本发明涉及一种卷绕机和一种用于将诸如纸幅或非织物材料的幅材等纸幅卷绕成卷的方法。
背景技术
卷绕机通常用于在造纸机中已经生产的纸卷被转变成更窄的卷时的转变目的，并且卷绕机通常与用于使幅材更窄的分切机结合使用。在美国专利第5,320,299号中公开了卷绕机的一个示例。卷绕机可具有支撑辊或支撑滚筒，其上支撑有卷绕的纸卷。卷绕机也用于非织物材料的幅材。本发明的目的是提供一种改进的卷绕机和一种改进的卷绕方法，其可以有效地控制卷绕操作的重要参数。
技术实现要素：
本发明涉及一种用于卷绕诸如纸或非织物材料的幅材的纤维幅材的幅材卷的卷绕机。在本专利申请的上下文中，术语“幅材卷”应理解为诸如纸或非织物材料的纤维幅材的卷(例如纸卷)。本发明的卷绕机包括用于在卷取期间支撑幅材卷的两个支撑辊以及用于卷绕纸或非织物材料的卷的芯轴。在芯轴的每个纵向端部处，存在载体卡盘，芯轴可旋转地支承(journal)于其中。本发明的卷绕机还包括框架和压纸辊(riderroll)，载体卡盘在该框架中设置成可朝向或远离支撑辊移动，压纸辊设置成能够作用于正在卷绕的卷，例如纸卷或非织物材料的卷。压纸辊由压纸辊横梁承载，该压纸辊横梁设置成可在框架中移动，使得压纸辊可朝向或远离支撑辊移动。卷绕机还包括用于使压纸辊横梁朝向或远离支撑辊移动的至少一个致动器，并且至少一个测力传感器设置成检测压纸辊与纸或非织物材料的卷(即幅材卷)之间的力。根据本发明，卷绕机还包括用于使芯轴的载体卡盘独立于压纸辊横梁移动的至少一个致动器，以及设置成检测载体卡盘作用在芯轴上的力的至少一个测力传感器。本发明的卷绕机还包括连接到测力传感器的逻辑控制系统，使得逻辑控制系统接收幅材卷与压纸辊之间的力以及载体卡盘作用在芯轴上的力的测量值。逻辑控制系统被编程为基于机器速度和正在卷绕的纤维幅材的假定厚度和基重来计算幅材卷的直径和重量。此外，逻辑控制系统设置成控制用于压纸辊横梁和载体卡盘的致动器。逻辑控制系统被编程为控制载体卡盘和压纸辊横梁的移动，使得从测力传感器检测到的力和由计算出的幅材卷的重量产生的力的总和对应于在卷与支撑辊之间的力的设定值。
在本发明的优选实施例中，至少两个测力传感器设置成测量载体卡盘作用在芯轴上的力，在每个载体卡盘上包括至少一个测力传感器。
在优选实施例中，至少两个测力传感器设置成测量压纸辊与幅材卷之间的力，包括放置在压纸辊横梁的每个轴向端部处的至少一个测力传感器。
在本发明的实施例中，载体卡盘和压纸辊横梁基于幅材卷直径的计算值而相对于支撑辊移动。
适当地，逻辑控制单元可以被编程为计算压纸辊与幅材卷之间的力的预期值和载体卡盘作用在芯轴上的力的预期值，这些预期力值是基于计算出的幅材卷的直径。如果测量的力值偏离预期值，则可以重新计算幅材厚度(例如，纸张厚度)的值。
卷绕机还可以包括在压纸辊横梁和芯轴的每个轴向端部处的至少一个螺纹杆，上述螺纹杆在载体卡盘和压纸辊横梁的移动方向上延伸。然后，用于载体卡盘和压纸辊横梁的致动器可以设置在螺纹杆上并且包括螺纹件，螺纹件设置成与螺纹杆相互作用以使卡盘和压纸辊横梁朝向或远离支撑辊移动。
