DE19534339A1 - Spindel für Spinn- oder Zwirnmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Spindel für Spinn- oder Zwirn­ maschinen mit einem starren Mantelrohr, welches ein Halslager und ein Fußlager für einen drehbar gelagerten Schaft aufnimmt und welches in einem mit einer Spindelbank verbindbaren Lagergehäuse untergebracht und gegenüber diesem durch zwei im Abstand zueinander angebrachte, radialsymmetrisch wirkende Metallfedern abgestützt ist, von denen die eine in der Nähe des Halslagers und die andere in der Nähe des Fußlagers angeordnet ist.

Bei einer Spindel dieser Art (Deutsche Auslegeschrift 21 14 779) ist die dem Halslager zugeordnete Metallfeder eine Scheibe gleichmäßiger Dicke, deren radiale Elastizität im wesentlichen von einem ausgestanzten konzentrischen Spiralschlitz bestimmt wird. Dieser beginnt nahe einer zentralen Bohrung und endet in der Nähe des Außenumfanges der Scheibe. Die andere Metallfeder ist ein Federdraht, dessen eines Ende exzentrisch im Fußlager und dessen anderes Ende im Boden des Lagergehäuses eingespannt ist. Der Federdraht weist einen kurzen, aus wenigen Windungen bestehenden horizontalen Schraubenfederabschnitt auf und ist damit ebenfalls in Radialrichtung nachgiebig. In dem Ringraum zwischen dem Mantelrohr und dem Lagergehäuse befindet sich eine Dämpfungsspirale. Die Druckschrift erwähnt ausdrücklich, daß die Federkonstanten der zwei Metallfedern möglichst klein gewählt sind, so daß das Mantelrohr mit großer Weichheit mit dem Lagergehäuse verbunden ist. Irgendwelche Relationen zwischen den Federkonstanten sind nicht angegeben.

Bei einer anderen Spindel dieser Art (RO 99 305) sind als Metallfedern zwischen dem Mantelrohr und dem Lagergehäuse zwei gleichartige Korbfedern vorgesehen, die aus einem hülsenartigen Bereich und daran anschließenden Federzungen bestehen. Die dem Fußlager zugeordnete Korbfeder umspannt mit ihren Federzungen das Fußlager und ist mit ihrem hülsenartigen Bereich auf einem zum Fußlager koaxial angeordneten Bolzen aufgesteckt. Die dem Halslager zugeordnete Korbfeder ist mit ihrem hülsenartigen Bereich fest mit dem Lagergehäuse verbunden und stützt sich mit ihren Federzungen von außen an dem Mantelrohr ab. In dem Ringraum zwischen dem Lagergehäuse und dem Mantelrohr befindet sich eine Dämpfungsspirale. Irgendwelche Relationen zwischen den Feder­ steifigkeiten sind nicht angegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spindel der eingangs genannten Art zu schaffen, deren Schaft radiale Bewegungen ausführt, wie dies bei herkömmlichen klassischen Spindeln der Fall war. Solche klassischen Spindeln weisen ein fest im Lagergehäuse eingespanntes Halslager und ein in einem biegeweichen Zentrierrohr aufgenommenes Fußlager auf. Außerdem soll der vom Halslager herrührende Körperschall wirksam gedämpft werden und sich nach Möglichkeit nur wenig bis zum Lagergehäuse fortpflanzen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Federsteifigkeit der dem Halslager zugewandten Metallfeder wenigstens das Fünffache und höchstens das Zwanzigfache der Federsteifigkeit der dem Fußlager zugewandten Metallfeder beträgt.

Im Gegensatz zum eingangs beschriebenen Stand der Technik ist das starre Mantelrohr gegenüber dem Lagergehäuse relativ steif abgestützt. Im Bereich des Fußlagers hingegen kann das Mantelrohr aufgrund der wesentlich geringeren Federsteifigkeit der dort befindlichen Metallfeder größere radiale Auslenkbewegungen machen. Die zwei Metallfedern wirken jeweils als Diskontinuitäts­ stelle zwischen dem Mantelrohr und dem Lagergehäuse, wodurch der insbesondere vom Halslager ausgehende Körperschall wirksam gedämpft wird, so daß er nicht über das Lagergehäuse auf die Spindelbank ausstrahlt. Es entsteht insgesamt für den Schaft ein Schwingungsverhalten, wie es bei den erläuterten klassischen Spindeln mit biegeweichem Zentrierrohr und fest eingespanntem Halslager der Fall war.

