具有用于加熱的感應(yīng)線圈布置結(jié)構(gòu)的導(dǎo)絲輥單元的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種導(dǎo)絲輥單元(1)，其具有由鐵磁性的和導(dǎo)電的材料制成的圓柱形的、可加熱的輥套(2)，輥套具有厚度(D)并具有用于加熱和引導(dǎo)至少一根長絲(14)或帶(15)的外周面(21)，輥套包圍內(nèi)腔(22)，在內(nèi)腔中在中心布置有可旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動軸(5)，輥套(2)通過外端側(cè)(7)緊固在該驅(qū)動軸上，導(dǎo)絲輥單元具有在驅(qū)動軸(5)和輥套(2)之間的、在線圈架(4)上的固定不動的感應(yīng)線圈布置結(jié)構(gòu)(3)，其中，線圈架(4)由不導(dǎo)電的和非鐵磁性的材料制成，優(yōu)選由玻璃制成，并與驅(qū)動軸(5)和輥套(2)同心布置，其中，在內(nèi)腔(22)中基本上不存在鐵磁性的材料。
【專利說明】
具有用于加熱的感應(yīng)線圈布置結(jié)構(gòu)的導(dǎo)絲輥單元
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種具有圓柱形的輥套的導(dǎo)絲輥單元，該輥套可以借助于固定不動的感應(yīng)線圈布置結(jié)構(gòu)來加熱。
【背景技術(shù)】
[0002]可被加熱的導(dǎo)絲輥在紡織工業(yè)領(lǐng)域中被用于加熱和引導(dǎo)至少一根長絲或帶。輥套通常以高達(dá)8000米每分鐘[m/min]的圓周速度旋轉(zhuǎn)。在現(xiàn)有技術(shù)中已知各種不同的用于加熱輥套的系統(tǒng)，其中一方面可以從外部實現(xiàn)加熱，然而另一方面優(yōu)選地通過位于輥套內(nèi)部的部件實現(xiàn)加熱。文獻(xiàn)DE 195 40 905 Al中描述了一種這樣的布置結(jié)構(gòu)，在這種布置結(jié)構(gòu)中，位于輥套內(nèi)部的固定不動的感應(yīng)線圈可以在輥套中感生出電流，該電流加熱輥套。本發(fā)明源自這種布置結(jié)構(gòu)，該布置結(jié)構(gòu)還描述了，如何能夠?qū)碜孕D(zhuǎn)的輥套的溫度測量值向外傳輸?shù)焦潭ú粍拥难b置。
[0003]有很多其它的用于通過布置在輥套內(nèi)部的感應(yīng)線圈感應(yīng)地加熱輥套的實施形式。所有這些實施形式的共同點是，至今為止一直應(yīng)用鐵磁性的材料，優(yōu)選疊片式的板件或鐵氧體的形式，以便盡可能完全地在輥套中傳導(dǎo)感應(yīng)線圈的磁通量。這種情況需要耗費大量的材料，并造成感應(yīng)式加熱結(jié)構(gòu)相對較沉重和昂貴。但是這種做法至今為止被看作是必需的，以便避免加熱驅(qū)動軸和導(dǎo)絲輥單元中的其它部件，及盡可能有效地對輥套實現(xiàn)加熱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是，重量更輕地和成本更低地設(shè)計位于輥套內(nèi)部中的感應(yīng)式加熱結(jié)構(gòu)，而并不顯著地增大損耗。
[0005]根據(jù)獨立權(quán)利要求1所述的導(dǎo)絲輥單元用于實現(xiàn)上述目的。可以單獨應(yīng)用或以技術(shù)上有意義的方式組合應(yīng)用的有利的設(shè)計方案在從屬權(quán)利要求中說明。
[0006]根據(jù)本發(fā)明所述的導(dǎo)絲輥單元具有由鐵磁性的和導(dǎo)電的材料制成的、圓柱形的可被加熱的輥套，該輥套具有厚度和用于加熱和引導(dǎo)至少一根長絲或帶的外圓面，并且該輥套包圍一內(nèi)腔，在該內(nèi)腔中在中心布置有可旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動軸，$昆套通過外端側(cè)緊固在該驅(qū)動軸上，該導(dǎo)絲輥單元還具有在線圈架上的、位于驅(qū)動軸和輥套之間的、固定不動的感應(yīng)線圈布置結(jié)構(gòu)，其中，該線圈架由不導(dǎo)電的及非鐵磁性的材料制成，并且線圈架與驅(qū)動軸和輥套同心布置，其中，除了驅(qū)動軸可能是鐵磁性的以外，在內(nèi)部空間中基本上不存在鐵磁性的材料。