具有用于加热的感应线圈布置结构的导丝辊单元的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种导丝辊单元(1)，其具有由铁磁性的和导电的材料制成的圆柱形的、可加热的辊套(2)，辊套具有厚度(D)并具有用于加热和引导至少一根长丝(14)或带(15)的外周面(21)，辊套包围内腔(22)，在内腔中在中心布置有可旋转的驱动轴(5)，辊套(2)通过外端侧(7)紧固在该驱动轴上，导丝辊单元具有在驱动轴(5)和辊套(2)之间的、在线圈架(4)上的固定不动的感应线圈布置结构(3)，其中，线圈架(4)由不导电的和非铁磁性的材料制成，优选由玻璃制成，并与驱动轴(5)和辊套(2)同心布置，其中，在内腔(22)中基本上不存在铁磁性的材料。
【专利说明】
具有用于加热的感应线圈布置结构的导丝辊单元
技术领域
[0001]本发明涉及一种具有圆柱形的辊套的导丝辊单元，该辊套可以借助于固定不动的感应线圈布置结构来加热。
【背景技术】
[0002]可被加热的导丝辊在纺织工业领域中被用于加热和引导至少一根长丝或带。辊套通常以高达8000米每分钟[m/min]的圆周速度旋转。在现有技术中已知各种不同的用于加热辊套的系统，其中一方面可以从外部实现加热，然而另一方面优选地通过位于辊套内部的部件实现加热。文献DE 195 40 905 Al中描述了一种这样的布置结构，在这种布置结构中，位于辊套内部的固定不动的感应线圈可以在辊套中感生出电流，该电流加热辊套。本发明源自这种布置结构，该布置结构还描述了，如何能够将来自旋转的辊套的温度测量值向外传输到固定不动的装置。
[0003]有很多其它的用于通过布置在辊套内部的感应线圈感应地加热辊套的实施形式。所有这些实施形式的共同点是，至今为止一直应用铁磁性的材料，优选叠片式的板件或铁氧体的形式，以便尽可能完全地在辊套中传导感应线圈的磁通量。这种情况需要耗费大量的材料，并造成感应式加热结构相对较沉重和昂贵。但是这种做法至今为止被看作是必需的，以便避免加热驱动轴和导丝辊单元中的其它部件，及尽可能有效地对辊套实现加热。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是，重量更轻地和成本更低地设计位于辊套内部中的感应式加热结构，而并不显著地增大损耗。
[0005]根据独立权利要求1所述的导丝辊单元用于实现上述目的。可以单独应用或以技术上有意义的方式组合应用的有利的设计方案在从属权利要求中说明。
[0006]根据本发明所述的导丝辊单元具有由铁磁性的和导电的材料制成的、圆柱形的可被加热的辊套，该辊套具有厚度和用于加热和引导至少一根长丝或带的外圆面，并且该辊套包围一内腔，在该内腔中在中心布置有可旋转的驱动轴，$昆套通过外端侧紧固在该驱动轴上，该导丝辊单元还具有在线圈架上的、位于驱动轴和辊套之间的、固定不动的感应线圈布置结构，其中，该线圈架由不导电的及非铁磁性的材料制成，并且线圈架与驱动轴和辊套同心布置，其中，除了驱动轴可能是铁磁性的以外，在内部空间中基本上不存在铁磁性的材料。
[0007]根据本发明的线圈布置结构是所谓的“无芯的”或“无铁芯的”布置结构，就是说，不存在在辊套的内部传导磁场的内装件。令人意外的是，省略传导磁场的内装件并不会导致损耗显著增大，也不会导致其它的构件比辊套更大量地被加热。事实上根据本发明，可以使用由塑料制成的线圈架，由此整个感应线圈布置结构比根据现有技术的线圈架具有显著更小的重量。然而令人意外的是，玻璃也被证实是适合的材料。玻璃管可以成本低廉地制造，并且比大多数塑料件具有更好的耐热性，从而玻璃即便在非常高的温度下也可以应用在导丝辊内部。以有利的方式应用如下的玻璃类型，这类玻璃被改进专门用于在例如100°c至200°C或甚至300°C的高温下应用。