CN1375440A - 用来引导至少一股长丝的辊子 - Google Patents

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Abstract

一种用来引导长丝的辊子。辊套通过至少一个磁力轴承支承在一托架上。为此磁力轴承具有多个在辊套周向的轴承极绕组。通过传感器测量辊套的实际位置,传感器和轴承极绕组通过控制单元相互连接。传感器离辊套和离托架一定距离,使得可以确定辊套相对于基准位置的实际位置。本发明还涉及一种用来抑制辊套振动的方法。除测量辊套相对于的实际位置外还测量实际位置随辊套转速的现时变化。由实际位置的变化产生用于磁力轴承的控制信号序列,该序列在磁力轴承内产生一对辊套的位置变化起抑制作用的支承力。

Description

用来引导至少一股长丝的辊子
本发明涉及一种用来引导至少一股长丝的按权利要求1前序部分的辊子，以及一种用来抑制辊子的可旋转地支承的辊套的振动的方法。
在纺丝设备和纺织机中采用不同种类和形状的辊子，以便引导一股或多股长丝。例如这种辊子用作导丝辊，它们用来输送、拉伸或加热长丝。同样还知道一种辊子，它在长丝卷绕时作为加压辊将长丝引到卷筒表面上。上述所有辊子有一个共性，辊套可旋转地支承，以便以基本上可以等于长丝速度的圆周速度运行。为此辊套借助于轴承支承在一托架上。由EP0770719B1或者DE19733239A1已知导丝辊形式的辊子，其中辊套磁力支承。为此设有至少一个径向作用的磁力轴承，它具有多个分布在托架上的轴承极绕组。轴承极绕组均匀地分布在辊套圆周上。轴承极绕组配设有传感器，它们感知辊套和轴承极绕组之间的支承间隙。传感器和轴承极绕组共同安装在托架上，使得辊套在其相对于托架的位置方面是可调的。但是在这些已知辊子中出现这样的问题，由于共振和外部传入的机械振动使托架产生振动，它对辊套的位置调节产生不利影响。在不利的条件下甚至存在这样的可能性，辊套得到一附加的激振，它导致支承不稳定。
本发明的目的是，这样地改进开头所述类型的辊子，使得可旋转的辊套尽可能无振动地支承。
本发明的另一个目的是，避免由于辊子共振产生变形的危险。
这个目的通过具有权利要求1的特征的辊子来实现。
本发明另一目的的解决方案通过按权利要求11的用来抑制辊子的可旋转地支承的辊套的振动的方法来给出。
本发明优良的改进结构在从属权利要求2至10以及12和13中确定。
本发明的特征是，在辊套的磁力轴承中传感装置和执行装置是相互分开的。因此托架内的振动对辊套的位置没有影响。此外为了确定辊套的实际位置传感器离辊套和托架一定距离这样地位置固定地定位，使得可确定轴承相对于辊套—固定的基准位置的实际位置。这里辊套的基准位置是辊套这样一个位置，它在运行期间保证辊子的最佳功能。因此作为固定的基准位置可以取机器内辊套预先确定的位置。这里也存在这样的可能性，在机器内确定的辊子位置在运行期间是变化的，例如在一由于卷筒加大而偏移的加压辊中时那样。这时与功能有关的位置变化分别形成一固定的基准点，这里对于本发明主要的是，辊套的位置测量与托架和辊套之间的交替作用无关，因此也与当时的轴承极绕组和轴套之间的支承间隙无关地进行。
为了能移在辊套悬伸支承时测量辊套的位置，按照本发明一种优良的改进结构建议，传感器通过多个悬伸的传感器支架固定。这里传感器支架各自以一端与机座固定连接。在相对的悬伸端上最好固定一个传感器，它相对于辊套固定的基准位置具有确定的位置。
特别是在在辊套圆周上引导多股长丝的导丝辊时本发明按权利要求3的改进结构特别有利。在这种情况下传感器支架设置在一辊套和托架之间形成的环形腔内，因此辊子的外部区域完全外露。
这里传感器和轴承极绕组可以有利地共同设置在一个支承平面内，使得可通过磁力轴承对辊套进行快速和准确的位置调节。