本发明还涉及一种在卷绕机中卷绕幅材卷(例如纸卷或非织物材料的卷)的方法，该卷绕机包括用于在卷取期间支撑幅材卷的两个支撑辊以及用于卷绕幅材卷的芯轴(即幅材卷卷绕在其上的芯轴)。在本发明的方法中使用的卷绕机中，在芯轴的每个纵向端部处还存在载体卡盘和框架，芯轴可旋转地支承在载体卡盘中，并且载体卡盘在框架中设置成可朝向或远离支撑辊移动，并且压纸辊设置成能够作用在幅材卷上。卷绕机还具有承载压纸辊的压纸辊横梁，并且压纸辊横梁设置成可在框架中移动，使得压纸辊可朝向或远离支撑辊移动。在本发明的方法中，检测压纸辊作用在幅材卷上的力。根据本发明，还检测芯轴作用在幅材卷上的力，并且基于机器速度、幅材厚度和基重(例如，纤维幅材的厚度和基重)的给定值连续计算幅材卷的重量。连续计算从压纸辊、芯轴和幅材卷的重量所得的合力，并与幅材卷与支撑辊之间的压区力(nipforce，夹力)的设定的期望值进行比较。这样的目的是查看计算出的合力是否与幅材卷与支撑辊之间的压区力的设定的期望值相匹配。当计算的合力与设定的期望值之间存在偏差时，移动载体卡盘和/或压纸辊横梁，直到消除偏差。
附图说明
图1是侧视图，其给出了卷绕机的基本示意性表示(representation，表达)，该卷绕机具有两个支撑辊、压纸辊和正在卷绕的幅材卷。
图2是卷绕机中力平衡的示意性表示。
图3是类似于图1的视图，但是还示出了框架、用于压纸辊的载体横梁和用于芯轴的卡盘。
图4是类似于图3的视图，但是移除了支撑滚筒和幅材卷以简化其他部件的表示。
图5是用于移动压纸辊和芯轴的致动器装置的可能实施例的示意性表示。
图6是幅材卷的尺寸如何随时间增大的示意性示出。
图7是可用于本发明的基本控制回路的示意性表示。
图8是可用于本发明的控制回路的另一实施例的示意性表示。
具体实施方式
参考图1，示出了用于卷绕纤维幅材的幅材卷2的卷绕机1。纤维幅材可以是纸幅(例如棉纸幅(tissuepaper，卫生纸幅))，其基重在15g/m2-40g/m2的范围内，但本发明也可用于其他纤维幅材。从图1可以看出，卷绕机1包括用于在卷取期间支撑幅材卷2的两个支撑辊3、4，以及用于卷绕幅材卷2的芯轴5。压纸辊8设置成压靠幅材卷2的与支撑辊或支撑滚筒3、4相对的侧面。参考图2，可以看出支撑辊3、4分别与正在卷绕的幅材卷2形成压区n1和n2。压区n1和n2中的压区力，即支撑辊3、4与幅材卷2之间的压区力在图2中分别表示为f1和f2。在卷绕期间，期望压区n1和n2中的力f1和f2可以保持在预定的期望值，使得卷绕操作的结果变得令人满意。本发明的目的是实现一种可以控制这些力的卷绕机。图2还示出了作用在幅材卷2上的其他力，包括来自压纸辊8的力fr、来自幅材卷2自身重量的力fw和将在下面进一步说明的力fc。这些力会随着幅材卷的尺寸增大而变化，但将会相互平衡。
现在参考图3，可以看到卷绕机放置在框架7中。压纸辊8设置成能够作用在正在卷绕的幅材卷2上并且由压纸辊横梁9承载，该压纸辊横梁9优选地设置成能够在框架中的竖直引导件(图中未示出)中滑动，使得压纸辊8可以朝向或远离支撑辊3、4移动。在芯轴5的每个纵向端部处，存在卡盘6，芯轴5被可旋转地支承在卡盘6中。尽管在图中仅示出了卷绕机1的卡盘6的一侧，但应该理解的是，卷绕机的相对侧看起来相同并且卷绕机的另一侧上将存在相同的部件。载体卡盘6设置成可朝向或远离支撑辊3、4移动。在本发明的实施例中，载体卡盘6具有支撑横梁6a，支撑横梁6a可以设置成能够在框架7中的竖直引导件中滑动。
参考图4，卷绕机1包括至少一个致动器10，所述致动器能够使压纸辊横梁9朝向或远离支撑辊3、4移动，并且至少一个致动器11设置成能够移动载体卡盘6朝向或远离支撑辊3、4。用于压纸辊横梁9和卡盘6的致动器10、11可以彼此独立地起作用，这将在后面参照图5进行说明。
