CN1802301A - 带卷绕方法 - Google Patents

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Abstract

一种将连续供应的带(5)卷绕到卷筒(2)上的方法，其利用被旋转的卷筒(2)以及带(5)借助交叉卷绕装置(4)以卷绕角度(α)在卷筒(2)的整个长度上的往复卷绕，卷筒直径每次增加特定的值，卷绕比，即卷筒旋转圈数与交叉卷绕装置往复运动(来回行程)之间的比值，将逐级改变，使得卷绕比基本上以整数级逐级改变。

Description

带卷绕方法
技术领域
本发明涉及一种利用被旋转的卷筒将连续供应的带卷绕到卷筒上的方法，所述带借助交叉卷绕装置以一卷绕角度在卷筒的整个长度上的往复卷绕，其中卷筒直径每次增加特定的值，卷绕比，即卷筒旋转圈数与交叉卷绕装置的往复运动(来回行程)之间的比值，将逐级改变。
背景技术
在业内，这种卷绕连续供应的带的方法被称为“分级精密卷绕(stepped precision winding)”，例如，可以从DE 4112768 A、DE4223271 C1和EP 0561188中获知，后者对各种类型的卷筒形状作了详细说明。
在卷绕机中，带被卷绕到圆筒形或圆锥形的卷筒芯上，并且向卷筒芯供应带的速度相对恒定，因为该速度已经被设置在卷绕机的上游的制带机所预先确定。
卷筒的外观、强度和质量主要受下面参数的影响：
1)卷绕角度α，为卷筒的回转轴线的法线与供应到卷筒上的带的纵向之间的角度。
2)卷绕比V，为交叉卷绕装置的每个来回行程的卷筒旋转圈数。
卷绕角度α由所选择的卷绕比V产生。
分级精密卷绕是将供应的带如何卷绕到卷筒芯上的两种基本卷绕方法的混合，即“随机卷绕”和“精密卷绕”之间的混合。
随机卷绕的特征是卷绕角度α恒定，与之相反，卷筒旋转圈数与横向速度之间的比值可变(＝可变卷绕比V)。在图2的卷绕比/卷筒直径曲线图中，画出了卷绕角度α为4°、5°、6°的三条随机卷绕曲线。随机卷绕的一个优点是卷绕机的设计简单，如图3中的侧视图和俯视图所示。在最简单的例子中，其可以包括电机10来驱使驱动辊11，该驱动辊11相继与卷筒12的***接合，以恒定的圆周速度驱动该卷筒12，从而以恒定的线速度将带19卷绕起来。卷筒12的卷筒轴18可以设计成***。经过由滑轮15、16以及在这两个滑轮上滑动的传动带17所构成的传动机构，电机10以一定的方式驱使交叉卷绕装置13，使得横向带导向件14以恒定的行程速度(横向行程)来回移动，其中带19穿过该导向件14。因此，在卷筒12的圆周速度与横向带导向件14的横向行程之间具有固定的传动比，致使卷筒12上的带19的卷绕角度恒定。这意味着在向空的卷筒芯上进行卷绕时的卷绕过程的开始与在卷筒已经达到其最大直径时的卷绕过程的最后，卷绕角度相同。不利的是，随着卷筒直径的增大，每个卷绕层的卷绕数量因此随之逐渐减少，从而所得到的卷筒是上面的带材在每个卷筒直径上具有不同的包卷密度(packing density)。在卷绕过程中产生的另一不利结果称为“图案扩展(pattern development)”，其在卷筒直径与横向速度之间的特定比值时产生，由此，在那些比值时，多层细带(bandlet)几乎很准确地互相重叠，从而使得卷筒不牢固。因此，需要采用一些措施来产生“图案干扰(pattern interference)”，如摆动技术。
另一方面，精密卷绕的特征在于在卷筒直径增加的全过程中卷绕比恒定，这意味着卷绕角度将随着卷筒直径的增加而减小。在图2的曲线图中，卷绕比V＝35的精密卷绕以直线画出。精密卷绕的优点在于获得的卷筒上的带材在卷筒上具有恒定的包卷密度，而与卷筒直径无关。精密卷绕的缺点在于，从开始将带材卷绕到空的卷筒芯上的初始卷绕角度开始，卷绕角度将随着卷筒直径的增加而逐渐减小，最后将变的非常小(理论上接近于0)以至于卷筒变得不牢固。用于执行精密卷绕的卷绕机的设计如图4中的侧视图和俯视图所示。所述卷绕机包括用于旋转卷筒轴21的电机20。卷筒芯26以抗扭矩的方式安装在卷筒轴21上，带27被卷绕在该芯26上以形成卷筒22。交叉卷绕装置23通过正齿轮25与卷筒轴21连接。该交叉卷绕装置23装备有旋转/移动转换装置(未示出)，用于在横向行程使横向带导向件24往复运动。通过卷筒轴21的直接旋转驱动，电机20的转速必须随着卷筒22的直径的增加而稳定减小，因为待卷绕的带通过制带装置以恒定的线速度供应的。