但是也可以将传感器和/或轴承极绕组设置在多个相邻平面内。将轴承极绕组设置在多个支承平面内具有这样的优点，使轴承达到高的承载能力和特别有利的刚性。特别是在悬伸长的辊子时优先采用这种结构。这里轴承极绕组可以从一个支承平面到另一个支承平面角度错开地固定在托架上。此时传感器可以分别设置在各自的支承平面内或者一相邻平面内。
为了控制轴承极绕组基本上可以采用两种不同的优良的辊子结构。在第一种结构方案中给每个轴承极绕组配设一个传感器。其中通过控制单元传感器的传感器信号转变成用来控制相配的轴承极绕组的控制信号，在这种结构时直接测量传感器和辊套之间的距离，并作为传感器信号输送给控制单元。反映辊套基准位置的理论距离和传感器与辊套之间的实际距离的偏差用作形成控制信号的量。
但是也存在这样的可能性，通过一组传感器来测量辊套的实际值，这些传感器有利地设置在一个平面内。然后传感器信号在控制单元内换算成辊套实际位置，由它产生用来控制各个轴承极绕组的控制信号。这里这样地进行换算，使得在轴承极绕组和辊套之间存在的支承间隙得到一达到基准位置所必需的变化。
另一种可供选择的方案通过按权利要求7的辊子改进结构构成。这里轴承极绕组成对地相互错开180°设置在一个支承平面内。这时每个轴承极对配设一传感器，其中控制单元将传感器的传感器信号转变成用来控制相配轴承对的控制信号。
为了实现轴套尽可能无振动和稳定的支承按照本发明权利要求9的优良改进结构建议，轴套由两个径向作用磁力轴承支承。这里每个磁力轴承配设一组传感器，它们分别设置在支承平面之间的一相邻平面内。因此存在这样的可能性，除测量位置外还测量辊套位置的现时变化，它们由于振动在辊套内起作用。
因此可以通过磁力轴承进行叠加在辊套轴承上的抑振。为此每组传感器与一控制单元连接，控制单元考虑到所确定的辊套的位置和振动进行传感器信号的处理。然后由控制单元产生的控制信号输送给各个轴承极绕组，以进行位置的校准和振动的抑制。
通过本发明按权利要求9和10的特别优选的改进结构可以实现按本发明的用来抑制可旋转地支承的辊套的振动的方法。按本发明的方法具有这样的优点，用磁力轴承产生支承力，它与所出现的振动在振幅和频率方面起抵消作用。因此抑振效果只有在出现振动的运行的情况下才起作用。在不出现显著振动的运行状态下不起抑振作用。在用按本发明的方法时测量辊套相对于辊套固定的基准位置的实际位置。同时测量辊套实际位置的时间变化与辊套转速的关系，它转变成一系列用于磁力轴承的控制信号。这里控制信号在磁力轴承内促使产生支承力，它对辊套的由振动引起的位置变化起反作用。通过控制信号序列在转速方面这样地控制磁力轴承，使得振动一出现立即受到抑制。
在本方法的一种优良方案中在两个测量部位测量辊套实际位置。因此存在这样的可能性，求出一阶或二阶共振。在一阶共振中在两个测量部位中实际位置的时间变化相位是相同的。在二阶共振时则相反在两个测量部位中辊套实际位置的现时变化的相位偏移180°。给每个测量部位分别配备一具有磁力轴承的轴承部位，使得磁力轴承各自通过一个控制信号序列控制，以抑制振动。
为了测量辊套的实际位置以及实际位置的现时变化最好在一个测量部位采用四个传感器，它们相互错开90°地均匀设置在一个平面内辊套的圆周上。从而保证在位置测量和振动测定时的高精确度。
下面借助于附图对按本发明的辊子的一些实施例作较详细的说明。
附图表示：
图1至3示意表示按本发明的辊子的第一种实施例；
图4至5示意表示按本发明的辊子的另一种实施例；
图6按本发明的辊子的轴承控制装置的示意图。
在图1至3中表示一导丝辊形式的按本发明的辊子的第一种实施例。图1借助于一平行于并通过转轴分布的剖面表示导丝辊的对于本发明主要的部件，图2表示一通过支承平面之一的垂直于转轴18的剖面，图3表示一平行于转轴18分布的相对于在图1中所示的按本发明的图示角度错开的剖面。因此以下说明适用于图1至3，如果没有强调参照某一个附图的话。按本发明辊子的实施例做成导丝辊。导丝辊具有一辊套1，它通过一个端壁2和一轮毂16与分布在辊套1内部的轴3不可旋转地连接。轴3的以其相对的一端通过一联轴器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和3中未详细画出。
