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Bereich der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Spinnrotor zur Lagerung in einem elektromagnetischen Lager- und Antriebssystem einer Arbeitsstelle einer Rotorspinnmaschine, der eine beiderseitig geöffnete Spinnschale aufweist, die an einem Ende eines hohlen Tragkörpers gelagert ist, an dessen Umfang ein ferromagnetischer Ring zur Funktion des magnetischen Lagers gelagert ist und in dessen Hohlraum ein ringförmiger Permanentmagnet gelagert ist, der mehrpolig magnetisiert ist oder aus mehreren Segmenten zur Funktion des elektrischen Antriebs zusammengesetzt ist.
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Stand der Technik
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Die
WO 2008/080372 beschreibt eine Spinnvorrichtung einer Rotorspinnmaschine, die einen Spinnrotor aufweist, der auf einem elektromagnetisch funktionsfähigen Teil eines radialen elektromagnetischen Lagers und eines elektrischen Rotationsantriebs eines elektromagnetischen Lager- und Antriebssystems zur aktiven Levitation und Zentrierung des elektromagnetisch funktionsfähigen Teiles koaxial gelagert ist, der im Raum zwischen dem Stator des radialen elektromagnetischen Lagers und dem Stator des elektrischen Rotationsantriebs frei beweglich und drehbar gelagert ist. In den Raum, in dem sich der Funktionsteil befindet, greift sowohl das magnetische Feld des Stators des radialen elektromagnetischen Lagers als auch das magnetische Feld des Stators des elektrischen Antriebs ein und der elektromagnetisch funktionsfähiger Teil beinhaltet gemeinsame Teile des elektrischen Rotationsteiles und des radialen elektromagnetischen Lagers, die sich im magnetischen Feld des Stators des radialen elektromagnetischen Lagers und zugleich in dem magnetischen Feld des Stators des elektrischen Rotationsantriebs befinden.
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Der Spinnrotor ist das Hauptarbeitssteil von jeder Arbeitsstelle einer Rotorspinnmaschine, die eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Arbeitsstellen aufweist, von denen jede selbstständig der Garnproduktion dient. In den Spinnrotor werden auf bekannte Weise von einer Seite aufgelöste Textilfasern zugeführt, von denen in dem Spinnrotor ein Garn produziert wird, das durch die andere Seite des Spinnrotors abgezogen wird. Der Spinnrotor weist eine Eintrittsöffnung auf, in die ein Förderkanal für die aufgelösten Fasern mündet und von der der innere Raum des Spinnrotors in eine Sammelrille verbreitert wird, die den breitesten Teil des Innenraumes des Spinnrotors bildet. Die Sammelrille dient der Formung der aufgelösten Fasern in ein Faserbändchen, das durch die Rotation des Spinnrotors auf bekannte Weise zu einem Garn verdreht wird. In dem hinteren Teil des Spinnrotors ist eine Austrittsöffnung vorhanden, die koaxial zu der Eintrittsöffnung angeordnet ist. In die Austrittsöffnung greift ein hohler Garnabführtrichter ein, durch den das gesponnene Garn von dem Spinnrotor mit Hilfe einer Abzugseinrichtung abgeführt wird. Der Spinnrotor weist in der Regel eine senkrechte Drehachse auf, wobei seine Eintrittsöffnung in der Regel unten und seine Austrittsöffnung oben liegen.
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Der technologisch funktionsfähige Teil des radialen elektromagnetischen Lagers und des elektrischen Rotationsantriebs des elektromagnetischen Lager- und Antriebssystems weist einen ringförmigen Tragkörper auf, der in der dargestellten Ausführung durch einen Ring aus einer Alu-Legierung gebildet wird, diese kann jedoch auch durch ein anderes Material gebildet werden. Auf einer Seite des ringförmigen Tragkörpers ist der Spinnrotor gelagert. Von der anderen Seite ist in dem ringförmigen Tragkörper ein Antriebspermanentmagnet gelagert, der in der Form eines Ringes gebildet ist, der entweder aus mehreren Segmenten gebildet ist, oder der aus einem Stück gebildet ist, das entsprechend mehrpolig magnetisiert wird. Der Antriebspermanentmagnet stellt einen Rotationsteil des elektrischen Rotationsantriebs dar, dessen Stator in dem Antriebspermanentmagnet gelagert ist. In dem Stator des Motors des elektrischen Rotationsantriebs ist eine Öffnung gebildet, in der ein Garnabzugsrohr koaxial zu dem Abführtrichter gelagert ist. Am Außenumfang des Tragkörpers ist ein ferromagnetischer Ring mit einer elektromagnetischen Funktion fest gelagert, der einen Rotationsteil des radialen elektromagnetischen Lagers darstellt, dessen Stator den ferromagnetischen Ring des Rotors umschließt, wobei gegen den ferromagnetischen Ring in dem Stator des radialen elektromagnetischen Lagers Stabilisierungselektromagneten angeordnet sind, die Polschuhe, eine Stabilisierungsspule und einen Kern aufweisen, der durch permanente Stabilisierungspermanentmagnete gebildet wird. Ein Teil von jeder Stabilisierungsspule und jedem Kern des Stabilisierungselektromagneten ist mit dem oberen Polschuh von oben überdeckt, der ein Bestandteil einer oberen ferromagnetischen Platte ist, und von unten ist er mit dem unteren Polschuh überdeckt, der ein Bestandteil einer unteren ferromagnetischen Platte ist.