如在图3和图4中可以进一步看到的，存在至少一个测力传感器12，其设置成检测压纸辊8和幅材卷2之间的力。在图3和图4中，测力传感器显示为设置在压纸辊横梁9上，但应该理解，它可以放置在其他位置。至少一个测力传感器13也放置在载体卡盘6上，并且所述至少一个测力传感器13设置成检测载体卡盘6作用在芯轴5上的力。原则上，可以想到测力传感器12、13仅放置在卷绕机的一侧上这样的实施例，但优选地，在芯轴5的每个轴向端部处具有至少一个测力传感器13，并且在压纸辊横梁9的每个端部处具有至少一个测力传感器12。还可以想到这样的实施例，其中仅一个测力传感器12用于压纸辊横梁9，并且这样的单个测力传感器可以放置在压纸辊横梁8的轴向端部之间的某个点处。多个测力传感器12也可以在沿着压纸辊8的轴向延伸部分的不同位置处放置在压纸辊横梁上。
继续参考图4，用于压纸辊8和载体卡盘6的测力传感器12、13连接到逻辑控制系统14，使得逻辑控制系统14可以接收幅材卷2和压纸辊8之间的力以及载体卡盘6作用在芯轴5上的力的测量值。
逻辑控制系统14被编程为基于机器速度以及正在卷绕的纸张的假定厚度和基重来计算幅材卷2的直径和重量。如下面将进一步说明的那样，逻辑控制系统14设置成控制用于压纸辊横梁9和载体卡盘6的致动器10、11。此外，逻辑控制系统14被编程为控制载体卡盘6和压纸辊横梁9的移动，使得从测力传感器12、13检测到的力和由计算出的幅材卷的重量产生的力的总和对应于幅材卷2与支撑辊3、4之间的力的设定值。逻辑控制系统14可以适当地包括计算机。
现在参考图4和图5，其示意性示出实现致动器10、11的一个可能实施例。螺纹杆15可以放置在框架7中并且可以固定在框架中(或者固定在一些其他物体中，例如机器地板上)。致动器10、11可以包括设计成与螺纹杆15相互作用的元件16、17。例如，元件16、17可以是具有与螺纹杆15相互作用的内螺纹的元件，使得元件16、17的旋转引起沿螺纹杆15的移动。致动器10、11紧固到/固定地连接到压纸辊横梁9和用于卡盘6的支撑横梁6a，并且致动器10、11可以彼此独立地被操作和控制，使得芯轴5和压纸辊8可以彼此独立地移动。如图5所示的装置可以用在卷绕机1的两侧，即在芯轴5和幅材卷2的每个轴向端部处。
应该理解的是，图5中所示的致动器装置仅是可独立操作的致动器10、11的一个可能的实施例。本发明所属领域的技术人员可以容易地想到其他可能的致动器。
本发明人已经考虑的一种替代可能性是，代替两个致动器10、11共用的固定螺纹杆15，可以存在用于压纸辊横梁9和用于卡盘的支撑横梁6a的单独的螺纹杆15。然后，可以通过旋转单独的螺纹杆来移动压纸辊横梁9和用于卡盘的支撑横梁6a。由于螺纹杆15是单独的，它们可以单独旋转并与固定元件16、17相互作用，使得支撑横梁6a和压纸辊横梁可以彼此独立地移动。具有用于压纸辊横梁9和支撑横梁6a的单独的螺纹杆15的实施例未在图中示出，但应从上面的说明中清楚了解到。在这样的实施例中，逻辑控制系统14可以设置和编程以控制螺纹杆15的旋转。