辊套1通过两个径向作用的磁力轴承9和10支承在一悬伸的托架4上。托架4做成空心圆柱形，并在辊套1内部延伸直至端壁2之前不远处。这里轴3和轮毂16穿过空心圆柱形托架4。在与端壁2对面的一侧上托架4通过一轴肩5固定在一个机座6上。
磁力轴承9和10相互离开一定距离安装在托架4圆周上，其中磁力轴承9位于托架4一自由端上并且磁力轴承10位于托架4固定夹紧端区域内。磁力轴承9和10分别具有四个轴承极绕组11.1至11.4，它们在托架4上分散设置在一个支承平面14内。每个轴承极绕组11由一励磁线圈12和一极元件13组成。因此轴承极绕组11.1至11.4具有极元件13.1至13.4。每个磁力轴承9和10的轴承极绕组都做得一样。在轴承极绕组11和辊套1之间分别形成一支承间隙15。在支承平面14区域内辊套1做成铁磁体的，因此在轴承极绕组11和辊套1之间可产生磁力。辊套1的位置通过多个传感器19监测。为此支承平面14.1和14.2内沿圆周方向在轴承极绕组11.1至11.4之间分别设有四个传感器19.1至19.4。传感器19.1至19.4分别通过一传感器支座25固定。传感器支座25做成棒状并以一端与机座6固定连接。传感器支座25穿过一个孔27伸入在托架4和辊套1之间形成的环形腔26。在环形腔26之内支承平面14.1和14.2区域中传感器支座25上分别安装一用于测量辊套位置的传感器。这里传感器19最好做成距离传感器，它们监测在辊套1和传感器19之间形成的间隙。
由图2可见，在环形腔26内总共设有四个传感器支座25.1，25.2，25.3和25.4。传感器支座25.1至25.4错开45°设置在轴承极绕组11.1至11.4之间。在每个传感器支座25.1至25.4上有两个传感器19，它们分别定位在支承平面14.1和14.2区域内。
支承平面14.1和14.2内的传感器19通过一个控制单元21与磁力轴承9和10的轴承极绕组11分别连接成一调节回路。
如图1和3中所示，托架4轴肩5在其朝向机座6的末端处的直径大于端壁2和辊套1的两个一致的直径。托架4的轴肩5在朝向辊套1的一侧具有一带一环形面的台阶22，其中轴肩5在台阶22之后的直径略小于辊套1的内径。辊套1以其背向端壁2的自由端一直伸到台阶22之前，并在其末端上具有一窄的轴肩23。轴肩23的直径相当于托架4的比轴肩23宽的轴肩5在朝向机座6的末端处的直径。在辊套1的轴肩23上有一磁力轴向推力轴承24。其中轴向推力轴承24的设有励磁线圈的轴承极元件安装在托架4的轴肩5的台阶22上，并朝向辊套1的轴肩23。
此外设有至少一个用作承载轴承(Fanglager)的机械非接触径向轴承28。在该实施例中托架4朝向辊套1轮毂16的末端具有多条环形槽，它们各自容纳一安装在托架4上的径向轴承28。在径向轴承28.1和28.2及轮毂16之间有小的间隙。
因此通过径向轴承28.1和28.2保证一独立于磁力轴承的辊套的紧急运行。
图1至3中所示的辊子实施例特别是用作用于输送、热处理和拉伸长丝的导丝辊。这里长丝在辊套1圆周上引导，辊套通过电机9以预定的圆周速度驱动。这时通过在支承平面14.1内和在支承平面14.2内的传感器19.1至19.4连续测量辊套的实际位置。传感器信号输送给设置在驱动侧的控制单元21。在控制单元21内贮存辊套1的基准位置。这里辊套1的基准位置是辊套1相对于机座6的固定位置。因此辊套1的这个固定的基准位置通过到传感器19的确定距离确定。传感器19通过传感器支座25与托架4和辊套1分开。因此在传感器支座25上不出现由辊套的旋转引起的振动。因此用来测量辊套位置的传感器装置和辊套轴承的执行装置分开。