为了减轻随机卷绕和精密卷绕的各个缺点以及组合它们的优点，在过去提出了“分级精密卷绕”。该卷绕方法所基于的原理是，卷绕比在卷筒的预定的极限直径之间保持恒定，并且一旦达到各个极限直径时则逐级变为不同的值，同时选择卷绕比的值，以使卷绕比的曲线在卷筒直径上基本跟随特定卷绕角度的随机卷绕的曲线。分级精密卷绕的优点在于，一方面，由于卷绕比的短暂变化提供了“图案干扰措施”，所以避免了“图案扩展”。
另一方面，即使卷筒直径增加，卷绕角度也不会变得明显小于初始卷绕角度。
虽然对于制造纱线卷筒来说分级精密卷绕能得到预期的较好结果，但如果通过分级精密卷绕来制造带卷筒则常常会产生意外的较差结果。那些带卷筒的不足包括从不规则从而产生难看的视觉外观，到卷筒变样，如褶皱、整个长度上的直径变化，从不规则的轴前部到不牢固的卷绕结构。
由于这种卷筒通常用在快速操作的机器如圆织机中，卷筒结构中的任何一个不规则都能导致致命的结果，其中最轻的结果将导致带从卷筒上拉下时发生破裂，而最坏的情况是将损坏机器的一部分。这种破坏是由不规则卷筒的质量不平衡而引起的在带被拉出时在带中逐渐累积的振动所导致。此外，如果带被快速拉出时不规则卷筒的温度将急剧上升，从而导致带材疲劳和弱化，尤其是当所述材料为定向塑料带时。
基于那些原因，在工业中强烈需要分级精密卷绕的改进方法。
发明内容
本发明提供这样一种分级精密卷绕的改进方法，其特征在于，卷绕比基本上以整数级逐级改变。发明人实际上已经披露，在分级精密卷绕过程中产生不理想的卷筒结构的原因是在于带的层图案的突然改变，这由卷绕比的逐级改变所导致，并表现为卷筒的整体结构上的不连续点。在想象的最差情况下，那些改变的层图案将累积并导致上述不规则或不相等的包卷密度。但是，由于采用本发明的措施，层图案将保持基本不变，即使卷绕比逐级改变，从而获得的卷筒具有极好的结构，即规则的外观和高的包卷密度。卷绕比基本上以整数级逐级改变是表示对于每次改变来说，卷绕比的小数点后面的部分最多改变0.1，优选的是最多改变0.03，更优选的是最多改变0.01。
根据本发明的优选实施例，对于卷绕比的每次改变，所述比值的小数点后面的部分所改变的程度使得与下面的带的路径的部分重叠恒定，如下面通过实施例的方式所述。以此方式，能得到特别稳定的卷筒结构。
如果卷绕比是整数，即如果卷绕比没有小数点部分，则卷筒上将产生图案扩展。为了消除这种图案扩展，使卷筒结构稳定，本发明进一步提出，选择卷绕比以使它们的小数点后面的部分至少是两位数。此外，对于塑料带的卷筒来说，优选的是选择接近0或0.50或0.33或0.25的卷绕比，由此在横向带导向件的一个、二个、三个或四个来回行程之后，卷筒的前侧的带的反向点(reversalpoint)在结束时将会彼此接近。根据待卷绕的带的宽度，改变卷绕比以便分别建立或保持向前或向后移动的带卷绕。
此外，特定的卷绕角度范围能够根据各个带的宽度和它们的材料性质而根据经验来指定，该范围能提供尽可能最佳的卷筒结构。为了得到该尽可能最佳的卷筒结构，改变卷绕比以便得到的卷绕角度保持在所述预定范围内。例如，对于宽度在2和10mm之间的定向塑料带而言，4至6°的卷绕角度范围被证明是有益的。
根据本发明，为了能按照需要的精度调节卷绕比，已经证明，如果卷筒通过独立的电机驱动，并且交叉卷绕装置也通过独立的电机驱动，并且卷绕比的改变通过逐级改变这两个电机的速比来电子化执行，则证明是有益的。被构造成带有变频器的多相电流驱动装置或者直流驱动装置的电机被控制得非常良好。
此外，从线性的带的速度与卷筒旋转圈数之间的差异比较，能够以较高的精度计算出瞬时卷筒直径。
附图说明
