监测流体操动式辊子装置的密封元件的方法以及辊子装置

摘要

本发明涉及一种方法和一种流体操动式辊子(4，19，42)，其中对密封元件(11，12，28，29，47)加载承压的操作流体，其中，通过压力阀(17，30，48)来影响操作流体的压力，并且为了检测所述密封元件(11，12，28，29，47)的磨损，对流过压力阀(17，30，48)的操作流体体积流量进行检测。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对流体操动式辊子的密封元件进行监测的方法，在该方法中，对密封元件加载承压的操作流体，其中通过压力阀来影响所述操作流体的压力。此外，本发明还涉及一种带有内部推移升程和/或挠曲补偿(mit innerem Hub und/oderDurchbiegungsausgleich)的流体操动式辊子，其包括：至少一个具有密封元件的流体支撑元件和/或至少一个具有密封元件的压力室，以及至少一个压力阀，借助该压力阀能够影响对至少一个支撑元件和/或至少一个压力室所加载的压力。

背景技术

带有内部推移升程和/或挠曲补偿的流体操动式辊子通常在辊子内部设置有动态密封元件。特别是压缩的气体或者承压的液体，尤其液压流体，能够提供流体压力。对于加热的、挠曲可控的辊子，也使用热油。

这种带有内部推移升程和/或挠曲补偿的辊子通常构造为所谓的“柱塞支撑辊(stempelgestützte Walzen)”或者构造为所谓的“浮动辊(schwimmende Walzen)”。它们通常包括一固定的支承架，在该支承架上可旋转地安装支承一辊套。

对于柱塞支撑辊，通常沿着支承架长度方向分布设置有多个在支承架上受径向引导的、按活塞/缸单元型式构造的支撑元件。动态密封元件由活塞密封件构成，此密封件在为接纳活塞而设于支承架中的缸腔内密封所述活塞，以防输送给该缸腔的操作流体流出。例如由DE 295 03 126 U1已知这样一种辊子。

对于浮动辊，通常在支承架与辊套之间设置有一压力室，该压力室被加载以操作流体，使得能够将液压支撑力从支承架传递到套上。该压力室，下文也称为“第一压力室”，经由纵向密封(件)和端部密封(件)相对一泄漏室得以密封，该泄漏室在下文也称为“第二压力室”。所述纵向密封和端部密封构成动态密封元件。例如由WO 2004/097110 A1已知这样一种辊子。

针对这种辊子的无故障运行，必要的是：动态密封元件中通常出现的泄漏不超过一最大容许限度。该最大容许限度主要也取决于提供流体压力的装置的有效功率。在这种辊子的运行当中，通常需要能够将该辊子以一定作用力针对一个配对工具定位靠置，该配对工具通常同样构造为辊子。该作用力也称为线力。在泄漏变大时，就增加为保持所述线力而必须输送给柱塞支撑辊缸腔或者浮动辊第一压力室的操作流体量。如果不能提供该操作流体量，例如因为为此而设的液压泵有效功率不够，那么随之必然出现相应缸腔中或者相应第一压力室中的压力下降。因此线力特性和/或线力总体上发生改变，由此，紧接着便可能导致生产故障。若缸腔或者第一压力室中的操作流体压力继续下降，那么在极端情况中这甚至会导致旋转的辊套与支承架发生机械碰撞，于是可能导致辊子损伤，甚至毁坏。再者，特别是辊表面也可能由于线力分布不均匀而受损。

动态密封元件的磨损通常随着运行时间增长而增大。另外，意外的污染也可能导致动态密封元件的密封功能受损，从而，对所能达到的运行时间的预测实际上并不可靠。特别是对于加热的浮动辊-其中为了提高辊套温度而对操作流体进行预热，可能发生由温度引起的不希望有的沉积，该沉积妨碍了密封元件的密封作用和/或增大了其所必需的调整运动的难度。此外，例如为提供操作流体而设置的液压泵的功率出现非预期下降，也会引发上述后果。

实践中已经表明：伴有上面举例所说后果的压力损失经常会突然、意外地在一定程度上发生，而导致停产。在此情况下，首先需要进行复杂的故障排查。通常，首先要排除调节路径中的部件故障，调节路径对于提供所期望压力和所需量的操作流体是必要的。通常，必须检查IP转换器、减压器、调压阀、伺服阀等等。只有当确证排除了调节路径部件中的故障时，才能够推断出压力损失的原因是在动态密封元件中。然后，为了准确地确定和消除故障，必须拆除辊子，并装上备用辊。如果是涉及加热的辊子，那么通常还必须泄放出载热流体(大多数情况下即为操作流体)。换辊所需的辅助设备如工具、运送设备和备用辊必须要先准备好。因此，伴随着突然出现意外泄漏而来的，往往是长时间的停机和停产。