在控制单元21中由传感器信号求出辊套的实际位置，以便由此辊套的实际位置和辊套的基准位置之间的偏差产生相应的用来校正位置的控制信号。控制信号分别通过一控制器输送给磁力轴承9和10，特别是轴承极绕组11.1至11.4，它们改变作用在轴承极绕组11和辊套1之间作用的磁性力，以便由此校正辊套的位置。
在图4和5中表示按本发明的导丝辊形式的辊子的另一种实施例。图4借助于一平行并通过转轴18分布的剖面表示对于本发明主要的辊子部件，图2a)至g)借助相应于支承平面的垂直于转轴的剖面来表示。
因此以下说明适用于图4和5，如果设有强调参照某个附图的话。该实施例基本上相当于按本发明的辊子按图1至3的实施例，因此下面只说明其区别，其余参照上面的说明。具有相同功能的构件具有相同的附图标记，以便看得清楚。
辊套1通过一径向作用的磁力轴承29支承在悬伸托架4上。磁力轴承29具有多个轴承极绕组11，它们分散设置在圆柱形托架4上多个支承平面14内。每个轴承极绕组11由一励磁线圈12和一极元件13组成。在托架4圆周上七个相互并排的支承平面14.1至14.7内共设有七个轴承极绕组11.1至11.7。其中轴承极绕组11.1至11.7从一个支承平面到另一个支承平面角度错开地分散设置在托架4上。
在图5中分别表示辊子各支承平面14.1至14.7的横截面，其中在图5a)中表示支承平面14.1，图5b)中支承平面14.2，图5c)中支承平面14.3，等等。轴承极绕组11.1至11.7从一个支承平面到另一个支承平面角度错开地分散设置在托架4上。轴承极绕组11.1至11.7的角度位置为180°、60°、300°、180°、60°、30°和180°。因此轴承极绕组11.1至11.7从一个支承平面到另一个支承平面的角度错开为120°。轴承极绕组11.1至11.7构成一绕转轴18的由于支承平面之间相等的角度错开和相等的间距具有恒导程的螺旋线。每个轴承极绕组11.1至11.7和辊套1之间分别形成一支承间隙15。
为了监测支承间隙15或测量辊套1的实际位置给每个轴承极绕组11.1至11.7配设一传感器19。传感器19.1至19.7-其中在图4中只能看到传感器19.1、19.4、19.7-在多个传感器支座25上做得和上述实施例相同，并固定在机座6上。可由图5所见，在在托架4和辊套1之间形成的环形腔26内总共设有三个传感器支座25。传感器支座25.1、25.2和25.3具有120°的角度错位。传感器19.1在支承平面14.1内装在传感器支座25.1上，传感器19.4装在支承平面14.4内，传感器19.7装在支承平面14.7内。在错开120°设置的传感器支座25.2上传感器19.3装在支承平面14.3内，传感器19.6装在支承平面14.6内。在再错开120°设置的传感器支座25.3上传感器19.2装在支承平面14.2内，传感器19.5装在支承平面14.5内。这里传感器19分别设置在支承平面内轴承极绕组11的对面，也就是错开180°设置。传感器19.1至19.7通过未画出的信号线与控制单元21连接。控制单元21通过一个控制器和控制线与轴承极绕组11.1至11.7的励磁线圈12连接。
在运行时通过传感器19.1至19.7测量辊套1的实际位置并输送给控制单元21。在控制单元内辊套的实际位置与贮存的辊套基准位置比较。在这里每个单独的传感器信号直接转变成相应的用来控制各相配轴承极绕组11的控制信号。这样便可以由反映传感器19.1和辊套1之间的瞬时距离的传感器19.1的信号求出与理论距离的偏差，理论距离确定辊套固定的基准位置。接着在控制单元21内产生用来控制轴承极绕组11.1的控制信号，并通过一个控制器直接输送给轴承极绕组11.1。轴承极绕组励磁的改变导致磁性力预期的变化，使得立即实现辊套1的位置校正。相应地轴承极绕组11.2至11.7分别通过传感器19.2至19.7的传感器信号来控制。通过轴承极绕组11.1至11.7的共同作用达到辊套1的平稳支承。