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Die Nachteile dieser Lösung sind vor allem eine nicht definierte Lage des ferromagnetischen Ringes gegenüber den Polschuhen des radialen elektromagnetischen Lagers, also ist es schwierig, die erforderliche Steifheit der Lagerung des Spinnrotors in dem elektromagnetischen Lager zu erreichen. Beim Spinnen mit einem größeren Längsgewicht und ferner durch den Einfluss einer ungleichmäßigen Verteilung des Unterdruckes in der Umgebung des Spinnrotors kann es dann im Betrieb zur Schwingung des Spinnrotors mit einem negativen Einfluss auf den jeweiligen Spinnprozess und den Verbrauch von elektrischer Energie kommen.
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Der zweite Nachteil besteht in einer verhältnismäßig hohen Elastizität der nichtferromagnetischen Materialien, die als Material des Tragkörpers verwendet werden, die man bei der Montage mechanisch nicht so vorspannen kann, dass der Tragkörper dem permanenten Magneten des Motors des elektrischen Rotationsantriebs bei der hohen Drehzahl des Spinnrotors eine Stützung gewährt und dadurch den Einfluss der Schwungkräfte auf den Permanentmagneten kompensiert, dessen Zugfestigkeit begrenzt ist.
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Der dritte Nachteil besteht in einer veränderlichen Breite der Spalte zwischen den rotierenden und stationären Systemteilen, die die Ursache für eine turbulente Luftströmung sein kann, die in Bezug auf den Energieverbrauch bei der hohen Drehzahl nicht gewünscht ist.
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Das Ziel der Erfindung besteht darin, die angeführten Mängel zu beseitigen und einen Spinnrotor zu bilden, der bei sehr hohen Drehzahlen verwendbar ist.
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Darlegung des Wesens der Erfindung
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Das Ziel der Erfindung ist durch einen erfindungsgemäßen Spinnrotor erreicht, dessen Wesen darin besteht, dass der Tragkörper aus einem ferromagnetischen Material hergestellt ist und am Ende, an dem eine Spinnschale gelagert ist, mit einem äußeren Umfangssaum versehen ist, neben dem am Außenumfang des Tragkörpers ein nichtferromagnetischer Ring gelagert ist, neben dem am Außenumfang des Tragkörpers ein ferromagnetischer Ring gelagert ist. Der andere nichtferromagnetische Ring kann ebenso auch neben dem ferromagnetischen Ring auf seiner anderen Seite gelagert werden.
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Der äußere Umfangssaum des Tragkörpers und der ferromagnetische Ring als Bestandteil des magnetischen Umfangs des radialen elektromagnetischen Lagers bilden Polschuhe und bilden den Gegenpol der Polschuhe des Stators des radialen elektromagnetischen Lagers bei einer aktiven Levitation und Zentrierung, wodurch die Lage des Spinnrotors in der axialen Richtung vielmehr genauer definiert ist, die Steifheit des elektromagnetischen Lagers erheblich erhöht wird, wobei der Energieverbrauch minimiert wird und die Reaktionen des Systems bei der Ausschwenkung oder Neigung des Rotors beschleunigt werden. Die nichtferromagnetischen Ringe zwischen dem äußeren Umfangssaum und dem ferromagnetischen Ring und eventuell zwischen dem ferromagnetischen Ring und dem oberen Rand des Rotors dienen der Reduzierung der Verluste durch eine Wirbelluftströmung und dadurch auch zur Reduzierung des Energieverbrauchs. Alternativ kann man auch einen Spinnrotor ohne nichtferromagnetische Ringe bilden.