如果使用螺纹杆15的致动器方案被使用，则因此存在至少两个实施例，一个实施例是至少一个螺纹杆共用于压纸辊横梁9的致动器10和支撑横梁6a的致动器11。这可以称为“共用螺纹杆实施例”。另一实施例是存在用于压纸辊横梁9的一个或多个致动器10和支撑横梁6a的一个或多个致动器11的单独的螺纹杆的实施例，并且该实施例可以被称为“单独螺纹杆实施例”。在共用螺纹杆实施例中，如图4所示，在卷绕机的每一侧上可以有两个单独的螺纹杆，即总共四个螺纹杆15。然而，尽管两个螺纹杆(如图4所示)是优选的(因为提供了更好的控制)，但可以在每一侧仅使用一个螺纹杆15。在单独螺纹杆实施例中，在卷绕机的每侧上可以有四个螺纹杆，即总共八个螺纹杆15。
致动器10、11也可以采用其他形式。例如，它们可以是液压缸或可移动支撑横梁6a和压纸辊横梁9的任何其他类型的致动器。
借助于致动器10、11，可以使压纸辊8和卡盘6以及由此使芯轴5作用在幅材卷2上并使幅材卷2受到力。例如，压纸辊8可以或多或少地压靠正在增大的幅材卷2，这导致力fr作用在幅材卷2上(见图2)。以相同的方式，通过卡盘6的移动，芯轴5可以利用力fc作用在正在增大的幅材卷2上，力fc的方向可以与来自压纸辊的力fr的方向相反。这样，提升载体卡盘6可以减轻幅材卷2抵靠支撑辊3、4的压力。由于压纸辊9可以独立于芯轴5移动，因此可以独立地控制和改变压纸辊8与幅材卷2之间的压区力fr，这在许多实际应用中是可取的。
在卷绕机1的操作期间，载体卡盘6和压纸辊横梁9基于幅材卷直径的计算值相对于支撑辊3、4移动。参考图6，可以看出幅材卷2的直径如何随时间增大。图6示意性地示出了幅材卷2如何在时间t1处具有第一尺寸/直径。随着卷绕操作的继续，幅材卷2的直径增大并在时刻t2，直径增大。在图6中，半径显示为“x”，并且可以看出幅材卷的半径如何在时间点t1处具有半径x1以及半径如何在时间点t2处增大到x2。为了对此补偿，随着幅材卷2增大时，芯轴5和压纸辊8必须远离支撑辊3、4移动。由于芯轴5位于幅材卷2的中间，而压纸辊8位于幅材卷2的上表面，因此压纸辊8必须明显比芯轴移动得更多。应该注意的是，该移动通常是竖直移动并且在图中如此表示，但是可以想到不一定是这种情况的实施例。
现在参考图7，其中解释了逻辑控制单元14的基本控制回路。最初，支撑辊3、4与幅材卷2之间的压区力f1、f2的设定期望值被馈送到逻辑控制系统中。测力传感器12、13传递信号，这些信号表示压纸辊8作用在幅材卷2上的力和芯轴5作用在幅材卷2上的力的实际值。
继续参考图7，给定的机器速度，即纤维幅材的速度被馈送到逻辑控制单元中。该速度由图7中的箭头ws表示。由箭头wt表示的给定幅材厚度也被馈送到逻辑控制单元14。尽管未在图7中示出，但应该理解的是，纤维幅材的基重(即，每平方米克数)也已经被馈送到逻辑控制单元14中。基于机器速度和纤维幅材厚度的给定值，逻辑控制单元14能够连续计算幅材卷2的直径以及幅材卷2的重量。基于幅材卷2的计算出的直径，逻辑控制单元14可以向致动器10、11发送信号并使它们被激活以移动压纸辊8和芯轴5，以使其位置适应幅材卷2的变化直径。测力传感器12、13发送表示压纸辊8a和芯轴5作用在幅材卷2上的实际力fr和fc的信号。基于这些值，逻辑控制单元14现在可以计算幅材卷2的重量，从而也计算幅材卷2的重量所产生的并且朝向支撑辊3、4的方向作用的重力fw(参见图2)的力。逻辑控制单元现在可以根据简单公式fr+fw-fc比较力fr、fc和fw的总和，所得值应当与幅材卷2与支撑辊3、4之间的期望的压区力f1和f2匹配。当然，本领域技术人员将意识到，压区力f1、f2通常不会在与由压纸辊8、芯轴5和幅材卷2的重量产生的力完全相同的平面内作用，并且必须考虑到与力fr、fc和fw在同一平面内作用的力分量。由于这是本领域技术人员公知的基本数学问题，因此不需要对该方面进行详细讨论。