通过示例性的实施例，下面将参照附图更详细地解释本发明。在附图中：
图1显示了用于实施根据本发明的方法的卷绕机的基本设计；
图2显示了曲线图，其中在卷筒直径上画出卷绕比的曲线，其针对卷绕角度α＝4°、α＝5°和α＝6°的三个随机卷绕，精密卷绕V＝35，以及分级精密卷绕SPW；
图3显示了根据现有技术用于产生随机卷绕的最简单图解的卷绕机；
图4显示了根据现有技术用于产生精密卷绕的最初的图解的卷绕机；
图5显示了卷筒的前侧的带材的反向点的位置；
图6至图9显示了重叠带路径的不同结构；以及
图10和图11分别显示了带材的向前和向后运动卷绕。
具体实施方式
如图1的简化图示，用于实施根据本发明的方法的卷绕机，具有至少一个在旋转轴承中的可驱动的卷筒轴1，但通常是多个。卷筒芯(未示出)以抗扭矩(torque-proof)的方式被连接到卷筒轴1，带材5卷绕在该芯上。带材5从制带装置以基本恒定的线速度供应。这种制带装置本身是已知的，并且不是本发明的一部分，因此不需要作进一步说明。每个卷筒轴1或者建立在卷筒芯上的带卷筒2分别通过接触辊3驱动旋转，该接触辊由电机M1驱动而可以围绕其自身轴线回转，并与卷筒2在***接触。此外，设置有可以沿着卷筒轴的长度方向前后运动的交叉卷绕装置4，该交叉卷绕装置4具有凸耳状的横向带导向件6，带5则穿过该导向件6，并且该导向件6将带5以卷绕角度α供应给卷筒2。因此，卷绕角度α被定义为所供应的带5与卷筒轴线A的法线S之间的角度。卷绕长度L是带5卷绕在卷筒轴1上的的轴向长度。换言之，卷绕长度L等于卷筒长度，并且两个卷绕长度等于交叉卷绕装置4的一个来回行程的长度。
卷绕机通过分级精密卷绕方法操作。这表示，从初始卷绕角度开始，在将带卷绕到卷筒芯上时首先保持特定的卷绕比(因此要改变卷绕角度)。如果卷筒的直径达到预定值，则卷绕比将被逐级调节到新的值，该新的值随之将被一直保持直到卷筒直径增加达到另一预定值，于是卷绕比将再次被逐级调节到新的值。
卷绕比通过“电子齿轮”进行调节，即电子调节电机M1的速度与电机M2的速度之间的比值，电机M1用于驱动卷筒2，电机M2用于往复移动交叉卷绕装置4。反复地，在达到特定直径时，通过使横向电机M2的速度发生改变，这两个电机的实际“传动比”被电子化地逐级改变。优选的是，电机M1、M2是带有变频器的多相电流驱动装置或者是直流驱动装置。
瞬时卷筒直径，例如，可以通过对线性的线的速度和卷筒的旋转的圈数之间的差异比较而计算出来。
在图2的曲线图中，曲线SPW表示分级精密卷绕的渐进过程，其中根据本发明，卷绕比基本上以整数级逐级改变。从开始将带卷绕到直径为45mm的卷筒芯上开始，首先保持预定的卷绕比V＝30.557直到卷筒直径达到50mm，然后将卷绕比V调节到27.551直到卷筒直径达到55mm，然后将卷绕比V改变到24.546。每当卷筒直径增加5mm，便发生卷绕比的逐级改变，直到直径为95mm(V＝13.525)。然后，卷绕比只在卷筒直径每增加10mm时才改变，从卷筒直径为125mm时开始，卷绕比只在卷筒直径每增加15mm时才改变，并且然后从卷筒直径为155mm时开始，卷绕比最后只在卷筒直径每增加20mm时才改变。从图2的曲线中可以看出，曲线SPW的整个路线位于由卷绕角度分别为α＝4°和α＝6°的随机卷绕的曲线所设定的限制之间，即卷绕角度虽然在分级精密卷绕中发生改变，但是仅仅在很小的带宽4和6°内改变。实际上，曲线SPW的路线大致上跟从α＝5°的随机卷绕的路线，但还没有达到相重合的程度，如果仅仅就片断而言，所述曲线或路径与之平行，因为在该片断内卷筒将表现出随机卷绕的特性，且具有相关的问题“图案扩展”。表1显示了曲线SPW的卷绕比，其中在第1列显示了各个卷筒直径，对应该直径卷绕比改变为第2列中显示的值。第3列显示卷绕比的小数点前面的部分，其表明卷筒在交叉卷绕装置的每个来回行程中旋转了多少整圈。第4列显示卷绕比的小数点后面的部分，由此可以计算出在第6列中显示的位差角，其表明在交叉卷绕装置的来回行程中带的反向点(reversal point)相对于之前的反向点移动了多少角度。另一方面，第5列显示连续卷绕比之间的小数点后的差值。可以看出，所述小数点后的差值在千分之几的范围内，即卷绕比的改变主要是整数。