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Zur Optimierung von diesen Verlusten ist es vorteilhaft, wenn der äußere Umfangssaum, die nichtferromagnetischen Ringe und der ferromagnetische Ring denselben Außendurchmesser aufweisen, was eine konstante Größe der Lücke zwischen dem Stator des elektromagnetischen Lagers und dem Spinnrotor sicherstellt und dadurch Verluste erheblich reduziert, die durch die Luftwirbelströmung verursacht werden.
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Zur Vergrößerung der Steifheit des Tragkörpers ist an dem dem Spinnrotor gegenüberliegenden Ende ein mit einem inneren Saum versehener Tragkörper vorgesehen, wobei zwischen dem Tragkörper und dem Absatz des Rotors ein Antriebspermanentmagnet gelagert ist. Dieser innere Saum stellt zugleich eine genaue Einstellung des Permanentmagneten bei der Montage sicher.
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Zur Verbesserung und Präzisierung der aktiven Levitation und Zentrierung des Rotors ist es vorteilhaft, wenn der Schwerpunkt des Spinnrotors auf seiner Drehachse liegt und die durch den Schwerpunkt des Spinnrotors gehende und zur Drehachse des Spinnrotors senkrechte Ebene zwischen dem äußeren Umfangssaum des Tragkörpers und dem ferromagnetischen Ring durchgeht, vorteilhaft in der Mitte ihres Abstands, was durch eine vorteilhafte Massenverteilung zwischen die Spinnschale und den Tragkörper erreicht wird.
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In Bezug auf eine verhältnismäßig niedrige Zugfestigkeit des jeweiligen Materials, aus dem der Permanentmagnet hergestellt wird (Edelerden), ist es notwendig, die Sicherheit der Lagerung des Permanentmagnets für hohe Drehzahlen zu erhöhen. Eine sicherere Lagerung des Antriebspermanentmagnets erreicht man dann, wenn der Tragkörper aus einem ferromagnetischen Material hergestellt wird, d.h. aus einem hochfesten Stahl, der eine mechanische Vorspannung des Permanentmagnets bei der Montage des Rotors mit Hilfe eines Überstandes ermöglicht, der durch eine Abkühlung des Permanentmagnets erreicht wird, beispielsweise in flüssigem Stickstoff, zur Verkleinerung des Durchmessers des Permanentmagneten und durch eine Vorerwärmung des Tragkörpers zwecks der Vergrößerung seines inneren Durchmessers, damit es nach der Montage und dem Temperaturausgleich eine mechanische Vorspannung zwischen dem Tragkörper und dem Permanentmagneten zur Kompensierung der Zentrifugalkraft auf den Permanentmagneten bei hoher Drehzahl erreicht wird. Der Tragkörper erwärmt sich dabei auf eine Temperatur von mindestens 100 °C und der Antriebspermanentmagnet wird auf eine Temperatur von –150 °C oder niedriger abgekühlt.
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Zur einfacheren Manipulation bei der Montage des Spinnrotors und zur Erreichung der verbesserten magnetischen Eigenschaften des Permanentmagneten ist es vorteilhaft, wenn die Montage des Systems mit einem nicht magnetisierten Permanentmagneten durchgeführt wird und seine mehrpolige Magnetisierung erst in dem ganzen System des Spinnrotors realisiert wird.
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Erläuterung der Zeichnungen
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Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiels des Rotors ist auf den beigelegten Zeichnungen schematisch dargestellt, in denen
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1 einen Schnitt durch den Spinnrotor und
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2 einen Schnitt durch das Lager- und Antriebssystem gemeinsam mit dem Rotor gemäß 1 darstellen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
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Der Spinnrotor zur Lagerung in dem elektromagnetischen Lager- und Antriebssystem einer Arbeitsstelle einer Rotorspinnmaschine weist eine beiderseitig geöffnete Spinnschale 1 auf, die auf einem Ende eines hohlen Tragkörpers 2 gelagert ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Spinnrotor eine senkrechte Drehachse auf und seine Spinnschale 1 ist mit einer Eintrittsöffnung 11 zum Eintritt von aufgelösten Fasern nach unten orientiert. An die Eintrittsöffnung 11 schließt sich in der Spinnschale 1 eine Rutschwand 12 an, die sich in der Richtung zur Sammelrille 13 hin verbreitert, die in der Stelle des größten Durchmessers der Spinnschale 1 gebildet wird. Von der Sammelrille 13 verjüngt sich die innere Wand 14 der Spinnschale 1 bis zu einer Garnaustrittsöffnung 15. Auf der Seite der Austrittsöffnung 15 ist die Spinnschale 1 mit einer Außenbestückung 16 versehen, durch die sie in dem Tragkörper 2 fest gelagert ist, die durch einen Ring aus einem ferromagnetischen Material gebildet wird, zum Beispiel aus einem hochfesten Stahl. Am Ende des Ringes des Tragkörpers 2, in dem die Spinnschale 2 gelagert ist, ist ein äußerer Umfangssaum 21 gebildet und an dem anderen Ende des Ringes des Tragkörpers 2 ist ein innerer Umfangssaum 22 gebildet.