可以通过不同方式来实现对这种辊子加载承压的操作流体：

1.在进流(Vorlauf)中压力调节：在此，向柱塞支撑辊的缸腔或者浮动辊的第一压力室输送一个已经调节的压力。对于柱塞支撑辊，泄漏通常对应于活塞密封的泄漏和支撑元件与辊管之间的泄漏的总和。对于浮动辊，泄漏通常对应于压力室的端部密封和纵向密封的泄漏总和。特别是可以经由各种不同阀门来进行压力调节。例如首先应该提到的是比例阀。如果使用所述比例阀，那么就测量油压、将测得的实际值与一个预先给定的额定值进行比较并以实际值/额定值之差加载于操控比例阀的控制模块。所述控制模块基于该差值(也称为调节偏差)改变用于比例阀的调整信号。如果使用例如气动压力调节器，那么就可以例如通过设备控制系统从测得的实际值/额定值之差中确定一空气压力，该空气压力由IP转换器提供并输送给气动压力调节器。

2.在回流(Rücklauf)中压力调节：特别是对于加热的浮动辊，从第一压力室在回流中实施压力调节已证明为可行。在此，尽可能恒定的(例如由一液压泵提供的)操作流体体积流量首先被输送给第一压力室，流过该第一压力室，接着流过一个压力阀(经过该压力阀，直接或者间接可调的压力便下降了)，最后流过第二压力室(也称为“泄漏室”)。这样的阀门原则上可以是任何适于通过改变节流横截面来产生压降的构件。特别优选地，所述阀门是一种气动运行的压力调节器，它使一个特别是可通过设备控制系统预先给定的气动压力与辊子体积流量中的压降保持平衡。所述压力调节器在下文也称为“压差调节器”。原理上相当的压力调节也在所谓的“CS辊子”中得到应用。这种CS辊子具有两个第一压力室，该第一压力室分别具有一个进流和一个回流。每个回流都经过一压力阀。从压力阀流回的操作流体与可能存在的泄漏流合并到一起。

发明内容

本发明的目的是提供一些应对措施，通过采取该措施，大大降低辊子由于突然压力损失而出现意外故障的风险。

此目的通过具有权利要求1所述特征的方法和通过具有权利要求8所述特征的辊子得以实现。从属权利要求的内容是本发明方法和本发明辊子的一些优选发展设计。

在本发明的方法中，直接检测流过压力阀的操作流体体积流量，或者测量能够从中推断出流过压力阀的操作流体体积流量的参量。对所述体积流量或所述参量的检测连续地或者以某种预先给定的时间间隔进行。从测得的体积流量的时间变化曲线中，推断出密封元件的状态。对于在进流中压力调节的情形，可以将体积流量的上升评价为泄漏变大的提示，对于在回流中压力调节的情形，可以将体积流量的下降评价为泄漏变大的提示，并且应该对辊子或者其密封元件进行检修。

如果在流体操动式辊子开始运转时意外地未建立起为此所需的操作流体压力，则可以基于按照本发明对流过压力阀的操作流体体积流量的检测来确定：是否在提供承压操作流体方面存在缺陷(例如压力调节器、泵等的功能故障)，若情况如此，将会检测不到体积流量或者只检测到突如其来的低的体积流量；或者，是否未建立起压力的原因应归于损坏的密封元件，若情况如此，在进流压力调节之情形中将会检测到突如其来的高的体积流量，而在回流压力调节之情形中将会检测到突如其来的低的体积流量。故障排查可以包括：首先确定压差调节器是否工作；或者例如是否提供了不正确的控制压力；或者调节器中是否存在机械故障。例如可以通过位移传感器在下述方面对此进行判断：阀门完全不动，或者贴靠在一终端止挡上。

例如，可以借助流量传感器来直接检测流向柱塞支撑辊的液压支撑元件或者流向浮动辊的第一压力室的体积流量。为此可以将所述流量传感器接入操作流体的供应管路中。

作为备选或补充方案，同样也可以监测压力阀的阀位并且从阀位中推断出体积流量。为此，可以对阀位进行观测或者将其换算成一个与体积流量成比例的评价参数。

对于浮动辊，通常将操作流体的体积流量首先输送给辊子的第一压力室、然后输送给压力阀以及最后输送给辊子的第二压力室(也称为泄漏室)，其中利用压力阀来调定第一与第二压力室之间的压差。由于通常是给辊子输送一个几乎恒定的操作流体体积流量，因此，可以检测回流中的阀位，以检测第一与第二压力室之间的泄漏上升，其表明密封元件的磨损增大。如果为了保持必要的压差而要关闭该阀门，那么就可以推断出内部泄漏上升。