至今玻璃还未被考虑作为材料用于导丝辊内部中的部件，这是因为本领域技术人员认为，金属和玻璃的不同的热膨胀系数是不利的。但是线圈架事实上仅在一侧固定或能弹性夹紧，从而线圈架在轴向方向上可以独立于其他部件膨胀。而且线圈架只需支承线圈，由于线圈具有好的平衡性，从而在高转速的情况下线圈自身并不对玻璃管产生额外的载荷。另外，由玻璃制成的基本上为圆柱形的线圈架的成本显著小于使用叠片式的变压器用硅钢片的材料成本和装配成本。由此看来，在不使用传导磁场的装置的情况下，甚至能够实现对辊套的非常均匀的感应加热。根据本发明优选地使用如下感应线圈布置结构，该感应线圈布置结构具有至少一个同心地围绕驱动轴延伸的线圈，该线圈可以与具有预先规定的频率和/或电流强度的交流电源连接。
[0008]原则上从现有技术中已知圆柱形线圈的基本布置结构及其由交流电源的供电。省略铁磁性的线圈芯虽然导致感应率略微减小，但是这可以通过适当地修改交流电源或通过提高频率而得到补偿。因此本发明只需在已知的电流供应装置和控制装置上进行微小的改变。
[0009]在如下情况下可以使损耗保持在尤其微小的程度，即当感应线圈布置结构通过外部环形间隙与辊套间隔开，感应线圈布置结构通过内部环形间隙与驱动轴间隔开，该外部环形间隙显著小于内部环形间隙时。由此，线圈内部的磁场密度相对较小，而线圈布置结构的外部的磁场集中在辊套中。内部环形间隙的大小优选地是外部环形间隙的至少两倍，尤其是外部环形间隙的大小的五倍以上。
[0010]在本发明优选的实施形式中，驱动轴至少在辊套的内腔中具有导电性好的覆层，尤其是由铝制成的覆层。
[0011]这一点可以例如通过安装具有0.1-3_厚度的铝管实现，该铝管罩在驱动轴上。因为驱动轴通常由导电的材料制成，尤其甚至是由铁磁性的材料制成，所以磁场在线圈布置结构的内部也在驱动轴中产生电流并且加热该驱动轴。虽然由于内部环形间隙的尺寸大小这样的情况只是轻微的程度，但确是不希望的。导电性好的覆层(其例如可以通过铝管或铜管实现)由于微小的电阻而形成表面的涡电流，该涡电流对产生这种涡电流的磁场起反作用，并因此将该磁场如同排除出驱动轴的区域。虽然这个表面会变热，但是要比否则情况下对整个驱动轴的加热微弱得多。
[0012]根据本发明，线圈布置结构为了实现其目的被设计成，在该线圈或所述这些线圈中流动的交流电流产生交变磁场，该交变磁场进入辊套中并在那里感生出电流，该感生电流加热该棍套。
[0013]根据本发明，原则上所有用于这种目的的已知的线圈布置结构都可以没有铁磁性材料地在辊套的内部中使用，但是圆柱形线圈或多个彼此前后接续地布置的圆柱形线圈尤其适用于此目的。
[0014]由于线圈架的简单的结构，本发明还适用于具有高达1500mm或乃至更长的轴向长度的、特别长的导丝辊。在外直径方面，该线圈布置结构也不设限制，从而外直径完全可以达到500mm及以上。
[0015]如同原则上由现有技术已知，本发明中温度调控也可以通过借助于至少一个温度传感器测量导丝辊中的温度来实现，其中，该温度传感器与用于调控感应线圈布置结构的交流电源的调控装置相连接。
[0016]还要说明的是，在本发明优选的实施形式中，将辊套与驱动轴连接起来的导丝辊外端侧由铁磁性的材料制成。因此还有利地加热毂部。同时这阻止杂散磁场出现在导丝辊单元的外部。
【附图说明】
[0017]在下面根据附图图解地描述本发明的一种实施例，但是本发明并不局限于该实施例。附图示出:
[0018]图1示出根据本发明的导丝辊单元的示意性纵剖视图，
[0019]图2示出沿图1直线I1-1I剖开的横剖视图，
[0020]图3示出在根据图1的导丝辊单元中的典型的磁场走向，
[0021]图4示出根据图2的按照本发明的导丝辊单元中的典型的涡电流，和