图6中表示轴承控制装置示意图，它例如可在按图1至3的辊子实施例中实施。这里辊套通过轴30表示。轴30在两个部位通过磁力轴承9和10支承。这里磁力轴承9和10可按照按图1的实施例设计。支承在一个托架4上的磁力轴承9和10分别形成一支承平面14.1和14.2。在支承平面14.1和14.2之间两个平面31.1和31.2内设有两组传感器。平面31.1至31.2平行于支承平面14.1和14.2延伸。在平面31.1内设有传感器19.1、19.2、19.3和19.4，它们均匀分布地设置在轴的圆周上，以测量轴的实际位置。在平面31.1内的传感器19.4位于轴30的背面，这里看不到。
在平面31.2内传感器19.5、19.6、19.7和19.8(看不到)同样均匀分布地设置在轴30的圆周上。传感器19分别固定地定位，以测量轴30的位置。传感器19.1至19.4以及传感器19.5至19.8与一个控制单元21连接。在控制单元21内设有至少一个微处理器，它将多个传感器信号转变成轴在平面31.1和31.2内的实际位置。根据实际位置和贮存在控制单元21内的基准位置的偏差产生控制信号，它们由控制单元21分别通过一控制器32.1和32.2输送给磁力轴承9和10，以改变支承间隙。
在图6中所示的轴承控制装置特别适合于用来测量和抑制辊套的振动。为此由反映轴或辊套的实际位置的传感器信号求出轴或辊套实际位置的现时的变化，并与轴当时的转速相联系。接着在控制单元内产生一系列用于相配的磁力轴承的控制信号，这些控制信号在轴上产生与轴的位置变化起相反作用的支承力。控制信号序列在相应的转速下通过控制器32输送给磁力轴承。
通过分别代表一个用来测量轴的位置的测量部位的两平面31.1和31.2的结构存在这样的可能性，通过信号的调节识别轴的振动形式。例如在一阶共振时在测量部位31.1和测量部位31.2传感器的特征距离信号是同相位的，也就是说同时出现轴的实际位置变化。相反在二阶共振时通过这样的特征来识别，即轴实际位置变化的相位出现180°的相移。从而存在这样的可能性，通过磁力轴承9和10产生一对激振起反作用的频率，从而抑制共振区内的振幅。
因此图6中所示的结构展示一种特别有利的可能性，以便在辊套中实现抑振。这时磁力轴承9和10以一抑制振动的频率运行。从而使任何由振动引起的轴或辊套的位置变化立即直接通过磁力轴承的反作用力加以抑制。
在图1至6中所示的实施例在单个构件的结构方面只是举例性的。特别是为了测量辊套的实际位置可以采用光学传感器，它们从一个基准位置出发对辊套进行扫描。例如光学测量可以用激光束进行，激光束被一装在辊套上的元件部分遮盖。借助于一光学传感器测量此遮盖，传感器必须处于应该被测量的位置上。进行一相对于辊子之外的固定基准位置的测量，以测量和补偿例如整个系统的振动，也可能是有利的。
                    附图标记表1辊套                2端壁3轴                  4托架5轴肩                6机座7联轴器              8电机轴9磁力轴承            10磁力轴承11轴承极绕组         12励磁线圈13极元件             14支承平面15支承间隙           16轮毂18转轴               19传感器21控制单元           22台阶23轴肩               24轴向推力轴承25传感器支座             26环形腔27孔                     28径向轴承29磁力轴承               30轴31平面                   32控制器