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的線圈布置結(jié)構(gòu)是所謂的“無芯的”或“無鐵芯的”布置結(jié)構(gòu)，就是說，不存在在輥套的內(nèi)部傳導(dǎo)磁場的內(nèi)裝件。令人意外的是，省略傳導(dǎo)磁場的內(nèi)裝件并不會導(dǎo)致?lián)p耗顯著增大，也不會導(dǎo)致其它的構(gòu)件比輥套更大量地被加熱。事實上根據(jù)本發(fā)明，可以使用由塑料制成的線圈架，由此整個感應(yīng)線圈布置結(jié)構(gòu)比根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的線圈架具有顯著更小的重量。然而令人意外的是，玻璃也被證實是適合的材料。玻璃管可以成本低廉地制造，并且比大多數(shù)塑料件具有更好的耐熱性，從而玻璃即便在非常高的溫度下也可以應(yīng)用在導(dǎo)絲輥內(nèi)部。以有利的方式應(yīng)用如下的玻璃類型，這類玻璃被改進(jìn)專門用于在例如100°c至200°C或甚至300°C的高溫下應(yīng)用。至今玻璃還未被考慮作為材料用于導(dǎo)絲輥內(nèi)部中的部件，這是因為本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)為，金屬和玻璃的不同的熱膨脹系數(shù)是不利的。但是線圈架事實上僅在一側(cè)固定或能彈性夾緊，從而線圈架在軸向方向上可以獨立于其他部件膨脹。而且線圈架只需支承線圈，由于線圈具有好的平衡性，從而在高轉(zhuǎn)速的情況下線圈自身并不對玻璃管產(chǎn)生額外的載荷。另外，由玻璃制成的基本上為圓柱形的線圈架的成本顯著小于使用疊片式的變壓器用硅鋼片的材料成本和裝配成本。由此看來，在不使用傳導(dǎo)磁場的裝置的情況下，甚至能夠?qū)崿F(xiàn)對輥套的非常均勻的感應(yīng)加熱。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選地使用如下感應(yīng)線圈布置結(jié)構(gòu)，該感應(yīng)線圈布置結(jié)構(gòu)具有至少一個同心地圍繞驅(qū)動軸延伸的線圈，該線圈可以與具有預(yù)先規(guī)定的頻率和/或電流強度的交流電源連接。
[0008]原則上從現(xiàn)有技術(shù)中已知圓柱形線圈的基本布置結(jié)構(gòu)及其由交流電源的供電。省略鐵磁性的線圈芯雖然導(dǎo)致感應(yīng)率略微減小，但是這可以通過適當(dāng)?shù)匦薷慕涣麟娫椿蛲ㄟ^提高頻率而得到補償。因此本發(fā)明只需在已知的電流供應(yīng)裝置和控制裝置上進(jìn)行微小的改變。
[0009]在如下情況下可以使損耗保持在尤其微小的程度，即當(dāng)感應(yīng)線圈布置結(jié)構(gòu)通過外部環(huán)形間隙與輥套間隔開，感應(yīng)線圈布置結(jié)構(gòu)通過內(nèi)部環(huán)形間隙與驅(qū)動軸間隔開，該外部環(huán)形間隙顯著小于內(nèi)部環(huán)形間隙時。由此，線圈內(nèi)部的磁場密度相對較小，而線圈布置結(jié)構(gòu)的外部的磁場集中在輥套中。內(nèi)部環(huán)形間隙的大小優(yōu)選地是外部環(huán)形間隙的至少兩倍，尤其是外部環(huán)形間隙的大小的五倍以上。
[0010]在本發(fā)明優(yōu)選的實施形式中，驅(qū)動軸至少在輥套的內(nèi)腔中具有導(dǎo)電性好的覆層，尤其是由鋁制成的覆層。