  卷筒直径(mm)   卷绕比   小数点前面的部分   小数点后面的部分   小数点后面的差值   位差角(°)
  45   30.557   30   0.557   200.52
  50   27.551   27   0.551   0.006   198.36
  55   24.546   24   0.546   0.005   196.56
  60   22.542   22   0.542   0.004   195.12
  65   20.538   20   0.538   0.004   193.68
  70   18.534   18   0.534   0.004   192.24
  75   17.533   17   0.533   0.001   191.88
  80   16.531   16   0.531   0.002   191.16
  85   15.529   15   0.529   0.004   190.44
  90   14.527   14   0.527   0.002   189.72
  95   13.525   13   0.525   0.002   189
  105   12.523   12   0.523   0.002   188.28
  115   11.522   11   0.522   0.001   187.92
  125   10.52   10   0.52   0.002   187.2
  140   9.518   9   0.518   0.002   186.48
  155   8.516   8   0.516   0.002   185.76
  175   7.514   7   0.514   0.002   185.04
                             表一
为了消除“图案扩展”，选择所有卷绕比的小数点后面的部分，使得在每种情况下至少有二个小数位；实际上，除了在卷筒直径达到125mm的区域之外，卷绕比甚至都有三个小数位。小数点后面的部分接近0.5(实际上是在0.557和0.514之间)，从而在交叉卷绕装置的两个来回行程之后，带的反向点最后将再次落在之前的反向点附近。卷绕比的小数点后面的部分的进一步优选数值范围是接近0或0.33或0.25。但那些数值本身不被采用，因为如果采用那些数值，则分别在交叉卷绕装置的每个来回行程或者三个或四个来回行程之后会发生图案扩展。为了更好地理解卷绕比的小数点后面的部分与位差角之间的相互关系，在图5中以主视图示意性图解了卷筒2，该卷筒包括以卷绕比卷绕在卷筒芯8上的带材，该卷绕比的小数点后面的部分稍微大于0.25，如0.26。由此，能够计算出稍微大于90°的位差角。从表示带卷绕的反向点点30开始，带材在交叉卷绕装置的每个来回行程卷绕在卷筒上的方式是，反向点在卷筒圆周上将移动大约90°，从而产生的反向点的顺序是30→31→32→33→34，如虚线箭头所示。可以看出，反向点34接近反向点30，即在交叉卷绕装置的四个来回行程之后带层最后将彼此靠近。
此外，优选的是，调节卷绕比，使得在每种情况下都使得待卷绕的带与下面的带轨迹的部分层叠恒定。如果带卷绕在卷筒上，则后面叠加的带的轨迹的布置如图6至9所示能显现出来。除了卷绕比以外，那些布置取决于卷绕角度α、带5的宽度b和它们的轴向移位d。在图6中，带准确地边靠边设置。在图7中，带间隔开布置。在图8和图9中，带轨迹部分重叠，如本发明的优选方案。在图8中，这会产生带材的向后移动卷绕，并且在图9中，产生带材的向前移动卷绕。
在根据本发明的卷绕方法的优选实施例中，每次改变卷绕比，所述比值的小数点后面的部分将被改变到这样一种程度，即与下面的带的轨迹的部分重叠恒定。轴向移位d与卷绕比V之间的比值可以通过下面的公式确定：
