专利名称：导丝辊的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求1前序部分的导丝辊以及一种开动这种导丝辊的方法。
在纺织工业中导丝辊用来对熔化纺出的长丝进行拉伸和恒温处理。众所周知，导丝辊的外壳面与一用滚动轴承可旋转地支承在一壳体内的轴连接，例如在DE3701077A1中所示。同样知道，滚动轴承在轴向预紧。这既可以用刚性的预紧力也可以用压力弹簧实现。其中通过弹簧预紧的轴承有好处，它避免由于与温度有关的轴向长度变化而引起的轴向预紧力的过度增大。
通常导丝辊配备单独的驱动装置，这时导丝辊和驱动装置装在同一根轴上。特别是在高速纺丝时随着导丝辊直径的不同出现10000转/分或者甚至高达14000转/分的转度。
这里导丝辊借助于滚动轴承悬臂支承，这时除了高的转速以外在加热导丝辊时热负荷对轴承寿命也起不利的影响。
虽然由DE 197 33 239 A1和EP 0 770 719 A1已知具有磁力轴承或混合轴承的导丝辊，在理论上可以期待它们有较高的轴承寿命，但是由于这种轴承更高的复杂性迄今为止还无法实现。
在高速滚动轴承中特别是轴向预紧力的数值对于滚动体在滚道上的滑转过程有重要意义。但是很难保证，轴向预紧力在变化的外加载荷、与转速有关的离心力和有时滚动体上的回转矩，以及在温度变化时始终保持在最佳的运行点上。偏离最佳运行点导致轴承寿命的缩短。
本发明的目的是，这样地改进导丝辊的轴承，使它避免偏离最佳运行点。
这个任务按本发明通过按权利要求1的导丝辊以及通过按权利要求11的开动按本发明的导丝辊的方法来解决。
这里轴承的轴向预紧力始终保持在一个或几乎在一个最佳的运行点上。由此一方面可以延长轴承寿命，另一方面提高轴承的许用转速。
为此在导丝辊的轴向力流内设有一执行元件(执行环节)，它根据规定的调整值调制轴承的轴向预紧力。执行元件最好装在轴承不旋转的一侧，并通过执行元件长度的变化或者通过力的变化直接或通过一弹性的中间体作用在外圈上。为了保证轴在轴向的稳定性，轴承外圈直接支承在壳体上，而另一轴承的外圈(在必要情况下采用一隔离圈)支承在执行元件上是有益的。
在按本发明的实施形式中执行元件对轴承施加压力。为了在轴承圈上也能产生反方向的力，在一种变型实施方案中导丝辊具有一弹簧，它给执行元件对抗轴承圈的力。
可以考虑采用液压或气动执行环节作为执行元件，其中在这种情况下调节量是压力，执行环节用这一压力加载。也可以考虑采用电磁或电机操纵的执行环节，其中在这种情况下调节量是施加的电压、电流、或者在电机操纵的执行环节时是一定持续时间的脉冲序列。
在一种优选的实施形式中采用压电石英或压电陶瓷作为执行元件。压电石英和压电陶瓷由于其特殊的结晶结构具有这样的特性，在加上电压时在电场的影响下产生变形。在相应地夹紧时这种效应可以用来施加作用力。
可以与压电石英和压电陶瓷类比的是磁致伸缩材料。磁致伸缩理解为铁磁体材料在磁场内的长度变化。用目前可供使用的材料可达到1.5‰至2‰范围内的延伸。
待调整的轴向预紧力的数值由轴承当时的运行状况得到，因此根据运行状况调整轴承预紧力是有益的。这种运行状况取决于不同的过程特征值，例如轴承径向载荷、温度和转速。为了测量实际的轴承预紧力在一种优选的实施形式中设有用来测量轴承轴向预紧力的传感器。
在另一种优选的实施形式中设有多个用来测量过程数据的传感器，如传速传感器、温度传感器或用于测量驱动装置电功率的电流传感器。
在一种特别优良的实施形式中导丝辊具有一根据传感器的测量值对轴承预紧力进行控制的控制装置或进行调节的调节装置。为此控制或调节装置与前述传感器和执行元件连接。
