CN113316665A - 环锭纺纱机的纱锭 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于纺纱机的纱锭(1)，所述纱锭具有单个马达驱动器，该纱锭包括转子(2)和定子(3)，该定子与纱锭轴承壳体(4)连接。转子(2)通过至少两个被动磁性径向轴承(5a，5b)安装在定子(3)中，由马达(6)驱动，并且通过另一主动磁性轴向轴承(7)安装。根据本发明，定子(3)通过至少一个阻尼元件(9a，9b)连接到纱锭轴承壳体(4)。

Description

环锭纺纱机的纱锭

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求的前序部分的环锭纺纱机的纱锭。

背景技术

用于环锭纺纱机的纱锭例如从WO2017/064214A1已知。其中所示的纱锭包括纱锭轴，该纱锭轴经由至少两个径向磁性轴承径向安装，并经由机械或磁性轴向轴承轴向安装。WO2017/064214A1还公开了一种纱锭，其中纱锭轴经由至少两个滑动轴承附加地径向安装，所述滑动轴承邻近径向磁性轴承。这些滑动轴承旨在吸收纱锭在其通过“临界速度”时发生的振动，并避免对敏感的磁性轴承造成损坏。在没有这种类型的滑动轴承的情况下，根据WO2017/064214A1，磁性轴承环应当会彼此接触并彼此损坏。WO2017/064214A1提出使用相应的滑动轴承以便避免在纱锭的启动期间在转子和定子之间的正常接触。

DE19733239A1公开了用于导丝辊的磁性轴承和驱动器，导丝辊可以用于牵拉纺织纤维。本公开的特征在于，轴承在径向和轴向方向上的功能通过主动和/或被动磁性轴承来实现，驱动马达布置在径向轴承之间，并且轴向轴承位于该布置的外部。这种类型的导丝辊用于牵拉挤出后的合成纤维，为此目的，导丝辊的旋转轴线通常在操作期间水平地对齐。因此，DE19733239A1中公开的轴承和驱动器也明显地朝向这种类型的操作位置齿轮传动。此外，导丝辊不用于纺纱方法。

发明内容

具有径向被动磁性轴承的上述实施例的缺点在于，由于转子在其通过“临界转速”时的不平衡，可能会发生具有相当大幅值的振动。一方面，这种现象增加了启动这种类型的纱锭所需的能量需求，这在具有大量纱锭的纺纱机中可能是有问题的。另一方面，这种类型的振动可能会导致转子和非旋转部件之间的接触。这种类型的接触不可避免地导致磨损(通过磨蚀等)，这降低了纱锭的寿命并增加了维护成本。通过使用附加的滑动轴承，例如在WO2017/064214A1中提出的，在某些情况下在振动期间发生的磨蚀可以减少，但是实际的振动过程几乎没有减少。此外，这种类型的滑动轴承一方面显著地提高了相应的纱锭的制造成本并且另一方面增加了转子的重量，由此提高了用于启动相应的纱锭的能量需求。这两者都可能对相应纱锭的获得和操作成本具有不利影响。

本发明的目的是提供一种纱锭，所述纱锭消除或减少上述缺点中的至少一个。

因此，一个目的可以在于以下事实，即，要产生一种用于纺纱机的相对便宜的纱锭，该纱锭具有单个马达驱动器和磁性轴承，该纱锭在启动时不具有上述问题，或者仅在有限程度上具有上述问题。根据本发明，这通过转子的充分阻尼来实现，这防止了在启动纱锭时在临界速度的区域中发生转子的临界振动。

因此，本发明的目的还可以在于形成用于纺纱机(特别是用于环锭纺纱机)的纱锭，该纱锭具有单马达驱动器，其中，可以实现转子的足够高的径向刚度，特别是在转子尖端的区域(在使用环锭纺纱机期间管纱布置在其中的区域)中。在这种类型的特别刚硬的(或振动阻尼的)纱锭的情况下，由于至少强烈阻尼的振动而防止了所生产的纱线与管纱包覆件之间的接触，所以即使在高速下也可以安全地实施管纱的包覆。因此，通过本发明，可以以成本有效的方式形成能够特别有效地操作的包覆纺纱站。

这些目的通过根据独立权利要求的前序部分的纱锭来实现，其特征在于，定子通过至少一个阻尼元件连接到纱锭轴承壳体。

因为具有纱锭轴承壳体的定子以阻尼的方式操作性地连接到纱锭轴承壳体，所以尤其可以避免在启动根据本发明的纱锭时在“临界转速”范围内的临界振动幅值。一方面，这可以有效地防止转子和定子之间的损坏性接触。另一方面，也能够显著地降低为了克服临界速度而必须消耗的驱动能量。此外，根据本发明的阻尼还对纺纱结果具有总体上积极的影响，因为振动，例如由于管纱中的不对称性(例如由于纱线缺陷或甚至最小程度损坏的套管)而引起的振动，在正常操作期间也能够被阻尼。这在高速下是特别有利的，并且允许有效的管纱包覆，如将在下面更详细地描述的。