Claims (13)

1.用来引导至少一股长丝的辊子，具有一空心的圆柱形辊套(1)，一其上可旋转地支承辊套(1)的托架(4)，至少一个具有多个在该辊套(1)的圆周方向分布在托架(4)上的轴承极绕组(11)的磁力轴承(9)和多个用来确定辊套(1)的实际位置的传感器(19)，其中传感器(19)和轴承极绕组(11)通过控制单元(21)相互连接，其特征为：
传感器(19)离辊套(1)和离托架(4)一定距离这样地固定定位，使得可以确定辊套(1)相对于辊套(1)一固定的基准位置的实际位置。
2.按权利要求1所述的辊子，
其特征为：设有多个悬伸的传感器支座(25)，它们各自与机座(6)固定连接，并分别至少携带一个传感器(19)。
3.按权利要求2所述的辊子，
其特征为：传感器支座(25)设置在一在辊套(1)和托架(4)之间形成的环形腔(26)内。
4.按上述权利要求之任一项所述的辊子，
其特征为：传感器(19)和轴承极绕组(11)共同安装在一个支承平面(14)内。
5.按权利要求1至3之任一项所述的辊子，
其特征为：
传感器(19)和/或轴承极绕组(11)分散设置在多个相邻的平面(14.1，14.2)内。
6.按权利要求1至5之任一项所述的辊子，
其特征为：每个轴承极绕组(11)配设一个传感器(19)，其中控制单元(21)将传感器(19)的传感器信号转变成用来控制相配轴承极绕组(11)的控制信号。
7.按权利要求6所述的辊子，
其特征为：轴承极绕组(11)成对地相互错开180°设置在一个支承平面(14)内，并给每个轴承极对配设一个传感器(19)，其中控制单元(21)将传感器(19)的传感器信号转变成用来控制相配轴承极对的控制信号。
8.按权利要求1至5之任一项所述的辊子，
其特征为：给每个轴承极绕组(11)配设一组传感器(19)，其中控制单元(21)将一组传感器(19)的传感器信号转变成用来控制轴承极绕组(11)的控制信号。
9.按上述权利要求之任一项所述的辊子，
其特征为：辊套(1)通过两个径向作用的磁力轴承(9，10)支承，其轴承极绕组(11)设置在至少两个支承平面(14.1，14.2)内，每个磁力轴承(9，10)配设一组传感器(19)，这些传感器(19)分别设置在支承平面(14)之间的相邻平面(31)内。
10.按权利要求9所述的辊子，
其特征为：每组传感器(19)与一控制单元(21)连接，通过控制单元(21)可进行传感器信号的处理，以确定辊套(1)的位置和振动，并且通过控制单元(21)可以产生用来校正位置和抑制振动的控制信号，它们被输送给轴承极绕组(11)，以进行控制。
11.用来抑制一可旋转地支承的辊子的辊套的方法，其中辊套通过至少一个径向作用的磁力轴承支承，并且磁力轴承根据辊套的实际位置加以控制，其中
a)测量辊套相对于辊套一固定的基准位置的实际位置；
b)测量辊套的实际位置随辊套转速的现时的变化；
c)由辊套在某转速时的实际位置的变化确定用于磁力轴承的控制信号序列，这些控制信号对辊套的位置变化在辊套上产生一起反作用的支承力；和
d)磁力轴承通过在该转速时的控制信号序列控制。
12.按权利要求11所述的方法，
其特征为：测量在两个测量部位上的辊套实际位置，每个测量部位分别和一带有磁力轴承的支承部位相配，并且每个磁力轴承通过一控制信号序列控制，这些控制信号由辊套的位置变化确定。
13.按权利要求11或12所述的方法，
其特征为：在一个测量部位上辊套的实际位置通过四个传感器测量，这些传感器沿辊套的圆周方向相互错开90°设置在一个平面内。
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