Die Metallfedern sind zweckmäßig so angeordnet, daß sie den zwischen dem Mantelrohr und dem Lagergehäuse befindlichen Ringraum an beiden Stirnenden begrenzen. Dies führt zu einem größtmöglichen Abstand der zwei Metallfedern. Vorteilhaft ist der Ringraum mit einer hochviskosen Flüssigkeit ausgefüllt. Bei dieser Flüssigkeit kann es sich beispielsweise um ein Silikonöl äußerst großer Zähigkeit handeln. Diese hochviskose Flüssigkeit wirkt als Dämpfungsmittel zwischen dem starren Mantelrohr und dem Lagergehäuse, so daß auf die herkömmlichen Dämpfungsspiralen verzichtet werden kann.

Da der Schaft der Spindel in Öl umläuft, ist der Ringraum gegenüber dem Inneren des Mantelrohres öldicht abgeschlossen. Beim eingangs beschriebenen Stand der Technik hingegen war der Ringraum jeweils mit dem Mantelrohr verbunden, so daß beide Räume mit demselben Öl gefüllt waren.

Damit zur Verringerung des Herstellungsaufwandes Metallfedern mit groben Toleranzen verwendet werden können, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß das starre Mantelrohr gegenüber dem Lagergehäuse einjustiert werden kann. Zu diesem Zwecke ist die dem Fußlager zugewandte Metallfeder radial verstellbar.

Als Metallfedern kommen grundsätzlich sehr unterschiedliche Federelemente in Betracht, jedoch ist zweckmäßig vorgesehen, daß es sich bei beiden Metallfedern um gleichartige Federelemente handelt, wobei lediglich die Federsteifigkeiten sehr unterschiedlich sind.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung können die Metallfedern als gewickelte Bandfedern ausgebildet sein. Diese stützen sich mit ihrer Innenseite am starren Mantelrohr und mit ihrer Außenseite am Lagergehäuse oder einem damit verbundenen Bauteil ab. Diese gewickelten Bandfedern ähneln äußerlich zwar den bekannten Dämpfungsspiralen, weisen gegenüber diesen jedoch den großen Unterschied auf, daß die Abstände zwischen den Wicklungen deutlich größer sind.

Bei einer anderen Ausführung sind die Metallfedern als Schraubenfedern ausgebildet. Obwohl solche Schraubenfedern üblicherweise in erster Linie in axialer Richtung wirksam sind, weisen sie dennoch auch in radialer Richtung eine gewisse Nachgiebigkeit auf, insbesondere dann, wenn zwischen der oberen und unteren Einspannstelle einige freie Windungen vorhanden sind. Als Schraubenfedern ausgebildete Metallfedern sind besonders kostengünstig herzustellen.

Bei einer weiteren Ausführung können die Metallfedern als Korbfedern ausgebildet sein, die ähnlich wie beim zuletzt beschriebenen Stand der Technik aus einem hülsenartigen Bereich und daran anschließenden Federzungen bestehen. Solche Korbfedern haben den Vorteil, daß nach einem radialen Ausfedern die Rückstellkräfte nur dort wirksam werden, wo die radiale Auslenkung vorhanden war.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von drei Ausführungsbeispielen.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Spindel, bei der die Metallfedern als gewickelte Bandfedern ausgebildet sind,

Fig. 2 einen Axialschnitt durch eine andere erfindungsgemäße Spindel, bei der die Metallfedern als Schraubenfedern ausgebildet sind,

Fig. 3 einen Axialschnitt durch eine weitere erfindungsgemäße Spindel, bei der die Metallfedern als Korbfedern ausgebildet sind.