换句话说，本发明通过使用有效地阻尼转子振动的被动阻尼元件克服了现有技术中已知的问题。转子振动导致弹性安装(以阻尼方式)的定子中的振动。弹性安装的定子的振动通过阻尼元件来阻尼，因为阻尼元件将振动能量消散(将其转化为热量)。由于弹性安装的定子与转子(通过被动磁性径向轴承)的联接，转子振动(间接)阻尼，从而通常可以完全防止或至少大大减少转子和纱锭的非旋转部件之间的接触。这减少了维护工作，并且还降低了相应纱锭的操作成本。

根据根据本发明的一个实施例，定子通过至少一个上阻尼元件和一个下阻尼元件(在定子的旋转轴线的方向上间隔开)被弹性地安装并且(在操作状态下)连接到纱锭轴承壳体。因此，即使利用相对简单(例如，小)的阻尼元件，也可以实现纱锭的有效阻尼。可以用弹性-塑性或粘弹性的阻尼元件来实现特别好的结果。

转子沿着其旋转轴线在转子远端和转子近端之间延伸。转子远端被认为是转子的在操作状态下形成转子尖端的端部，例如管纱能够紧固到该转子尖端。转子的在定子的区域中处于操作状态的端部在此被认为是转子近端。在根据本发明的纱锭的正常操作状态下，转子的旋转轴线通常在竖直方向上对齐(基本上垂直于纺纱机的基部)，并且与转子近端(称为“下方”)对比于纺纱机的基部相比，转子远端对比于纺纱机的基部定位在更高的高度(称为“上方”)。

因此，根据本发明的上阻尼元件通常在操作状态下沿竖直方向布置在下阻尼元件上方。这同样适用于上径向轴承和下径向轴承。

如果至少一个阻尼元件用作定子到纱锭轴承壳体的机械紧固装置，或者定子借助于至少一个阻尼元件相对于纱锭轴承壳体在径向和/或轴向方向上安装，则可以实现良好的阻尼结果。通过这种方式，也可以实现高水平的功能集成，并且因此可以减少部件的数量。

如果至少两个被动磁性径向轴承具有直接附接到转子的内轴承部分和直接附接到定子的外轴承部分，则可以实现特别好的振动阻尼。

上阻尼元件优选地具有比下阻尼元件低的刚度。已经表明，通过在安装有根据本发明的磁性轴承的纱锭中设计这种类型的阻尼元件，可以实现特别可靠的阻尼性能，特别是不同频带的振动也可以以这种方式被特别有效地阻尼。

根据根据本发明的纱锭的一个实施例，上阻尼元件具有小于100N/mm、优选地为25N/mm的径向刚度，并且下阻尼元件具有大于60N/mm的径向刚度。已经表明，在这种类型的设计的情况下，当在临界速度范围内启动纱锭时和在正常操作期间，都可以实现良好的阻尼。

已经表明，尤其在临界转速范围内，如果被动磁性径向轴承的刚度大于20N/mm，则可以实现转子的振动能量特别有效地消散到定子中，并且最终消散到至少一个阻尼元件中。这尤其适用于两个被动磁性径向轴承之间的距离(在转子的旋转轴线的方向上)大于50mm的情况。

如果被动磁性径向轴承沿着转子的旋转轴线布置在上阻尼元件和下阻尼元件之间，则可以实现根据本发明的纱锭的特别好的振动阻尼实施例。这样，一方面，定子的自重特别有利地用于阻尼振动系统中，另一方面，阻尼元件由于杠杆作用而特别地承受重负荷，这导致特别好的阻尼效果。

如果下阻尼元件和上阻尼元件布置成使得沿旋转轴线观察，被动磁性径向轴承位于下阻尼元件和上阻尼元件之间，最靠近转子近端的被动磁性径向轴承位于上阻尼元件和下阻尼元件之间的大致中间位置，则可以实现特别好的振动阻尼。

根据特别优选的实施例，被动磁性径向轴承的刚度大于20N/mm，并且两个被动磁性径向轴承之间在转子的旋转轴线方向上的距离大于50 mm，上阻尼元件具有小于100N/mm、优选地为25N/mm的径向刚度，并且下阻尼元件具有大于60N/mm的径向刚度，并且转子设计成使得第一临界弯曲频率高于纱锭的标称速度。已经发现，以这种方式确定尺寸的纱锭。