[0022]图5示出作为线圈架的玻璃管的紧固结构。
[0023]附图标记列表:
[0024]I 导丝辊单元
[0025]2 辊套
[0026]3 感应线圈
[0027]4 线圈架，玻璃管
[0028]5 驱动轴
[0029]6 覆层/铝管
[0030]7 外端侧
[0031]8 电流输送装置
[0032]9 交流电源
[0033]10 温度传感器
[0034]11 信号传输系统
[0035]12 控制装置
[0036]13 支承结构
[0037]14 轴承
[0038]15 长丝
[0039]16 带
[0040]17 拉杆
[0041]18 法兰板
[0042]19 具有硅树脂衬层的槽
[0043]20 紧固螺母
[0044]21 辊套的外周面
[0045]22 辊套的内腔
[0046]D 辊套的厚度
[0047]d 覆层/铝管的厚度
[0048]Rl 内部环形间隙
[0049]R2外部环形间隙
[0050]L辊套的轴向长度[0051 ]A辊套的外直径
[0052]Il铝管中的感生电流
[0053]12辊套中的感生电流
[0054]13感应线圈布置结构中的电流
[0055]M磁场
【具体实施方式】
[0056]图1和图2在纵剖视图和横剖视图中示意性示出根据本发明的导丝辊单元I的局部的结构图，该导丝辊单元具有厚度为D的辊套2。该辊套2在外端侧7上与驱动轴5连接，该驱动轴同心地在辊套2的内腔22中延伸。驱动轴5被铝管6至少在内腔22的内部包围，其中，铝管6具有0.l-3mm的层厚度d。同样与辊套2同心地在内腔22中布置有线圈架4，优选为玻璃管，该线圈架支承圆柱形的感应线圈布置结构3，尤其是以连续的圆柱形线圈的形式。感应线圈布置结构3通过外部的环形间隙R2与辊套2间隔开，并通过内部的环形间隙Rl与驱动轴5间隔开。在此对于内部的环形间隙Rl的尺寸，将线圈架4的层厚度和铝管6的厚度都计算在内。重要的是，线圈架4不是由铁磁性的材料制成的，并且是不导电的，并且在必要时除了驱动轴5之外，内腔22通常也不包含铁磁性的材料。因此这实际上是无芯的或无铁芯的线圈布置结构。感应线圈3的电力供应通过电流输送装置8实现，该电流输送装置由交流电源9供电。当希望调控辊套2的温度时(大多数情况都是这样的)，可以使用从现有技术中已知的调控系统。对此例如可以在辊套2中布置至少一个温度传感器10，该温度传感器通过无接触的信号传输系统11与调控装置12连接，该调控装置调控交流电源9。由于信号线路11必须从旋转的装置传输测量值，所以该信号线路可以通过驱动轴延伸并造成滑动接触，或者也可以使用无线连接。整个的导丝辊单元I通常紧固在支承结构13上。驱动轴5在此可以可旋转地紧固在适合的轴承14中，而线圈架4在一侧固定地安装在支承结构13上。通过减小线圈架4和感应线圈布置结构3的重量和简化线圈架4和感应线圈布置结构3的结构，本发明也适用于具有大的轴向长度L、例如1500mm或更长的轴向长度的导丝辊单元I，本发明也适用于小的或大的、高达500mm的数量级及以上的外直径A。辊套2具有外周面21，该外周面适用于加热及引导至少一根长丝15或带16。通常也在辊套2上引导多根长丝和/或多圈缠绕地引导一根长丝。
[0057]图3和图4说明根据本发明的导丝辊单元I的磁的和电的特性。原则上围绕圆柱形的感应线圈布置结构3形成典型的内部磁场和外部磁场，其中，这种磁场在外部集中在棍套2中，而在内部由于铝管6的作用大部分被排除出驱动轴5。这导致图4中通过环形和箭头表示出的铝管6中的电流I1、辊套2中的电流13、感应线圈布置结构3中的电流13，当然这些电流随着变化的磁场同样相应地改变其方向。在感应线圈3中流动的电流13在辊套2中产生沿反方向流动的环形电流12，并在铝管4中产生同样沿反方向流动的弱的电流II。因此磁场能量的绝大部分可以用于加热辊套2。