Die insgesamt mit 1 bezeichnete Spindel enthält ein starres Mantelrohr 2, welches im vorliegenden Falle zweiteilig ausgebildet ist und aus einer unteren Mantelhülse 3 sowie einem oberen, auf die Mantelhülse 3 aufgepreßten hülsenartigen Lagerkopf 4 besteht. Das als Rollenlager ausgebildete Halslager 5 wird von dem relativ steifen Lagerkopf 4 des Mantelrohres 2 aufgenommen. Das in noch zu beschreibender Weise zweiteilige Fußlager 6 ist in der Mantelhülse 3 des Mantelrohres 2 gehalten.

Der Schaft 7 der Spindel 1 ist drehbar im Halslager 5 und im Fußlager 6 gelagert. Oberhalb des Halslagers 5 der vertikal angeordneten Spindel 1 befindet sich das nicht mehr dargestellte Oberteil, welches in üblicher Weise eine Hülse für die zu wickelnde Spule aufnimmt. Der Schaft 7 ist oberhalb des Halslagers 5 in bekannter Weise mit einem Antriebswirtel verbunden, der über einen nicht dargestellten Antriebsriemen antreibbar ist. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die Querkräfte des Antriebsriemens direkt vom Halslager 5 aufgenommen werden.

Das in sich sehr starre Mantelrohr 2 ist in einem hülsenartigen Lagergehäuse 8 untergebracht, welches seinerseits ohne Zwischenschaltung irgendwelcher gummielastischer Elemente direkt an einer Spindelbank 9 befestigt werden kann. Hierfür weist die Spindelbank 9 eine durchgehende Bohrung 10 auf, durch die das Lagergehäuse 8 von oben hindurchgesteckt werden kann. Das Lagergehäuse 8 ist in seinem oberen Bereich mit einen Zentrierbund 11 versehen, der eng toleriert ist, so daß er mit äußerst geringem Spiel in die Bohrung 10 paßt. Von oben stützt sich das Lagergehäuse 8 mit einem radialen Flansch 12 auf der Spindelbank 9 ab. Nach unten, im Anschluß an den Flansch 12, ist das Lagergehäuse 8 mit einem Außengewinde 13 versehen, welches eine Befestigungsmutter 14 aufnehmen kann. Unter Zwischenschaltung einer Unterlegscheibe 15 verspannt die Befestigungsmutter 14 das Lagergehäuse 8 mit der Spindelbank 9.

Das Fußlager 6 enthält eine Fußlagerhülse 16, die in den unteren Bereich der Mantelhülse 3 des Mantelrohres 2 eingepreßt ist und die radialen Kräfte aufnimmt. Axial stützt sich der Schaft 7 auf einer Spurplatte 17 ab, die ebenfalls vom Mantelrohr 2 aufgenommen ist. Die Fußlagerhülse 16 enthält einige in axialer Richtung durchlaufende Ölnuten 18, damit der Innenraum 19 des Mantelrohres 2 oberhalb und unterhalb der Fußlagerhülse 16 mit Öl versorgt werden kann. Nach unten ist der Innenraum 19 mittels einer Ringdichtung 20 öldicht verschlossen, so daß außerhalb des Innenraumes 19 des Mantelrohres 2 kein Öl vorhanden ist.

Das starre Mantelrohr 2 stützt sich gegenüber dem Lagergehäuse 8 durch zwei Metallfedern 21 und 22 ab, die voneinander einen größtmöglichen Abstand aufweisen und jeweils radialsymmetrisch wirken. Zum Erzielen eines Schwingungsverhaltens, das demjenigen der eingangs beschriebenen klassischen Spindeln entsprechen soll, ist die Federsteifigkeit der dem Halslager 5 zugewandten Metallfeder 22 wenigstens fünfmal so hoch und höchstens 20mal so hoch wie die Federsteifigkeit der dem Fußlager 6 zugewandten Metallfeder 21. Dies führt dazu, daß der Schaft 7 im Bereich des Fußlagers 6 radial stärker auslenkt als im Bereich des Halslagers 5. Letzteres ist insbesondere deshalb wichtig, damit der im des Halslagers 5 angeordnete, nicht dargestellte Antriebsriemen keine zu großen Querbewegungen macht.

