过至少一个带有多个轴承极绕组(10)的径向作用的磁力轴承(13)在至少一个支承平面(14)内可旋转地支承在该托架上；还具有一加热装置(29)，它具有多个在托架(4)上的加热极绕组(30)，其中轴承极绕组(10)和加热极绕组(30)安装在托架(4)和导丝辊外壳(1)之间形成的环形腔(17)之内，其特征为：至少一个加热极绕组(30)在一个支承平面(14)内设置在相关支承平面(14)的轴承极绕组(10)之间。
2.按权利要求1所述的导丝辊，其特征为：磁力轴承(13)的轴承极绕组(10)分布在至少三个支承平面(14)内，至少一些加热极绕组(30)在支承平面(14)内设置在轴承极绕组(10)之间。
3.按权利要求1或2所述的导丝辊，其特征为：加热极绕组(30)和/或轴承极绕组(10)从一个支承平面(14.1)到另一支承平面(14.2)角度错开地分布在托架(4)上。
4.按权利要求3所述的导丝辊，其特征为：加热极绕组(30)和/或轴承极绕组(10)沿托架(4)纵向形成一螺旋形布局。
5.按权利要求1所述的导丝辊。其特征为：加热极绕组(30)和轴承极绕组(10)以相互搭叠的关系设置在托架(4)圆周方向。
6.按权利要求1所述的导丝辊，其特征为：在环形空腔(17)之外设有多个用来确定导丝辊外壳(1)位置的传感器(19)，它们和控制轴承极绕组(10)的控制装置(20)连接。
7.用来引导、加热和输送长丝的导丝辊，具有一可驱动的、空心圆柱形导丝辊外壳(1)，长丝在该导丝辊外壳圆周上引导；还具有一悬臂托架(4)，导丝辊外壳(1)通过至少一个带有多个轴承极绕组(10)的径向作用的磁力轴承(13)在至少一个支承平面(14)内可旋转地支承在该托架上；还具有一加热装置(29)，它具有多个在托架(4)上的加热极绕组(30)，其中轴承极绕组(10)和加热极绕组(30)安装在一在托架(4)和导丝辊外壳(1)之间形成的环形腔(17)之内，其特征为：在环形腔(17)外设有许多用来确定导丝辊外壳(1)位置的传感器(19)，它们和一控制轴承极绕组(10)的控制装置(20)连接。
8.按权利要求6或7所述的导丝辊，其特征为：传感器(19)放置在支承平面(14)区域内，使得在支承平面(14)环形腔(17)之外的区域内导丝辊外壳(1)和托架(4)之间形成气隙，此气隙基本上平行于在导丝辊外壳(1)和轴承极绕组(10)极末端之间形成的支承间隙(15)，并且用来监测气隙的传感器(19)做成距离传感器。
9.按权利要求8所述的导丝辊，其特征为：在托架(4)的自由端处导丝辊外壳(1)之内在一与导丝辊外壳连接的轮毂(16)和托架(4)之间形成一个所述气隙。
10.按权利要求8所述的导丝辊，其特征为：在托架(4)夹紧端处于导丝辊外壳(1)之外在导丝辊外壳(1)和一与托架(4)连接的凸缘(23)之间形成一个所述气隙。
11.按权利要求6或7所述的导丝辊，其特征为：每个轴承极绕组(10)配设一传感器(19)，轴承极绕组(10)可各自单独地通过控制装置(20)控制。
12.按权利要求11所述的导丝辊，其特征为：轴承极绕组(10)可各自成对地通过控制装置(20)控制。
13.按权利要求1或7所述的导丝辊，其特征为：导丝辊外壳(1)通过一附加的轴向推力轴承(23)支承，该轴向推力轴承(23)通过一轴向作用的磁力轴承构成。
14.按权利要求1或7所述的导丝辊，其特征为：设有至少一个承载轴承，它做成非接触的径向轴承(24)或一弹性夹紧的径向轴承。
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