作为备选或补充方案，同样可行的是，如果第一和第二压力室中的压差与压力阀的阀行程相关，则测量该阀行程并将其与预先给定的一个阀行程进行比较。从非预期的差值中又可以推断出第一与第二压力室之间泄漏上升和密封元件磨损。

作为备选或补充方案，同样也可以测量流入缸腔中或者一个或多个第一压力室中的操作流体体积流量。对于在回流中压力调节的情形，测量从一个或多个第一压力室中流出的体积流量。

所述带有内部推移升程和/或挠曲补偿的流体操动式辊子包括：至少一个具有密封元件的流体支撑元件和/或至少一个具有密封元件的压力室；以及至少一个压力阀，借助该压力阀能够影响对至少一个支撑元件和/或至少一个压力室所加载的压力，根据本发明，该辊子包括能够借以检测流经压力阀的操作流体体积流量的装置。依据对体积流量的检测，通过与参考值(所述参考值例如储存在一个电子数据存储器中)进行比较，便能够推断出密封元件的磨损发展状况。

所述能够借以检测流经压力阀的操作流体体积流量的装置优选包括至少一个流量计。

作为该流量计的补充或者备选方案，所述能够检测流经压力阀的操作流体体积流量的装置可以包括用于检测一测量参量的测量设备，从该测量参量中可以推断出操作流体的体积流量。

本发明的流体操动式辊子优选包括第一和第二压力室并且构造为，使操作流体首先流过第一压力室、然后流过第二压力室。优选地，所述压力阀构造为压差调节器，该压差调节器的作用是：将操作流体送往与第二压力室(也称为“泄漏室”)相比处于更高压力的第一压力室。压差调节器优选包括一个可从关闭位置中位移离开的阀体。从关闭位置位移离开的距离称为阀行程。于是优选所述辊子还包括一压差测量装置，其检测第一和第二压力室中存在的流体压力之差。

那么，特别优选的是，设置有位移传感器，该位移传感器检测所述阀行程。如果阀行程发生改变以保持第一和第二压力室中操作流体的压差，那么这就能够表明泄漏情况有改变，因此作为结果便能够推断出密封元件的状态。

作为备选或补充方案，这种辊子可以包括一流量计，借助该流量计可以直接检测流入一个或多个第一压力室中的操作流体体积流量和/或检测流过第二压力室的操作流体体积流量。测得的流量升高便表明密封元件的磨损在加剧。若所述辊子具有能够借以检测从第一压力室中流出的体积流量的流量计，那么测得的流量下降则表明密封元件的磨损在加剧。

所述流量计可以(如特别优选地)包括文丘里喷嘴、测量孔板、标准喷嘴和/或皮托管，并且以适当方式整合在由操作流体通流的管路中或者连接于该管路。

附图说明

现借助纯示意性的附图进一步说明本发明。附图中：

图1示出双辊压光机，其带有属于现有技术的辊子，该辊子部分剖视示出；

图2示出本发明辊子的第一实施例的部分区域，也是部分剖视示出；

图3在与图2相当的示图中示出本发明辊子的第二实施例，以及

图4在与图1相当的示图中示出双辊压光机，其具有本发明辊子的第三实施例。

具体实施方式

在图1中作为整体以K1标记的压光机包括一压光机基架1，辊子2经由滚动轴承3可围绕轴线A1转动地安装支承在该压光机基架中。

压光机K1此外还包括辊子4，该辊子构造为浮动辊。它包括一个抗扭支承的支承架5，该支承架经由升降缸6安装支承在压光机基架1上，可移向辊子2以及从该辊子移离。

辊子4此外还包括辊套7，该辊套经由滚动轴承8可围绕轴线A2旋转地安装支承在支承架5上。

在图1示出的工作位置中，辊子4处于相对辊子2定位靠置的状态，辊套7与辊子2构成一个辊间隙9，在运行过程中，例如由纸、无纺布、纺织品或者薄膜构成的料幅被引导穿过该辊间隙，用以对其进行处理。