Der zwischen dem Mantelrohr 2 und dem Lagergehäuse 8 befindliche Ringraum 23, der an seinen beiden Stirnenden durch die Metallfedern 21 und 22 begrenzt wird, ist mit einer hochviskosen Flüssigkeit gefüllt, beispielsweise mit einem Silikonöl großer Zähigkeit. Diese hochviskose Flüssigkeit wirkt als Dämpfungsmittel, so daß in dem Ringraum 23 auf jegliche Dämpfungsspiralen verzichtet werden kann.

Die im Bereich des Fußlagers 6 angeordnete Metallfeder 21 ist als gewickelte Bandfeder 24 ausgebildet, deren Wicklungen voneinander einen gewissen Abstand aufweisen. Wegen der geforderten, im Vergleich zur Metallfeder 22 wesentlich kleineren Federsteifigkeit ist die axiale Erstreckung der gewickelten Bandfeder 24 klein. Die Außenwicklungen sind in einem Napf 25 angeordnet, der unmittelbar mit dem Lagergehäuse 8 verbunden ist. Die inneren Wicklungen der Bandfeder 24 stützen sich auf einem Bolzen 26 ab, der unter Zwischenschaltung der erwähnten Ringdichtung 20 direkt mit der Mantelhülse 3 des Mantelrohres 2 verbunden ist. Der Bolzen 26 kann mit der Spurplatte 17 einstückig hergestellt sein.

Zwischen dem Napf 25 und dem Boden des Lagergehäuses 8 gibt es eine weitere Ringdichtung 27, damit die hochviskose Flüssigkeit in dem Ringraum 23 auf keinen Fall mit dem Öl des Innenraumes 19 in Berührung kommen kann.

Der Napf 25 ist mit einem Gewindezapfen 28 verbunden, der mit Spiel durch eine Bohrung im Boden des Lagergehäuses 8 hindurch­ gesteckt ist. Der Gewindezapfen 28 nimmt eine Befestigungsmutter 29 auf, die den Napf 25 unter Zwischenschaltung einer Unterlegscheibe 30 mit dem Lagergehäuse 8 verspannt. Der Napf 25 kann nach Lösen der Befestigungsmutter 29 radial verschoben werden, so daß das Mantelrohr 2 und der Schaft 7 gegenüber dem Lagergehäuse 8 ausgerichtet werden können. Damit dies leichter durchgeführt werden kann, ist die Unterlegscheibe 30 auf den Gewindezapfen 28 fest aufgepreßt und an ihrer Außenseite mit Angriffsflächen für ein Werkzeug versehen. Dadurch läßt sich das Mantelrohr 2 mit einfachen Mitteln in die richtige Position drücken, wonach die Position durch Anziehen der Befestigungs­ mutter 29 fixiert wird.

Die dem Halslager 5 zugewandte Metallfeder 22 ist ebenfalls als gewickelte Bandfeder 31 ausgebildet, jedoch mit wesentlich längerer axialer Erstreckung als die Bandfeder 24. Damit wird in erster Linie der geforderten größeren Federsteifigkeit der oberen Metallfeder 22 Rechnung getragen. Die Bandfeder 31 legt sich mit ihrer inneren Wicklung außen an die Mantelhülse 3 des Mantel­ rohres 2 an und mit ihrer äußeren Wicklung von innen an das Lagergehäuse 8. Zwischen den Wicklungen der Bandfeder 31 ist jeweils wieder ein größerer Abstand gelassen, der deutlich größer ist als bei den üblichen Dämpfungsspiralen.

Oberhalb der Bandfeder 31 ist das Lagergehäuse 8 mit einer Abdeckung 32 abgedeckt. Alternativ oder ergänzend dazu kann eine Abdeckung 33 oberhalb des Lagergehäuses 8 vorgesehen sein.

Bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen nach Fig. 2 und 3 wurden gleiche Bezugszeichnen wie bei Fig. 1 verwendet, sofern es sich um gleichartige Bauteile handelt. Auf eine nochmalige Beschreibung wird dann insoweit verzichtet, und es wird hier jeweils auf die Beschreibung der Fig. 1 verwiesen. Die folgenden Ausführungsbeispiele werden also nur insoweit erläutert, als sie von der Variante nach Fig. 1 abweichen.

Die insgesamt mit 34 bezeichnete Spindel nach Fig. 2 enthält ein starres Mantelrohr 35, welches bei dieser Ausführung einstückig ausgebildet ist. Es nimmt also ohne Zwischenschaltung eines gesonderten Lagerkopfes unmittelbar das Halslager 5 auf und trägt im unteren Bereich zugleich das Fußlager 6. Das Mantelrohr 35 ist in einem etwas anders gestalteten Lagergehäuse 36 untergebracht, dessen Flansch 37 hier mit einer Kalotte 38 versehen ist. Diese Kalotte 38 liegt auf einer entsprechend sphärisch geformten Zwischenscheibe 39 auf, die sich ihrerseits auf der Spindelbank 9 abstützt. Mit Hilfe der Kalotte 38 läßt sich das Lagergehäuse 36 gegenüber der Spindelbank 9 vertikal ausrichten.

Der den Schaft 7 aufnehmende Innenraum 40 des Mantelrohres 35 ist mit Öl gefüllt und wieder öldicht abgeschlossen, im vorliegenden Falle nach unten durch einen geschlossenen Boden. Die Fußlager­ hülse 16 weist auch hier wieder Ölnuten 18 auf.

Im Bereich des Bodens des Lagergehäuses 36 ist ein Bolzen 41 vorgesehen, der koaxial zum Schaft 7 angeordnet und gegenüber dem Boden des Lagergehäuses 36 mit einer Ringdichtung 42 abgedichtet ist.

Die dem Fußlager 6 zugewandte Metallfeder 43 ist bei dieser Ausführung als Schraubenfeder 44 ausgebildet, deren untere Windungen aneinander anliegen und auf den Bolzen 41 aufgepreßt sind. Die oberen Windungen der Schraubenfeder 44 liegen ebenfalls aneinander an und sind auf den unteren Bereich des Mantelrohres 35 aufgepreßt. Zwischen den beiden Preßsitzen der Schraubenfeder 44 gibt es einige freie Windungen 45, so daß eine gewisse radiale Elastizität besteht. Die Federsteifigkeit in radialer Richtung ist so gewählt, daß sich das Mantelrohr 35 im Bereich des Fußlagers 6 radialsymmetrisch in der gewünschten Weise bewegen kann.

Die obere Metallfeder 46 ist ebenfalls als Schraubenfeder 47 ausgebildet, allerdings mit einer wesentlich größeren Federsteifigkeit hinsichtlich radialer Auslenkungen. Auch bei der oberen Schraubenfeder 47, die dem Halslager 5 zugewandt ist, liegen jeweils die oberen und unteren Windungen aneinander an, mit dazwischen befindlichen freien Windungen 48, welche die radiale Beweglichkeit ermöglichen.

Nach oben ist der zwischen dem Lagergehäuse 36 und dem Mantelrohr 35 befindliche Ringraum 50 mit einer Abdeckung 49 verschlossen. Zwischen den beiden Schraubenfedern 44 und 47 ist der Ringraum 50 wieder mit einer hochviskosen Flüssigkeit gefüllt, die nicht mit dem Innenraum 40 des Mantelrohres 35 in Berührung kommt.

Der Bolzen 41, auf dem sich die untere Schraubenfeder 44 abstützt, ist nach unten mit einem Gewindezapfen 51 verlängert, der mit Spiel durch den Boden des Lagergehäuses 36 hindurchgeführt ist. Dadurch kann die untere Schraubenfeder 44 und mit ihr das Mantelrohr 35 wieder gegenüber dem Lagergehäuse 36 ausgerichtet werden. Auch bei dieser Ausführung wird die eingestellte Position mit einer Befestigungsmutter 52 unter Zwischenschaltung einer Unterlegscheibe 53 gesichert.