根据本发明的一个实施例，至少一个阻尼元件至少部分地由橡胶或聚合物或软木构成。

根据根据本发明的纱锭的另一实施例，转子设计成使得第一临界弯曲频率高于纱锭的标称速度。这样，在启动期间和正常操作期间都可以可靠地避免临界共振现象。

转子有利地通过主动磁性轴向轴承安装在轴下端上(在转子近端的区域中)。通过这种类型的布置，转子的可能的振动可以在轴向方向上很大程度上被解耦，这通过至少一个阻尼元件导致更好的阻尼。

如果主动磁性轴向轴承具有机械地连接到定子的第一轴承部分以及机械地连接到转子的第二轴承部分，则可以实现特别有效的阻尼。这样，通过至少一个阻尼元件也能够减小轴向方向上的振动。第一轴承部分优选直接连接到定子。

根据一个优选实施例，定子是管状的(中空圆筒)，并且主动磁性轴向轴承布置在定子的内部中并且机械地连接到定子。由此，也能够特别好地阻尼从转子传递到轴向轴承的轴向振动。

根据根据本发明的纱锭的一个实施例，在转子上设置夹紧冠，该夹紧冠可被移除而不被破坏。通过移除夹紧冠，可有利地容易地更换上阻尼元件。

根据本发明的纱锭有利地具有轴向止动件，该轴向止动件限制转子相对于定子在轴向方向上的位移，优选地至少在转子远端的方向上的位移。相应的轴向止动件的布置例如可以借助于压力连接与纱锭轴承壳体中的开口连接，这允许这种类型的纱锭的简单的组装，因为该布置可以布置在转子上并且与其组装。

根据本发明的纱锭具有的优点是，纱锭的正确设计(被动磁性径向轴承的径向刚度及其布置；阻尼元件的径向刚度及其布置；阻尼材料的阻尼效果以及定子与转子的质量比)防止在启动期间发生转子与弹性安装的定子或纱锭轴承壳体之间的接触。

根据本发明的一个实施例，纱锭具有用于驱动转子的马达。如果马达是具有马达定子的电动马达，则可以实现良好的结果，其中马达定子以旋转固定的方式连接到纱锭的定子，并且马达转子布置在纱锭的转子上并且以旋转固定的方式连接到其上。为了实现对由马达产生的振动的良好阻尼，如果马达布置在被动磁性径向轴承之间，则是有利的。

根据根据本发明的纱锭的另一实施例，纱锭可具有管纱包覆件(包覆管)，其在操作期间至少部分地包围转子(特别是在转子远端的区域中)。这种类型的包覆件可以主动地改变在纱锭上形成的管纱周围的气流，从而减少由于空气摩擦而产生的负面影响。根据本发明的被阻尼的纱锭允许这种包覆，因为这种包覆在转子上产生径向张力，该径向张力随着速度增加，这就是为什么转子在转子尖端区域中的高刚度是必要的原因，因为否则纱线和包覆管可能接触。

根据本发明的优选实施例，定子可以具有至少部分地布置在纱锭轴承壳体的圆筒形开口中的圆筒形部分，定子的圆筒形部分的圆筒轴线位于纱锭轴承壳体的圆筒形开口的圆筒轴线上(同轴布置)，如附图1所示。这样，可以生产特别紧凑且同时低振动的纱锭。

如果至少一个阻尼元件布置在纱锭轴承壳体的圆筒形开口的内壁16与定子的外壁之间的空间中，如附图1所示，则可以实现特别好的振动阻尼。这样，阻尼元件也可以用作定子的轴承。

如果至少一个阻尼元件基本上是环形的并且在纱锭轴承壳体的圆筒形开口的内壁16与定子的外壁17之间同轴地布置在转子的旋转轴线上，则可以实现良好的结果，如将在下面更详细地示出的。

本发明还涉及一种纺纱机，特别是环锭纺纱机，所述纺纱机具有至少一个根据前述权利要求中任一项所述的纱锭。与由现有技术已知的纺纱机相比，这种类型的纺纱机由于振动特别小的纱锭而能够特别高效且成本有效地操作。