为了能够抵消由于自重以及特别是由于辊间隙9中作用到辊套7上的力而导致的辊子2在滚动轴承3之间的挠曲和辊套7在滚动轴承8之间的挠曲，辊子4被构造为所谓的“浮动辊”。它包括第一压力室10，该第一压力室在朝向另一辊子2的那侧构成在支承架5与辊套7之间。第一压力室经由构造为纵向密封11和端部密封12的密封元件相对第二压力室13得以密封，该第二压力室也称为“泄漏室”。

支承架5具有从两端侧通入第一压力室10中的第一通道14和从端侧通入第二压力室13中的第二通道15。

设置有一液压泵P，该液压泵经由供应管路16与在图1右侧示出的第一通道14相连。它用于以恒定的体积流量向第一压力室10输送一种操作流体，例如液压油。操作流体从压力室10经由在图左侧示出的第一通道14到达一个构造为压力调节器17的压力阀，并从该压力阀到达图1左侧示出的第二通道15。操作流体通过此通道被引向第二压力室13，从该第二压力室经由图1右侧的第二通道15和管路18到达操作流体的无压贮器R中。压差调节器17促使流经它的操作流体压力下降，从而使第一压力室10中操作流体保有的压力比在第二压力室13中更高。按如下方式来选择利用所述压差调节器17确定的压差，即，使得在第一压力室10中从内部作用到辊套7上的压力导致：作用于辊套7上指向支承架5的重力和线力(来自辊间隙)以及辊子2的挠曲得到补偿，从而使辊间隙9在其长度(全长)上具有至少基本恒定的间隙高度。

压差调节器17是气动操控的。所施加的气动控制压力PS的高低就是在第一压力室10与第二压力室13之间所期望的压差的额定值的量度。在辊子4运行中，控制压力PS由设备控制系统PLC预先给定。在运行中对升降缸6加载的压力也由设备控制系统PLC预先给定，为的是能够以此将辊间隙9中存在的线力调定到所期望的值。

图1中示出的辊子4实施例另外还包括一压差计50，借助该压差计检测在所述压差调节器17处下降的压差值Pdiff。实际压差值的非预期下降可表明：有更多的操作流体从第一压力室10绕过压差调节器17到达第二压力室13中，并且可能意味着密封元件完全损坏，这可能需要立刻将压光机关停。

在图2中部分地示出了一个根据本发明进一步发展的辊子19的实施例。该辊子19也是一浮动辊，其包括一个抗扭支承的支承架20和一个可旋转地围绕该支承架安装支承的辊套21。在辊子19中，辊套21安装支承于支承架20的外侧。为此，在支承架20上设置有一轴承罩(Lagerdom)22，该轴承罩包括一个直径扩大的区域23。在该区域23中设置有一滚动轴承24，该滚动轴承从外部作用到辊套21的一个直径较小的区域25上。

辊子19也包括第一压力室26和第二压力室27，该第二压力室也称为泄漏室。第一和第二压力室26、27则又是构造在支承架20与辊套21之间，并且经由包括纵向密封28和端部密封29的密封元件彼此隔开。

在图2中只表示出了所述辊子的左侧区域，在该区域设置有一压差调节器30。不言而喻，在图中未表示出的辊子19右侧区域能够以相似方式构成并安装支承于所述支承架的外侧。只是未设置压差调节器，而操作流体被输送给第一压力室26并从第二压力室27排出，例如，正如参照图1所说明的那样。

下面将对本发明这种辊子的压差调节器30的构造设计和作用原理进行说明：

压差调节器30包括一阀体31，该阀体包括第一阀盘32、第二阀盘33和将两阀盘32、33相互连接的连接构件34。第一阀盘32设置在一气动缸35中，可以对该气动缸加载一个作用于第一阀盘32上的控制压力PS。在图2示出的实施例中，气动压力产生一个将阀体31压向右方的作用力。阀体31设置为沿着其连接构件34的纵向方向可相对支承架20和轴承罩22移动。在支承架20中设置有一通道36，该通道通入第一压力室26中并且在该通道中保有操作流体，此通道中的操作流体具有在压力室26内所存在的压力PD。所述通道36在其另一端通入一个液压室37中，该液压室可以通过第二阀盘33关闭或者开启。在开启的状态中，液压室37与通入第二压力室27中的回流通道38流体连接。