[0011]這一點可以例如通過安裝具有0.1-3_厚度的鋁管實現(xiàn)，該鋁管罩在驅(qū)動軸上。因為驅(qū)動軸通常由導(dǎo)電的材料制成，尤其甚至是由鐵磁性的材料制成，所以磁場在線圈布置結(jié)構(gòu)的內(nèi)部也在驅(qū)動軸中產(chǎn)生電流并且加熱該驅(qū)動軸。雖然由于內(nèi)部環(huán)形間隙的尺寸大小這樣的情況只是輕微的程度，但確是不希望的。導(dǎo)電性好的覆層(其例如可以通過鋁管或銅管實現(xiàn))由于微小的電阻而形成表面的渦電流，該渦電流對產(chǎn)生這種渦電流的磁場起反作用，并因此將該磁場如同排除出驅(qū)動軸的區(qū)域。雖然這個表面會變熱，但是要比否則情況下對整個驅(qū)動軸的加熱微弱得多。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，線圈布置結(jié)構(gòu)為了實現(xiàn)其目的被設(shè)計成，在該線圈或所述這些線圈中流動的交流電流產(chǎn)生交變磁場，該交變磁場進(jìn)入輥套中并在那里感生出電流，該感生電流加熱該棍套。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，原則上所有用于這種目的的已知的線圈布置結(jié)構(gòu)都可以沒有鐵磁性材料地在輥套的內(nèi)部中使用，但是圓柱形線圈或多個彼此前后接續(xù)地布置的圓柱形線圈尤其適用于此目的。
[0014]由于線圈架的簡單的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明還適用于具有高達(dá)1500mm或乃至更長的軸向長度的、特別長的導(dǎo)絲輥。在外直徑方面，該線圈布置結(jié)構(gòu)也不設(shè)限制，從而外直徑完全可以達(dá)到500mm及以上。
[0015]如同原則上由現(xiàn)有技術(shù)已知，本發(fā)明中溫度調(diào)控也可以通過借助于至少一個溫度傳感器測量導(dǎo)絲輥中的溫度來實現(xiàn)，其中，該溫度傳感器與用于調(diào)控感應(yīng)線圈布置結(jié)構(gòu)的交流電源的調(diào)控裝置相連接。
[0016]還要說明的是，在本發(fā)明優(yōu)選的實施形式中，將輥套與驅(qū)動軸連接起來的導(dǎo)絲輥外端側(cè)由鐵磁性的材料制成。因此還有利地加熱轂部。同時這阻止雜散磁場出現(xiàn)在導(dǎo)絲輥單元的外部。
【附圖說明】
[0017]在下面根據(jù)附圖圖解地描述本發(fā)明的一種實施例，但是本發(fā)明并不局限于該實施例。附圖示出:
[0018]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)絲輥單元的示意性縱剖視圖，
[0019]圖2示出沿圖1直線I1-1I剖開的橫剖視圖，
[0020]圖3示出在根據(jù)圖1的導(dǎo)絲輥單元中的典型的磁場走向，
[0021]圖4示出根據(jù)圖2的按照本發(fā)明的導(dǎo)絲輥單元中的典型的渦電流，和
[0022]圖5示出作為線圈架的玻璃管的緊固結(jié)構(gòu)。
[0023]附圖標(biāo)記列表:
[0024]I 導(dǎo)絲輥單元
[0025]2 輥套
[0026]3 感應(yīng)線圈
[0027]4 線圈架，玻璃管
[0028]5 驅(qū)動軸
[0029]6 覆層/鋁管
[0030]7 外端側(cè)
[0031]8 電流輸送裝置
[0032]9 交流電源
[0033]10 溫度傳感器
[0034]11 信號傳輸系統(tǒng)
[0035]12 控制裝置
[0036]13 支承結(jié)構(gòu)
[0037]14 軸承
[0038]15 長絲
[0039]16 帶
[0040]17 拉桿
[0041]18 法蘭板
[0042]19 具有硅樹脂襯層的槽
[0043]20 緊固螺母
[0044]21 輥套的外周面
[0045]22 輥套的內(nèi)腔
[0046]D 輥套的厚度
[0047]d 覆層/鋁管的厚度
[0048]Rl 內(nèi)部環(huán)形間隙
[0049]R2外部環(huán)形間隙
[0050]L輥套的軸向長度[0051 ]A輥套的外直徑
[0052]Il鋁管中的感生電流
[0053]12輥套中的感生電流
[0054]13感應(yīng)線圈布置結(jié)構(gòu)中的電流
[0055]M磁場
【具體實施方式】