按本发明的导丝辊用一种方法来开动，用这种方法时在导丝辊运行期间根据导丝辊的运行状况对轴承的轴向预紧力进行调整。其中导丝辊的运行状况根据传感器的测量值求得。这可以是直接测量的轴承轴向预紧力，也可以是借助于数学模型由其它测量值间接算出的轴承轴向预紧力。
导丝辊外壳面的转速特别适合于间接算出轴承预紧力。同样可以在考虑轴承几何形状的情况下借助于测出的消耗的电功率可以算出代表轴承径向载荷的特征值。轴承温度可通过一装在轴承附近的测头方便地求出，或者在运用轴承的功率损失的情况下间接地求出，轴承功率损失可以由轴承径向负荷以及调整的轴向预紧力和转速算出，或者在加热导丝辊时在应用调整的温度的情况下估算出来。
这样求出的轴向预紧力在调节回路内用来控制执行元件，使轴向预紧力保持不变。
本发明一种特别优良的改进结构是，调节回路的理论值根据轴承的过程特征值来匹配。这样例如当轴承径向载荷减小或轴承温度升高时减小轴向预紧力的理论值，是十分有意义的。在轴承温度升高时降低预紧力正好可以有效地防止轴承的热过载，从而延长轴承寿命。
与此相反在用脂润滑时通过轴向预紧力有意的提高可以升高轴承温度，以使油脂软化，从而使润滑油从平常很难利用的油脂堆中流到滚道附近。由此可以达到运行时间进一步的延长。
本发明另一种改进结构将本来就提供使用的过程特征值用来辅助执行元件以及自诊断调节装置的功能。为此可供使用的信号相互进行比较，并测试其可信度。如果例如温度传感器出现故障并提供错误的数值，那么就会出现差错。一旦识别出一个差错，调节器便这样地控制，使得调整到导丝辊轴承可以用以进行无差错运行的轴向力。执行元件优先地这样调整，使轴向预紧力相当于在不带执行元件的普通轴承中所调整的数值。其次执行元件设计成这样，使得在一无源执行元件中建立可以使导丝辊轴承无差错地运行的轴向力，这是有利的。在这种情况下，当知道系统有差错时，简单地关掉执行元件就足够了。
本发明的一种改进结构是，自诊断扩展成导丝辊单元的诊断。为此根据过程特征值的周期变化识别出现的振动。例如在导丝辊单元出现共振运行点时就是这种情况。在识别出这种状态后这样地改变轴向预紧力，使得离开共振运行点。其次可以根据极端的过程参数识别轴承的缺陷，并通知操作者或者上一级过程控制系统。
下面参照附图对实施例作较详细的说明。
它们表示
图1按本发明的带有独立驱动装置的导丝辊单元，图2在应用一执行元件以及所属的控制装置的情况下导丝辊单元轴承的局部视图，图3在应用一执行元件和传感器及所属控制装置的情况下导丝辊单元轴承的局部视图，图4.1作为压电石英的执行单元，图4.2做成气动或液压操纵的执行环节的执行元件，图4.3做成电机操纵的执行环节的执行元件，图5在应用一诊断单元和应用一延缓预紧力提高的单元的情况下来自图3的执行元件、传感器和调节装置。
图1中表示一按本发明的用来对熔化纺出的长丝进行拉伸和恒温处理的带有独立驱动装置的导丝辊单元。导丝辊外壳1和驱动装置2安装在一共同的驱动轴3上。驱动轴3借助于轴承4.1和4.2可旋转地支承在轴承壳体5内，其中这些轴承从导丝辊方面来看是一种悬臂支承轴承。通常采用两个O形布局的向心推力球轴承。其中轴承以其内圈从两侧轴向固定在导丝辊轴3上。轴承4.1和4.2的外圈仅仅各自单侧地、沿相反的方向通过台阶5.1和5.2轴向固定在壳体5内。通过这种固定方式可以在轴承上施加预紧力。为此在至少一个轴承4.1和壳体5之间设置一执行元件6。执行元件6在轴向的伸长促使预紧力加大。
图2表示按本发明的用来调制轴向预紧力的执行元件的应用。为此以局部放大图表示图1中轴承4.1的安装状态。轴承4.1旋转的轴承圈4.1.2通过轴肩3.1和管子3.2轴承固定在轴3上。轴承4.1固定的轴承圈4.1.1轴向一侧支承在壳体5的台阶5.1上。这里未画出的轴承4.2以类似的方法轴向固定，只是在壳体5的台阶5.2上的轴向固定向相反的方向进行，如已经在图1中所示。