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In dem Tragkörper 2 ist ein Antriebspermanentmagnet 3 in einer Ringform gelagert, der auf bekannte Weise mehrpolig magnetisiert wird, beispielsweise sechspolig. Der Permanentmagnet 3 sitzt mit einer seiner Stirnflächen auf den inneren Umfangssaum 22 auf und auf seiner anderen Stirnfläche sitzt die Stirnfläche des Absatzes 16 der Spinnschale 1 auf. Der Permanentmagnet 3 ist also in dem Tragkörper 2 zwischen dem inneren Umfangssaum 22 und dem Absatz 16 der Spinnschale 1 gelagert.
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In einer nicht dargestellten Ausführung ist der Tragkörper 2 nur durch den äußeren Umfangssaum 21 gebildet und der Permanentmagnet 3 sitzt mit seiner inneren Stirnfläche auf der Stirnfläche des Absatzes 16 der Spinnschale 1 des Spinnrotors auf und seine andere Stirnfläche ist frei.
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In einer anderen alternativen Ausführung ist der Antriebspermanentmagnet 3 aus unterschiedlich magnetisierten Segmenten gebildet.
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In dem weiteren nicht dargestellten Beispiel können die Spinnschale 1 des Spinnrotors und der Tragkörper 2 als ein Stück gebildet werden, ganz aus dem ferromagnetischen Material, an dem in der der vorherigen Ausführung entsprechenden Stelle ein äußerer Umfangssaum 21 gebildet wird. Dabei sind die Gewichtsverhältnisse des ganzen Spinnrotors so aufrechtzuerhalten, dass die Soll-Lage des Schwerpunktes eingehalten wird, also dass der Schwerpunkt des Spinnrotors in einer solchen Ebene liegt, die senkrecht zur Drehachse des Spinnrotors liegt und die zwischen dem äußeren Umfangssaum 21 und dem ferromagnetischen Ring 5 durchgeht.
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Auf der Außenfläche des Tragkörpers 2 ist ein nichtferromagnetischer Ring 4 gelagert, dessen eine Stirnfläche auf dem äußeren Umfangssaum 21 des Tragkörpers 2 aufsitzt und auf die die andere Stirnfläche des nichtferromagnetischen Ringes 4 mit seiner Stirnfläche der ferromagnetische Rings 5 aufsitzt, der auf der äußeren Umfangsfläche des Tragkörpers 2 fest gelagert ist. Der nichtferromagnetische Ring 4 ist also auf dem Tragkörper 2 zwischen dem äußeren Umfangssaum 21 und dem ferromagnetischen Ring 5 gelagert und dient der Ausfüllung des Raumes zwischen dem äußeren Umfangssaum 21 des Tragkörpers 2 und dem ferromagnetischen Ring 5, wodurch die Energieverluste reduziert werden, die durch die Luftwirbelströmung zwischen dem Stator des radialen elektromagnetischen Lagers und dem Spinnrotor verursacht werden. Eine optimale Anordnung erreicht man dann, wenn der äußere Umfangssaum 21, der nichtferromagnetische Ring 4 und der ferromagnetische Ring 5 denselben Außendurchmesser aufweisen. Es ist zur Herabsetzung der turbulenten Strömung auf den Tragkörper 2 möglich noch einen nichtferromagnetischen Ring 4a vorzugsehen, der die Breite der Lücke zwischen den Rotationsteilen sowie auf dem Rest der walzenförmigen Oberfläche des Tragkörpers 2 ausgleicht.
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Durch die Kombinierung der Form, der Abmessungen und den Materialien mit einem unterschiedlichen spezifischen Gewicht, von denen die Spinnschale 1, der Tragkörper 2, der Antriebspermanentmagnet 3, die nichtferromagnetischen Ringe 4 und 4a und der ferromagnetische Ring 5 hergestellt werden, erreicht man den Zustand, dass der Schwerpunkt des ganzen Systems auf einer Drehachse liegt, wobei die auf dem Schwerpunkt liegende und zur Drehachse des Spinnrotors senkrechte Ebene zwischen dem äußeren Umfangssaum 21 des Tragkörpers 2 und dem ferromagnetischen Ring 5 vorteilhaft in der Mitte durchgeht.