根据根据本发明的纺纱机的一个优选的实施例，至少一个纱锭在操作期间具有管纱包覆件，由此可以减少由于纱锭区域中的气流而产生的负面影响。

附图说明

本发明的其它优点在以下实施例中描述，图1示出了根据本发明的纱锭的结构。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据本发明的纱锭1的结构。它是用于纺纱机例如环锭纺纱机的具有单个马达驱动器的纱锭1。纱锭1包括具有转子上部2a和转子下部2b的转子2，该转子形成为内转子。转子上部2a用于容纳环锭纺纱机的套管。纱锭1还包括弹性安装的定子3和围绕定子3布置的纱锭轴承壳体4。纱锭轴承壳体4以基本上旋转固定的方式连接到定子3。

转子2通过两个被动磁性径向轴承（即，上径向轴承5a和下径向轴承5b）安装在定子3中。马达6位于径向轴承5a、5b之间。转子2通过主动磁性轴向轴承7安装在轴下端。磁性轴向轴承7包括轴向位置传感器和传感器板11。马达6也可以位于径向轴承5a、5b的上方或下方。被动径向轴承5a、5b或传感器也可以位于不同的位置。轴向止动件8位于纱锭壳体4的上端的下方。转子2可以设计成具有向下减小的转子直径，而没有悬臂设计。弹性安装的定子3通过两个阻尼元件9a、9b安装。上阻尼元件9a位于定子3的上端，在定子和纱锭轴承壳体4之间。下阻尼元件9b位于定子3的下端，在这种情况下其由管形成。通常，在本发明的范围内，弹性安装的定子3必须通过至少一个阻尼元件连接到纱锭壳体4。然而，也可以想到存在多个阻尼元件的实施例。阻尼元件可以定位在定子3上的任何位置，并且不限于其端部。

在所示的实施例中，定子3以及纱锭轴承壳体4被设计成中空的圆筒，其中定子3布置在纱锭轴承壳体4的圆筒形开口中，定子3的圆筒形部分的圆筒轴线位于纱锭轴承壳体4的圆筒形开口的圆筒轴线上，这两者都与转子2的旋转轴线13同轴。阻尼元件9a、9b位于纱锭轴承壳体4的圆筒形开口的内壁16与定子3的外壁17之间的空间中。

为了减少空气摩擦损失，所示的转子2在操作期间可以由管纱包覆体12包围。这种包覆体导致转子2上的径向张力，该径向张力随着速度而增加。转子尖端处的径向刚度由被动磁性轴承5a、5b的刚度和位置、阻尼元件9a、9b的刚度和位置以及所述元件的几何布置确定。

在所示的实施例中，弹性定子通过两个阻尼元件9a、9b安装。阻尼元件9a、9b的正确刚度和布置对于弹性定子3围绕其重心的径向和倾斜刚度是至关重要的。因为转子从0Hz加速到大约500 Hz时，由于转子不平衡而引起的振动因此也具有0 Hz至500 Hz的频率。特别是在10 Hz至150 Hz的速度范围内，阻尼材料必须具有适合的刚度和阻尼。双质量振动系统转子2和弹性安装的定子3的共振频率通常在该速度范围内。上阻尼元件被设计成是柔软的，具有小于100N/mm、并且优选地为25N/mm (在10 Hz和20℃的温度下)的径向刚度。弹性定子3的振动能量以及由此转子2的振动能量被吸收在上阻尼元件9a中。上阻尼元件9a的材料具有高的阻尼度。下阻尼元件9b设计成相对较硬，具有大于60N/mm的径向刚度。为此目的，例如1000N/mm也会是合适的。因此，下阻尼元件9b也具有较高的轴向刚度，并因此可吸收弹性定子3和转子2的重量。由于较高的径向刚度，下阻尼元件9b的振动幅值较低。

因此，不需要对材料的阻尼值作出任何特殊要求。

两个被动磁性轴承之间的距离为l1＞50 mm，两个阻尼元件之间的距离为l2＞50mm。转子在转子尖端处的足够高的径向刚度可以通过所提及的最小量的径向刚度和在被动磁性轴承与阻尼元件l2之间的最小量的轴向间隔l1来实现。被动磁性轴承的刚度可为kr＞20N/mm。

组装/拆卸。所提出的具有被动磁性轴承5a、5b和主动磁性轴承7的结构设计允许简单地组装和拆卸转子2.轴向止动件8被预组装在转子2上，并且当将转子2组装到定子3中时，轴向止动件8被压入定子3中，所示的布置还允许简单地更换上阻尼元件9a，仅需要移除位于转子2上的一个夹紧冠10。此外，阻尼元件9a保护纱锭轴承壳体4和定子3之间的间隙不受污物的影响。

本发明的纱锭尤其具有这样的优点，即，如果纱锭参数被正确地设计，则包括转子上部、管纱、纱线等的转子2可因此具有相对高的静态不平衡，而在启动期间不会发生转子2与弹性安装的定子3或纱锭轴承壳体4之间的接触。