如果逻辑控制单元14发现存在偏差，即力fr、fc和fw与压区力f1和f2不匹配，则逻辑控制系统14将采取校正动作。例如，如果逻辑控制系统确定作用在幅材卷上的力fr、fc和fw的总和大于其应该匹配压区n1和n2的设定压区力f1和f2(参见图2)，逻辑控制系统14将得出结论：压区力n1和n2高于设定值。逻辑控制系统14然后可以通过命令致动器11在远离支撑辊3、4的方向上移动卡盘6(从而移动芯轴5)来纠正这个问题，以减轻压区n1和n2，使得压区力f1和f2减小。替代性地，致动器10可以由逻辑控制单元14激活，以使压纸辊8远离支撑辊3、4(图中竖直向上)移动，使得从压纸辊8抵靠幅材卷2的力减小。逻辑控制系统14还能够使压纸辊8和芯轴5远离支撑辊3、4移动，以减小幅材卷2与支撑辊3、4之间的压区力，直到达到力f1和f2的设定值。
类似地，如果到达逻辑控制单元14的、来自测力传感器12、13的读数表明作用在幅材卷2上的力fr、fc和fw的总和小于其为了匹配压区n1和n2的设定压区力f1和f2所应当具有的值，逻辑控制系统14将得出结论：压区力n1和n2低于设定值。这可以通过例如命令致动器10以使压纸辊8向下朝向支撑辊3、4移动以增大幅材卷2与支撑辊3、4之间的压区力f1，f2来抵消。替代性地，或者以这样的顺序结合，逻辑控制单元14可以命令致动器11以使芯轴5朝向支撑辊3、4移动，直到来自测力传感器12、13的读数表明已经达到幅材卷2与支撑辊3、4之间的压区力f1，f2的设定值。
现在参考图8，其中示出了逻辑控制单元14的不同控制回路。可能会发生幅材卷厚度的给定值不正确。在这种情况下，幅材卷2的实际直径将不是逻辑控制单元14计算的直径。然而，控制芯轴5和压纸辊8的移动的逻辑控制单元14将知道，芯轴5和压纸辊8的实际位置(因为逻辑控制单元14控制它们的位置)。因此，逻辑控制单元14还将期望来自测力传感器12、13的力读数在一定限度内并且将注意到偏差。例如，如果纤维幅材的厚度高于已经馈送到逻辑控制单元的假想值，则来自测力传感器12的力读数将高于应具有的力读数，这将产生误差。在图8的控制回路中，来自pid单元的信号不是简单地直接馈送到致动器控制器，而是直接馈送到指示pidthk的块单元。如果馈送到单元pidthk的信号指示错误，则该单元将厚度值重新计算为计算出的厚度值cwt。然后，进一步发送新的厚度值cwt，使得可以在处理中使用新的函数值。然后，逻辑控制单元14可以基于幅材厚度的新的值继续操作。
逻辑控制单元14因此被编程为计算压纸辊8与幅材卷2之间的力的预期值和载体卡盘作用在芯轴5上的力的预期值，这些预期的力值基于幅材卷2的计算直径。如果测量的力值偏离预期值，则逻辑控制单元可以重新计算幅材厚度的值。
尽管这里已经就卷绕机和卷绕方法描述了本发明，但应该理解，术语“卷绕机”和“卷绕方法”仅反映同一发明的不同方面，并且该方法可以包括将是操作本发明的卷绕机的必然结果的这些步骤，无论这些步骤是否已被明确提及。
由于本发明，可以实现幅材卷2与支撑辊3、4之间的压区力的有效控制。