V = n a × 2 L × ( V z + 1 / n a ) n a × 2 L - d
其中：
V＝卷绕比(例如四舍五入成四个小数位)
VZ＝卷绕比数(整数，选择的卷绕比V的小数点前面的部分)
na＝缠绕数(tie number)(整数，来回行程的数量，假设定义的移位d发生在来回行程上)
L＝以毫米表示的卷筒的卷绕长度(2L→来回行程)
d＝以毫米表示的移位(沿着卷绕轴线)
通过上述公式，本领域的技术人员从理想的移位d能得出卷绕比V，因此该卷绕比V是必须的。在实践中已经证实，对于设计出具有优异稳定性的卷筒而言，选择移位d使细带(bandlet)的重叠能暴露大约1/2细带宽度b(见图8和图9)，是有益的。移位的负代数符号表示“前移”卷绕。
在带材的“前移”卷绕的情况下，被卷绕在卷筒2上的带5位于卷筒2上的带材5a的前面，卷筒2沿箭头9的方向旋转，如图10所示。在带材的“后移”卷绕的情况下，被卷绕在卷筒2上的带5位于卷筒2上的带材5a的后面，卷筒2沿箭头9的方向旋转，如图11所示。然而，带材的前移和后移卷绕不仅影响相邻层。根据本发明，同样优选的是，在达到直径极限时，卷绕比总是以这样的方式改变，即通过所述逐级改变，同样产生或保持带材的前移或后移卷绕。这还表示，位差角的改变使得位差角或者越变越大，或者如表1中所示越来越小，从而得到特别规则的卷筒结构。
上述公式还可以改写成下面的公式，于是通过已知的卷绕比能计算出移位d：
d = n a × 2 L - n a × 2 L ( V Z + 1 / n a ) V

Claims (10)

1.一种将连续供应的带(5)卷绕到卷筒(2)上的方法，其利用被旋转的卷筒(2)以及所述带(5)借助交叉卷绕装置(4)以卷绕角度(α)在卷筒(2)的整个长度上的往复卷绕，其中卷筒直径每次增加特定的值，卷绕比，即卷筒旋转圈数与交叉卷绕装置的往复运动(来回行程)之间的比值，将逐级改变，其特征在于，卷绕比基本上以整数级逐级改变。
2.如权利要求1所述的卷绕方法，其特征在于，卷绕比每次改变时，所述卷绕比的小数点后面的部分所改变到的程度使得与下面的带轨迹具有恒定的部分重叠。
3.如权利要求1或2所述的卷绕方法，其特征在于，卷绕比的小数点后面的部分至少是两位数，且优选接近0或0.50或0.33或0.25。
4.如权利要求1至3中任一项所述的卷绕方法，其特征在于，卷绕比被改变于是产生向前或向后移动的带卷绕。
5.如权利要求1至4中任一项所述的卷绕方法，其特征在于，卷绕比被改变于是得到的卷绕角度(α)将停留在预定的带宽内。
6.如权利要求1至5中任一项所述的卷绕方法，其特征在于，卷筒(2)是由独立的电机(M1)驱动，并且交叉卷绕装置(4)也是由独立的电机(M2)驱动，并且卷绕比的改变是通过逐级改变这两个电机的速比来电子化执行。
7.如权利要求6所述的卷绕方法，其特征在于，电机(M1、M2)是带有变频器的多相电流驱动装置或者是直流驱动装置。
8.如上述权利要求中的任一项所述的卷绕方法，其特征在于，瞬时卷筒直径从线性带速度与卷筒旋转圈数之间的差异比较来计算出。
9.如权利要求2所述的卷绕方法，其特征在于，选择能使恒定的部分重叠达到理想程度的轴向移位d，并且从下面的公式中计算出卷绕比：
V = n a × 2 L × ( V 2 + 1 / n a ) n a × 2 L - d
其中：
V＝卷绕比(例如，四舍五入到四个小数位)
VZ＝卷绕比数(整数，选择的卷绕比V的小数点前面的部分)
na＝缠绕数(整数，来回行程的数量，假设定义的移位d发生在所述来回行程上)
L＝以毫米表示的卷筒的卷绕长度(2L→来回行程)
d＝以毫米表示的移位(沿着卷绕轴线)
10、如权利要求9所述的卷绕方法，其特征在于，根据卷绕角度(α)，选择n移位d以暴露大约1/2细带宽度b的带的重叠。
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