Bei der Ausführung nach Fig. 3 ist der Schaft 7 der insgesamt mit 54 bezeichneten Spindel wieder in einem zweiteiligen Mantelrohr 55 gelagert, welches aus einem Lagergehäuse 57 und einer Mantelhülse 56 besteht. Der Innenraum 58 des Mantelrohres 55 ist wieder mit Öl gefüllt und nach außen öldicht verschlossen.

Die dem Fußlager 6 zugewandte untere Metallfeder 59 ist hier als sogenannte Korbfeder 60 ausgebildet, die einen unteren hülsenartigen Bereich 61 und daran anschließende einzelne Federzungen 62 aufweist. Die Federzungen 62 sind in Umfangsrichtung durch Schlitze 63 voneinander getrennt.

Der hülsenartige Bereich 61 ist auf einen koaxial zum Schaft 7 angeordneten Bolzen 64 aufgepreßt. Die Federzungen 62 legen sich von außen an den unteren Bereich der Mantelhülse 56 des Mantelrohres 55 an, so daß das ansonsten starre Mantelrohr 55 in radialer Richtung in der gewünschten Weise auslenken kann. Mit Hilfe des Gewindezapfens 51 und der Befestigungsmutter 52 kann die Korbfeder 60 gegenüber dem Lagergehäuse 57 ausgerichtet werden.

Die dem Halslager 5 zugewandte obere Metallfeder 66 besteht ebenfalls aus einer Korbfeder 67, die jedoch wegen der geforderten wesentlich größeren Federsteifigkeit deutlich stärker dimensioniert ist. Auch die Korbfeder 67 besitzt einen hülsenartigen Bereich 68, der auf die Mantelhülse 56 des Mantelrohres 55 aufgeschoben ist. Die Federzungen 69 sind hier leicht nach außen gekröpft und legen sich von innen gegen das Lagergehäuse 57 an. Dadurch entsteht auch für den Bereich des Halslagers 5 eine, wenn auch eingeschränkte, radiale Beweglich­ keit. Die Federzungen 69 der oberen Korbfeder 67 sind durch Schlitze 70 in Umfangsrichtung voneinander getrennt.

Claims (8)

1. Spindel für Spinn- oder Zwirnmaschinen mit einem starren Mantelrohr, welches ein Halslager und ein Fußlager für einen drehbar gelagerten Schaft aufnimmt und welches in einem mit einer Spindelbank verbindbaren Lagergehäuse untergebracht und gegenüber diesem durch zwei im Abstand zueinander angebrachte, radial­ symmetrisch wirkende Metallfedern abgestützt ist, von denen die eine in der Nähe des Halslagers und die andere in der Nähe des Fußlagers angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Federsteifigkeit der dem Halslager (5) zugewandten Metallfeder (22; 46; 66) wenigstens das Fünffache und höchstens das Zwanzigfache der Federsteifigkeit der dem Fußlager (6) zugewandten Metallfeder (21; 43; 59) beträgt.

2. Spindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfedern (21, 22; 43, 46; 59, 66) den zwischen dem Mantelrohr (2; 35; 55) und dem Lagergehäuse (8; 36; 57) befindlichen Ringraum (23; 50; 65) an beiden Stirnenden begrenzen.

3. Spindel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (23; 50; 65) mit einer hochviskosen Flüssigkeit ausgefüllt ist.

4. Spindel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (23; 50; 65) gegenüber dem Mantelrohr (2; 35; 55) öldicht abgeschlossen ist.

5. Spindel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Fußlager (6) zugewandte Metallfeder (21; 43; 59) radial verstellbar ist.

6. Spindel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Metallfedern (21; 22) als gewickelte Bandfeder (24; 31) ausgebildet ist.

7. Spindel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Metallfedern (43; 46) als Schraubenfeder (44; 47) ausgebildet ist.

8. Spindel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Metallfedern (59; 66) als Korbfeder (60; 67) ausgebildet ist.