[0058]用于紧固作为线圈架4的玻璃管的优选的方案在图5中示出，该方案是，玻璃管4通过拉杆17被紧固在支承结构13与在轴向上位于支承结构13对面的法兰板18之间。玻璃管的纵向膨胀可以一方面通过拉杆17的纵向膨胀补偿，并且通过玻璃管4的端部嵌入法兰板上的中心座中或具有耐热的硅树脂衬层的槽19中的方式补偿。这种固定方式同时还保证了对中，硅树脂可以补偿热膨胀时的直径差。由螺母20固定和拧紧的拉杆17同样有利地由不导电的和不导磁的材料制造。
[0059]因此本发明适宜作为至今所应用的具有位于辊套内部的、传导磁场的内装件的感应式导丝辊加热装置的替代方案。由塑料制成的线圈架比至今已知的具有叠片式的铁磁板的布置结构成本更低及重量更轻，从而具有大的轴向长度的或大的直径的导丝辊单元尤其适宜配备根据本发明的加热装置。
【主权项】
1.一种导丝辊单元(I)，具有由铁磁性的和导电的材料制成的圆柱形的、可加热的辊套(2)，该辊套具有厚度(D)并且具有用于加热和引导至少一根长丝(14)或带(15)的外周面(21)，该辊套包围内腔(22)，在该内腔中在中心布置有可旋转的驱动轴(5)，辊套(2)通过外端侧(7)紧固在该驱动轴上，所述导丝辊单元具有在线圈架(4)上的、位于驱动轴(5)和辊套(2)之间的固定不动的感应线圈布置结构(3)，其中，线圈架(4)由不导电的和非铁磁性的材料制成，并与驱动轴(5)和辊套(2)同心布置，其中，在内腔(22)中基本上不存在铁磁性的材料。2.根据权利要求1所述的导丝辊单元(I)，其特征在于，感应线圈布置结构(3)具有至少一个同心地围绕驱动轴(5)延伸的线圈(3 )，该线圈能与可预先规定频率的交流电源(9)连接，其中，线圈架(4)优选由玻璃制成。3.根据权利要求1或2所述的导丝辊单元(I)，其特征在于，感应线圈布置结构(3)通过外部环形间隙(R2)与辊套(2)间隔开，并通过内部环形间隙(Rl)与驱动轴(5)间隔开，其中，内部环形间隙(Rl)大于外部环形间隙(R2)，内部环形间隙的大小优选地是外部环形间隙的两倍以上、尤其是五倍以上。4.根据前述权利要求中任一项所述的导丝辊单元(I)，其特征在于，驱动轴(5)至少在辊套(2)的内腔(22)中具有导电性好的的覆层(6)，所述覆层尤其是由铝或铜制成。5.根据权利要求4所述的导丝辊单元(I)，其特征在于，所述覆层(6)是厚度(d)为0.1mm至3mm的招管。6.根据前述权利要求中任一项所述的导丝辊单元(I)，其特征在于，线圈布置结构(3)设计成，在该线圈或所述这些线圈中流动的交流电流产生交变磁场，该交变磁场进入辊套(2)中并在辊套中感生出涡电流，该涡电流加热辊套(2)。7.根据前述权利要求中任一项所述的导丝辊单元(I)，其特征在于，辊套(2)具有10mm至1500mm的轴向长度(L)。8.根据前述权利要求中任一项所述的导丝辊单元(I)，其特征在于，辊套(2)具有10mm至500mm的外直径(A)。9.根据前述权利要求中任一项所述的导丝辊单元(I)，其特征在于，至少一个温度传感器(10)布置在辊套(2)中或辊套(2)上，该温度传感器与用于调控感应线圈布置结构(3)的交流电源(9)的调控装置(12)连接。10.根据前述权利要求中任一项所述的导丝辊单元(I)，其特征在于，外端侧(7)由铁磁性材料制成，并具有类似于辊套(2)的厚度(D)的厚度。
【文档编号】H05B6/14GK105908318SQ201610091144
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年2月18日
【发明人】U·巴德尔
【申请人】里特电子有限公司