在台阶5.1和轴承圈4.1.1之间设有执行元件6，它在伸长时使轴承4.1和4.2轴向相向张紧。
在该实施例中执行元件6借助于一隔套5.3作用在轴承圈4.1.1上。隔套5.3可以是一理想的刚性套。但是也可以设想，隔套5.3有意做得在轴向具有一定弹性，或者完全取消。当时的结构由所采用的执行元件的类型的要求决定。
执行元件6通过一控制器7控制。控制器7通过过程数据采集装置10从转速测量装置10.1、温度测量装置10.2和轴承负荷测量装置10.3得到数据。其中各个数据既可以直接测量，也可以借助于数学模型根据其他的过程参数计算出来。接着根据存在的过程数据在控制器7内求出对于执行元件6的调整值。这里执行元件6可以做成环形，但是也可以在圆周上分布多个执行元件。同样也可以考虑顺序安装两个或多个执行元件，以放大其调节行程。
在所示装配状态下执行元件6只能对轴承圈4.1.1施加压力。对于轴承圈4.1.1和壳体5之间的摩擦力太大的情况，为了达到轴承4.1轴向预加负荷的充分卸荷，在与执行元件相对的一侧可以设置一个或几个弹簧，它与执行元件反方向作用并对轴承圈4.1.1从与执行元件6相反的一侧加载。
在图2中所示的安装位置执行力的加大造成预紧力的加大。相反弹簧5.4减小预紧力。但是也可以将执行元件和弹簧对调，使得弹簧施加预紧力，而执行元件减小预紧力。
与图2不同图3中在执行元件6和轴承4.1之间的力流中设有一传感器8，它测量轴向预紧力的实际值并输给调节器9.1，调节器将测量值与理论值作比较，并在有偏差时控制执行元件。可以采用一固定的调整值作为理论值，但是也可以用一理论值发生器9.2根据通过过程数据采集装置10由转速测量装置10.1、温度测量装置10.2和轴承负荷测量装置10.3得到的实际过程数据调整理论值。
图4.1-4.3表示执行元件6不同的结构形式。图4.1中表示作为压电石英的变型实施方案。执行元件由固有的石英6.1组成。石英由于其晶体结构具有这样的特性，在施加一电场时其宽度发生变化。为此固有的压电石英6.1配备一导电的触头6.2，它们上面连接输入导线6.3。为了防止对压电石英的外界影响设有一绝缘层6.4。
图4.2表示一液压或气动操纵的执行元件。这里执行元件做成环形双壁的波形管或气袋6.5，它在充入压力介质时改变其尺寸。
图4.3表示一电机操纵的执行元件。电机带动的丝杆单元6.9以这样的方式作用在一肘杆6.8上，使得在丝杆伸出时使接触板6.7相互挤开。
图5表示一叠加于由执行元件6、传感器8和调节器9.1组成的调节回路，理论值发生器9.2和过程数据采集装置10之上的诊断单元11。为此各组成部分的输入和输出口输入此诊断单元11。信号在诊断单元11内经受一次可信度测试。测试结果输入一差错处理单元12，它在有差错的情况下对理论值发生器9.2进行以下的调制，使执行元件占有预先规定的状态。诊断单元11的另一个任务是，识别在导丝辊轴承内的振动，并通过改变理论值消除振动。由诊断单元识别的干扰继续输送到一警报单元14上。
作为附加的方框设有一预紧力暂时升高装置13，它借助于理论值发生器9.2周期间隔地暂时提高轴向预紧力的理论值，以迫使短时间的轴承温度升高。它的输入输出也输入诊断单元11。
图形标记表1导丝辊外壳2导丝辊驱动装置3驱动轴3.1 轴肩3.2 管4.1 轴承4.1.1固定轴承圈4.1.2旋转轴承圈4.2 轴承5轴承壳体5.1 台阶5.2 台阶5.3 隔套5.4 弹簧6执行元件6.1 压电石英6.2 触头6.3 输入线6.4 绝缘层6.5 气袋6.6 压力介质6.7 接触板6.8 肘杆6.9 电机带动的丝杆7控制单元8传感器9.1 调节器9.2 理论值发生器10过程数据采集装置10.1 转速测量装置10.2 温度测量装置10.3 轴承负荷测量装置11诊断单元12差错处理单元13预紧力暂时提高装置14警报单元