[0056]圖1和圖2在縱剖視圖和橫剖視圖中示意性示出根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)絲輥單元I的局部的結(jié)構(gòu)圖，該導(dǎo)絲輥單元具有厚度為D的輥套2。該輥套2在外端側(cè)7上與驅(qū)動軸5連接，該驅(qū)動軸同心地在輥套2的內(nèi)腔22中延伸。驅(qū)動軸5被鋁管6至少在內(nèi)腔22的內(nèi)部包圍，其中，鋁管6具有0.l-3mm的層厚度d。同樣與輥套2同心地在內(nèi)腔22中布置有線圈架4，優(yōu)選為玻璃管，該線圈架支承圓柱形的感應(yīng)線圈布置結(jié)構(gòu)3，尤其是以連續(xù)的圓柱形線圈的形式。感應(yīng)線圈布置結(jié)構(gòu)3通過外部的環(huán)形間隙R2與輥套2間隔開，并通過內(nèi)部的環(huán)形間隙Rl與驅(qū)動軸5間隔開。在此對于內(nèi)部的環(huán)形間隙Rl的尺寸，將線圈架4的層厚度和鋁管6的厚度都計算在內(nèi)。重要的是，線圈架4不是由鐵磁性的材料制成的，并且是不導(dǎo)電的，并且在必要時除了驅(qū)動軸5之外，內(nèi)腔22通常也不包含鐵磁性的材料。因此這實際上是無芯的或無鐵芯的線圈布置結(jié)構(gòu)。感應(yīng)線圈3的電力供應(yīng)通過電流輸送裝置8實現(xiàn)，該電流輸送裝置由交流電源9供電。當(dāng)希望調(diào)控輥套2的溫度時(大多數(shù)情況都是這樣的)，可以使用從現(xiàn)有技術(shù)中已知的調(diào)控系統(tǒng)。對此例如可以在輥套2中布置至少一個溫度傳感器10，該溫度傳感器通過無接觸的信號傳輸系統(tǒng)11與調(diào)控裝置12連接，該調(diào)控裝置調(diào)控交流電源9。由于信號線路11必須從旋轉(zhuǎn)的裝置傳輸測量值，所以該信號線路可以通過驅(qū)動軸延伸并造成滑動接觸，或者也可以使用無線連接。整個的導(dǎo)絲輥單元I通常緊固在支承結(jié)構(gòu)13上。驅(qū)動軸5在此可以可旋轉(zhuǎn)地緊固在適合的軸承14中，而線圈架4在一側(cè)固定地安裝在支承結(jié)構(gòu)13上。通過減小線圈架4和感應(yīng)線圈布置結(jié)構(gòu)3的重量和簡化線圈架4和感應(yīng)線圈布置結(jié)構(gòu)3的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明也適用于具有大的軸向長度L、例如1500mm或更長的軸向長度的導(dǎo)絲輥單元I，本發(fā)明也適用于小的或大的、高達(dá)500mm的數(shù)量級及以上的外直徑A。輥套2具有外周面21，該外周面適用于加熱及引導(dǎo)至少一根長絲15或帶16。通常也在輥套2上引導(dǎo)多根長絲和/或多圈纏繞地引導(dǎo)一根長絲。
[0057]圖3和圖4說明根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)絲輥單元I的磁的和電的特性。原則上圍繞圓柱形的感應(yīng)線圈布置結(jié)構(gòu)3形成典型的內(nèi)部磁場和外部磁場，其中，這種磁場在外部集中在棍套2中，而在內(nèi)部由于鋁管6的作用大部分被排除出驅(qū)動軸5。這導(dǎo)致圖4中通過環(huán)形和箭頭表示出的鋁管6中的電流I1、輥套2中的電流13、感應(yīng)線圈布置結(jié)構(gòu)3中的電流13，當(dāng)然這些電流隨著變化的磁場同樣相應(yīng)地改變其方向。在感應(yīng)線圈3中流動的電流13在輥套2中產(chǎn)生沿反方向流動的環(huán)形電流12，并在鋁管4中產(chǎn)生同樣沿反方向流動的弱的電流II。因此磁場能量的絕大部分可以用于加熱輥套2。
[0058]用于緊固作為線圈架4的玻璃管的優(yōu)選的方案在圖5中示出，該方案是，玻璃管4通過拉桿17被緊固在支承結(jié)構(gòu)13與在軸向上位于支承結(jié)構(gòu)13對面的法蘭板18之間。玻璃管的縱向膨脹可以一方面通過拉桿17的縱向膨脹補償，并且通過玻璃管4的端部嵌入法蘭板上的中心座中或具有耐熱的硅樹脂襯層的槽19中的方式補償。這種固定方式同時還保證了對中，硅樹脂可以補償熱膨脹時的直徑差。由螺母20固定和擰緊的拉桿17同樣有利地由不導(dǎo)電的和不導(dǎo)磁的材料制造。
[0059]因此本發(fā)明適宜作為至今所應(yīng)用的具有位于輥套內(nèi)部的、傳導(dǎo)磁場的內(nèi)裝件的感應(yīng)式導(dǎo)絲輥加熱裝置的替代方案。由塑料制成的線圈架比至今已知的具有疊片式的鐵磁板的布置結(jié)構(gòu)成本更低及重量更輕，從而具有大的軸向長度的或大的直徑的導(dǎo)絲輥單元尤其適宜配備根據(jù)本發(fā)明的加熱裝置。