阀体31、气动缸35和液压室37设计为，当由第一压力室26中的液压压力PD作用到第二阀盘33上的力小于基于气动控制压力PS作用到第一阀盘32上的力时，使第二阀盘33将液压室37向外特别是相对回流通道38关闭。若现在(正如同样在图1示出的实施例中那样)将操作流体例如以恒定的体积流量输送给第一压力室26，那么在第一压力室26中以及因此在液压压力室37中便建立起一液压压力，该液压压力上升，直至阀体31克服由控制压力PS作用到第一阀盘32上的力而将液压压力室开启、且操作流体能够通过回流通道38进入第二压力室27中、并从该第二压力室到达无压的操作流体贮器中。因此，通过改变控制压力PS便能够影响第一压力室26中和第二压力室27中操作流体的压差Pdiff。

正如由上述作用原理并参见图2可以清楚得知的那样，第一压力室26与第二压力室27之间泄漏增加会导致：阀体在恒定的控制压力PS下向右移动，以保持两个压力室中所存在的压差PDiff。在图2示出的本发明辊子的实施例中，为检测这一运动，而设置有一位移传感器39，利用该位移传感器可以检测出阀行程H或者说阀体31的相应位置。所述位移传感器39的工作原理例如可以是感应式的，其执行机构可通过一弹簧来调节定位。相应于此，其输出信号HS(该输出信号表征相应的阀行程特性)同样可以是模拟的，例如作为处于毫安范围内的电流，其大小取决于阀行程。

因而，通过监测所述位移传感器39的输出信号HS，便能够通过测量阀行程来探测出第一与第二压力室26、27之间泄漏的升高状态，由此可以推断出那些将第一和第二压力室26、27相互隔开的密封元件的磨损加剧情况。

图3中以与图2相当的示图表示出了本发明辊子的第二实施例。下面只描述第二实施例与第一实施例的不同之处。为避免重复，可参照针对图2实施形式的详细说明。同样的附图标记表示相应的构件。

与辊子19不同，在图3示出的辊子40中并不检测阀行程H或者说压差调节器30阀体31的阀位，而是测量流过通道36(该通道将第一压力室26与压差调节器30相连)的操作流体流量。为此而设置有一流量计51，该流量计在通道36中包括一个横截面收缩部，其形式上为文丘里喷嘴41。测量所产生的压差PA/PB，该压差是由于横截面缩小之故而相对未变细的通道中的压力所产生的，通过这种方式可以检测出流过通道36的体积流量V。若该体积流量非预期地下降，那么也可以推断出第一与第二压力室之间泄漏升高，以及推断出那些将第一和第二压力室26、27相互隔开的密封元件磨损在加剧。

图4中以与图1相当的示图示出一个压光机K2，包括本发明的辊子42，其为第四实施方式。该辊子42是一个所谓的柱塞支撑辊。它具有一支承架43，该支承架以本身已知的、在图中未示出的方式承载着多个支撑元件44，这些支撑元件在支承架43上被径向引导，构造为活塞/缸单元的形式。支撑元件44作用到一辊套45上，该辊套经由滚动轴承46可旋转地安装支承在所述支承架43上。为了控制辊子42的挠曲，对这些支撑元件中的每一个都加载以由泵P提供的操作流体。借助于配置给各相应支撑元件44的压力阀48，分别单独调定压力P1...P8，每个支撑元件44在该压力下被加载以操作流体。根据本发明，还另外借助于流量计49测量输送给各支撑元件44的操作流体的体积流量Q1...Q8。从非预期的上升中便可推断出相应支撑元件44的密封元件47磨损在加剧。

附图标记列表

1 压光机基架

2 辊子

3 滚动轴承

4 辊子

5 支承架

6 升降缸

7 辊套

8 滚动轴承

9 辊间隙

10 第一压力室

11 纵向密封

12 端部密封

13 第二压力室

14 第一通道

15 第二通道

16 管路

17 压差调节器

18 管路

19 辊子

20 支承架

21 辊套

22 轴承罩

23 区域

24 滚动轴承

25 区域

26 第一压力室

27 第二压力室

28 纵向密封

29 端部密封

30 压差调节器

31 阀体

32 第一阀盘

33 第二阀盘

34 连接构件

35 气动缸

36 通道

37 液压室

38 回流通道

39 位移传感器

40 辊子

41 文丘里喷嘴

42 辊子

43 支承架

44 支撑元件

45 辊套

46 滚动轴承

47 密封元件

48 压力阀

49 流量计

50 压差计

51 流量计

A1 轴线

A2 轴线

H 行程

HS 信号

K1 压光机

K2 压光机

P 液压泵

PA 压力

PB 压力

P1...P8 压力

PS 气动控制压力

PDiff 压差

PD 压力

PL 压力

PS 控制压力

PLC 设备控制系统

Q1...Q8 体积流量

R 贮器