附图标记列表

1 纱锭

2 转子

2a 转子上部

2b 转子下部

3 定子

4 纱锭轴承壳体

5a 上磁性径向轴承

5b 下磁性径向轴承

6 马达

7 磁性轴向轴承

8 轴向止动件

9a 上阻尼元件

9b 下阻尼元件

10 夹紧冠

11 轴向位置传感器和传感器板

12 管纱包覆件

13 转子的旋转轴线

14 转子远端

15 转子近端

16 纱锭轴承壳体的内壁

17 定子的外壁

l1 磁性径向轴承5a、5b之间的距离

l2 阻尼元件9a、9b之间的距离

Claims (17)

1.一种用于纺纱机的纱锭(1)，所述纱锭具有单个马达驱动器，所述纱锭具有转子(2)和定子(3)，所述定子连接到纱锭轴承壳体(4)，

其中，所述转子(2)通过至少两个被动磁性径向轴承(5a，5b)安装在所述定子(3)中，

其中，所述转子(2)由马达(6)驱动；以及

其中，所述转子(2)通过主动磁性轴向轴承(7)安装，

其特征在于，

所述定子(3)通过至少一个阻尼元件(9a，9b)连接到纱锭轴承壳体(4)。

2.根据权利要求1所述的纱锭(1)，其特征在于，所述定子(3)被弹性地安装，并且通过至少一个上阻尼元件(9a)和一个下阻尼元件(9b)连接到所述纱锭轴承壳体(4)。

3.根据权利要求2所述的纱锭(1)，其特征在于，所述上阻尼元件(9a)具有比所述下阻尼元件(9b)低的刚度。

4.根据权利要求2和3中任一项所述的纱锭(1)，其特征在于，所述上阻尼元件(9a)具有小于100N/mm、优选地为25N/mm的径向刚度，并且所述下阻尼元件(9b)具有大于60N/mm的径向刚度。

5.根据前述权利要求中任一项所述的纱锭(1)，其特征在于，所述被动磁性径向轴承(5a，5b)的刚度大于20N/mm。

6. 根据权利要求5所述的纱锭(1)，其特征在于，所述两个被动磁性径向轴承(5a，5b)之间的距离大于50 mm。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的纱锭(1)，其特征在于，所述被动磁性径向轴承(5a，5b)沿着所述转子(3)的旋转轴线(13)布置在所述上阻尼元件(9a)和所述下阻尼元件(9b)之间。

8.根据前述权利要求中任一项所述的纱锭(1)，其特征在于，所述转子(2)设计成使得第一临界弯曲频率高于所述纱锭(1)的标称速度。

9.根据前述权利要求中任一项所述的纱锭(1)，其特征在于，所述转子(2)通过所述主动磁性轴向轴承(7)安装在轴下端。

10.根据前述权利要求中任一项所述的纱锭(1)，其特征在于，所述主动磁性轴向轴承(7)具有机械地连接到所述定子(3)的第一轴承部分和机械地连接到所述转子的第二轴承部分。

11.根据前述权利要求中任一项所述的纱锭(1)，其特征在于，所述至少一个上阻尼元件(9a)能够通过移除夹紧冠(10)而容易地更换。

12.根据前述权利要求中任一项所述的纱锭(1)，其特征在于，轴向止动件(8)预组装在所述转子(2)上，并且当将所述转子(2)组装到所述定子(3)中时，所述轴向止动件(8)被压入所述定子(3)中。

13.根据前述权利要求中任一项所述的纱锭(1)，其特征在于，所述纱锭具有管纱包覆件(12)，所述管纱包覆件在操作期间至少部分地包围所述转子(2)。

14.根据前述权利要求中任一项所述的纱锭(1)，其特征在于，所述定子(3)具有圆筒形部分，所述圆筒形部分至少部分地布置在所述纱锭轴承壳体(4)的圆筒形开口中，所述定子(3)的圆筒形部分的圆筒轴线位于所述纱锭轴承壳体(4)的圆筒形开口的圆筒轴线上。

15.根据权利要求14所述的纱锭(1)，其特征在于，至少一个阻尼元件(9a，9b)布置在所述纱锭轴承壳体(4)的所述圆筒形开口的内壁(16)与所述定子(3)的外壁(17)之间的空间中。

16.一种纺纱机，特别是环锭纺纱机，所述纺纱机具有至少一个根据前述权利要求中任一项所述的纱锭(1)。

17.根据权利要求16所述的纺纱机，其特征在于，至少一个纱锭(1)在操作期间具有管纱包覆件(12)。

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