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Der Spinnrotor ist in der Arbeitslage in der Spinneinheit in der ringförmigen Öffnung zwischen der inneren Fläche des Stators 6 des radialen elektromagnetischen Lagers und der Außenfläche des Stators 7 des elektrischen Rotationsantriebs gelagert.
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Der Stator 6 des radialen elektromagnetischen Lagers ist auf bekannte, nicht dargestellte, Weise in der Spinneinheit gelagert und weist Stabilisierungselektromagneten auf, die eine Stabilisierungsspule 61 und einen Kern 62 aufweisen, der durch Stabilisierungspermanentmagnete gebildet wird. Ein Teil jeder Stabilisierungsspule 61 und des Kernes 62 des Stabilisierungselektromagneten ist von unten mit einem Polschuh 63 überdeckt und von oben mit einem oberen Polschuh 64 überdeckt. Der äußere Umfangssaum 21 des Tragkörpers 2 des Spinnrotors und der ferromagnetische Ring 5, der auf dem Tragkörper 2 gelagert ist, bilden Polschuhe des Rotationsteiles des radialen elektromagnetischen Lagers, dessen Stator 6 sie umschließt. In dem ausgeglichenen Zustand des radialen elektromagnetischen Lagers ist der untere Polschuh 63 des Stators in derselben Ebene wie der äußere Umfangssaum 21 des Tragkörpers 2 und der obere Polschuh 64 ist in derselben Ebene wie der ferromagnetische Ring 5 angeordnet. Der Raum zwischen dem ferromagnetischen Ring 5 und dem äußeren Umfangssaum 21 des Tragkörpers 2 ist mit einem nichtferromagnetischen Ring 4 zur Verhinderung der Verluste durch den Einfluss der turbulenten Luftströmung bei hoher Drehzahl ausgefüllt.
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Der Stator 7 des elektrischen Rotationsantriebs ist auf bekannte, nicht dargestellte, Weise in der Spinneinheit gelagert. In dem Stator 7 des elektrischen Rotationsantriebs ist eine Öffnung gebildet, in der das Garnabzugsrohr 71 gelagert ist, an das innen ein Abführtrichter 72 anschließt, der an die Garnaustrittsöffnung 15 aus dem Spinnrotor 1 oder an die Austrittsöffnung 15 anschließt, die in den Innenraum des Spinnrotors 1 mündet. In der Ausführung laut 2 ist das Abzugsrohr 71 in einer Buchse 73 gelagert.
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Der Tragkörper 2 ist aus einem ferromagnetischen Material, vorteilhaft aus einem hochfesten Stahl, hergestellt. Vor der Montage des Antriebspermanentmagneten 3 wird der Tragkörper 2 vorerwärmt und der Antriebspermanentmagnet 3 wird abgekühlt, zum Beispiel in flüssigem Stickstoff oder auf eine andere bekannte Weise. Nach der Einlegung des Permanentmagneten 3 in den Tragkörper 2 und dem Temperaturausgleich in Bezug auf die Umgebung erreicht man eine mechanische Vorspannung zwischen dem Tragkörper 2 und dem Antriebspermanentmagneten 3. Der Tragkörper 2 erwärmt sich dabei auf eine Temperatur von mindestens 100 °C und der Antriebspermanentmagnet 3 wird auf eine Temperatur von weniger als –150 °C abgekühlt.
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Zum einfacheren Umgang bei der Montage des Spinnrotors und zur Erreichung der verbesserten magnetischen Eigenschaften des Antriebspermanentmagneten 3 ist es vorteilhaft, wenn die Montage des Systems mit einem nicht magnetisierten Permanentmagneten ausgeführt wird und seine mehrpolige Magnetisierung erst in dem Gesamtsystem des Spinnrotors erfolgt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spinnschale des Spinnrotors
- 11
- Eintrittsöffnung
- 12
- Rutschwand
- 13
- Sammelrille
- 14
- innere Wand
- 15
- Austrittsöffnung
- 16
- Außenabsatz der Spinnschale
- 2
- Tragkörper
- 21
- äußerer Umfangssaum
- 22
- innerer Umfangssaum
- 3
- Antriebspermanentmagnet
- 4,4a
- nichtferromagnetische Ringe
- 5
- ferromagnetischer Ring
- 6
- Stator des radialen elektromagnetischen Lagers
- 61
- Stabilisierungsspule des Stabilisierungselektromagneten
- 62
- Kern des Stabilisierungselektromagneten
- 63
- unterer Polschuh
- 64
- oberer Polschuh
- 7
- Stator des elektrischen Rotationsantriebs
- 71
- Garnabzugsrohr
- 72
- Garnabführtrichter
- 73
- Buchse des Garnabzugsrohres
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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