【主權(quán)項】
1.一種導(dǎo)絲輥單元(I)，具有由鐵磁性的和導(dǎo)電的材料制成的圓柱形的、可加熱的輥套(2)，該輥套具有厚度(D)并且具有用于加熱和引導(dǎo)至少一根長絲(14)或帶(15)的外周面(21)，該輥套包圍內(nèi)腔(22)，在該內(nèi)腔中在中心布置有可旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動軸(5)，輥套(2)通過外端側(cè)(7)緊固在該驅(qū)動軸上，所述導(dǎo)絲輥單元具有在線圈架(4)上的、位于驅(qū)動軸(5)和輥套(2)之間的固定不動的感應(yīng)線圈布置結(jié)構(gòu)(3)，其中，線圈架(4)由不導(dǎo)電的和非鐵磁性的材料制成，并與驅(qū)動軸(5)和輥套(2)同心布置，其中，在內(nèi)腔(22)中基本上不存在鐵磁性的材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)絲輥單元(I)，其特征在于，感應(yīng)線圈布置結(jié)構(gòu)(3)具有至少一個同心地圍繞驅(qū)動軸(5)延伸的線圈(3 )，該線圈能與可預(yù)先規(guī)定頻率的交流電源(9)連接，其中，線圈架(4)優(yōu)選由玻璃制成。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的導(dǎo)絲輥單元(I)，其特征在于，感應(yīng)線圈布置結(jié)構(gòu)(3)通過外部環(huán)形間隙(R2)與輥套(2)間隔開，并通過內(nèi)部環(huán)形間隙(Rl)與驅(qū)動軸(5)間隔開，其中，內(nèi)部環(huán)形間隙(Rl)大于外部環(huán)形間隙(R2)，內(nèi)部環(huán)形間隙的大小優(yōu)選地是外部環(huán)形間隙的兩倍以上、尤其是五倍以上。4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的導(dǎo)絲輥單元(I)，其特征在于，驅(qū)動軸(5)至少在輥套(2)的內(nèi)腔(22)中具有導(dǎo)電性好的的覆層(6)，所述覆層尤其是由鋁或銅制成。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的導(dǎo)絲輥單元(I)，其特征在于，所述覆層(6)是厚度(d)為0.1mm至3mm的招管。6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的導(dǎo)絲輥單元(I)，其特征在于，線圈布置結(jié)構(gòu)(3)設(shè)計成，在該線圈或所述這些線圈中流動的交流電流產(chǎn)生交變磁場，該交變磁場進(jìn)入輥套(2)中并在輥套中感生出渦電流，該渦電流加熱輥套(2)。7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的導(dǎo)絲輥單元(I)，其特征在于，輥套(2)具有10mm至1500mm的軸向長度(L)。8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的導(dǎo)絲輥單元(I)，其特征在于，輥套(2)具有10mm至500mm的外直徑(A)。9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的導(dǎo)絲輥單元(I)，其特征在于，至少一個溫度傳感器(10)布置在輥套(2)中或輥套(2)上，該溫度傳感器與用于調(diào)控感應(yīng)線圈布置結(jié)構(gòu)(3)的交流電源(9)的調(diào)控裝置(12)連接。10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的導(dǎo)絲輥單元(I)，其特征在于，外端側(cè)(7)由鐵磁性材料制成，并具有類似于輥套(2)的厚度(D)的厚度。
【文檔編號】H05B6/14GK105908318SQ201610091144
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月18日
【發(fā)明人】U·巴德爾
【申請人】里特電子有限公司