权利要求
1．用于熔化纺出长丝的输送、拉伸或恒温处理的导丝辊，由一通过它引导长丝的导丝辊外壳(1)、一可驱动的与导丝辊外壳(1)连接的并至少用两个滚动轴承(4.1,4.2)可旋转地支承在一支座(5)内的驱动轴(3)和一用来调整两个轴承(4.1,4.2)之间的轴向轴承预紧力的装置组成，其特征在于用来调整轴承的轴向预紧力的装置具有一执行元件(6)，通过它可以在运行期间调整滚动轴承(4.1,4.2)之间的轴承预紧力。
2．按权利要求1的导丝辊，其特征在于执行元件(6)安装在支座(5)上。
3．按权利要求2的导丝辊，其特征在于执行元件(6)在滚动轴承(4.1,4.2)之一的固定圈(4.1.1)上施加一轴向力。
4．按权利要求3的导丝辊，其特征在于一弹簧(5.4)与执行元件(6)反方向作用。
5．按权利要求1至4之任一项的导丝辊，其特征在于执行元件(6)是一液压或气动操纵的执行环节。
6．按权利要求1至4之任一项的导丝辊，其特征在于执行元件(6)是一电磁或电机操纵的执行环节。
7．按权利要求1至4之任一项的导丝辊，其特征在于执行元件(6)是一压电的或磁致伸缩作用的执行环节。
8．按权利要求1至7之任一项的导丝辊，其特征在于设有一用来测量作用在滚动轴承(4.1,4.2)之间的轴向轴承预紧力的传感器(8)。
9．按权利要求1至8之任一项的导丝辊，其特征在于设有用来测量过程数据的多个装置(10.1,10.2,10.3)。
10．按权利要求1至9之任一项的导丝辊，其特征在于设有一用来控制轴向轴承预紧力的控制装置(7)或用来调节轴向轴承预紧力的调节装置(9)。
11．用于开动按权利要求1至10之任一项的导丝辊的方法，用这种方法时调整轴承的轴向预紧力，其特征在于在运行期间轴向轴承预紧力的调整根据轴承的运行状态进行。
12．按权利要求11的方法，其特征在于借助于过程数据求出轴承的运行状况。
13．按权利要求11或12的方法，其特征在于轴承内的轴向轴承预紧力保持不变。
14．按权利要求11至13之任一项的方法，其特征在于根据过程数据调整轴承预紧力的理论值。
15．按权利要求13的方法，其特征在于根据轴承温度或轴承负荷调整轴承轴向预紧力。
16．按权利要求11至15之任一项的方法，其特征在于在导丝辊运行期间使轴向的轴承预紧力暂时短时间地这样提高到超过平均值，使得出现轴承温度的提高。
17．按权利要求11至16之任一项的方法，其特征在于测量、调节和控制装置(7,8,10,10.1,10.2,10.3)在运行期间经受一次功能测试。
18．按权利要求17的方法，其特征在于在出现功能故障时轴向轴承预紧力调整到一固定的数值。
19．按权利要求11至18之任一项的方法，其特征在于运用测量、调节和控制装置以识别振动，在出现振动时改变轴向轴承预紧力。
20．按权利要求17至19之任一项的方法，其特征在于出现的功能故障或振动报告给上一级的过程控制系统或操作者。
全文摘要
本发明涉及一种用于熔化纺出的长丝的输送、拉伸或恒温处理的滚动轴承支承的导丝辊,它配备一执行元件以调整作用在两个轴承之间的轴向轴承预紧力。按照本发明在运行期间进行调整。轴向轴承预紧力的调整根据直接测出或间接算出的导丝辊过程数据,如温度、轴承负荷或转速进行。
文档编号D01D10/04GK1299893SQ0013569
公开日2001年6月20日 申请日期2000年12月15日 优先权日1999年12月15日
发明者迪特尔·岑克尔 申请人:巴马格股份公司