DE19536763C1 - Umwindespindel für Textilmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Umwindespindel für Textilmaschinen, insbesondere Umspinnmaschinen, die einen gegenüber einem feststehenden bzw. ortsfesten Gehäuse oder Maschinenchassis unverdrehbar abgestützten Innenkanal aufweist, der zur Führung eines Seelenfadens dient, und ferner eine diesen Innenkanal umgebende, drehbar gelagerte Hohlwelle besitzt, der zur Auf- und Mitnahme ei­ nes Garnträgers für um den Seelenfaden zu legende Mantelfäden dient.

Es ist bekannt (vgl. z. B. Prospekt "Texturieren, Umspinnen . . ." der FAG Kugelfi­ scher Georg Schäfer KGaA; Prospekt "FAG Hohlspindeln US/USL" der selben Firma), den inneren Fadenführungskanal direkt beispielsweise über Tangential­ riemen und Antriebswirtel in Drehung zu versetzen. Dabei entsteht allerdings der Nachteil, daß in einer solchen rotierenden Hohlwelle sich der Kern- bzw. Seelen­ faden in Gefahr befindet, unerwünschten Drallerteilungen ausgesetzt zu werden. Durch einen internen Stand der Technik ist es bekannt, den Fadenführungskanal als feststehendes, unverdreh­ bares Rohr auszubilden und dieses in eine Hohlwelle hineinzuschieben, die ge­ genüber dem feststehenden Rohr über ein oder mehrere Kugellager abgestützt ist. Diese Anordnung bedingt allerdings, daß sich bei dieser Lagerung der Kugel­ lager-Außenring dreht, während der Innenring in seiner Verbindung mit dem fest­ stehenden Führungs-Innenkanal unverdrehbar gehalten ist. Die kinematischen Probleme und Nachteile, die im Zusammenhang mit rotierenden Wälzlager- Außenringen aufgeworfen werden, liegen einerseits in ungünstigen Reibungs- und Abrollverhältnissen im Zusammenhang mit Zentrifugalkräften und andererseits in Fett- und Schmierproblemen; die bei rotierendem Außenring entstehenden Zentri­ fugalkräfte führen nämlich leicht zu einem Austreten der Fett- oder Schmierstoff­ masse, wodurch Schmierstoffmangel entsteht und die Gebrauchs- und Lebens­ dauer der Umwindespindel vermindert wird. Diese Probleme verschärfen sich noch angesichts der heute geforderten Drehzahlen in Bereichen zwischen 20 000 bis 30 000 Umdrehungen pro Minute.

Mithin ergibt sich die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, eine ein­ gangs genannte Umwindespindel so auszubilden, daß darin der Seelenfaden schönend führbar, vom Mantelfaden in den genannten Drehzahlbereichen um­ windbar sowie eine verbesserte Kinematik mit Erhöhung der Laufruhe und Le­ bensdauer gegeben sind. Ferner soll die Dichtigkeit erhöht bzw. Schmierstoffaus­ tritt vermindert sein.

Zur Lösung wird bei einer Umwindespindel mit den eingangs genannten Merkma­ len erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß eine die Hohlwelle wenigstens teilweise umgebende Gehäusewandung ausgebildet ist, gegen die die Hohlwelle über ein oder mehrere Drehlagermittel abgestützt ist. Indem also die Drehlagerung nicht mehr zwischen Fadenführungskanal und Hohlwelle zur Mitnahme des Garnträ­ gers, sondern zwischen Hohlwelle und einem äußeren Gehäuse angeordnet ist, wird die Möglichkeit eröffnet, bei den Drehlagermitteln das feststehende Teil au­ ßerhalb bzw. um die angetriebene Hohlwelle herum anzuordnen. Damit sind ins­ besondere bei Verwendung von Kugellagern als Drehlagermittel die obengenann­ ten Nachteile, die vor allem auf dem rotierenden Außenring- bzw. Außenteil des Lagers zurückgehen, vermieden.

Aufgrund extern er Einflüsse wie Temperatur, mechanische Erschütterungen usw. kann sich für den Innenkanal ein Bewegungsspiel, z. B. Longitudinalschwingun­ gen, in axialer Richtung ergeben. Ferner sind innere Zwangskräfte zu berücksich­ tigen, die insbesondere auf unterschiedliche Wärmedehnungen des Fadenfüh­ rungs-Innenkanals, den Lagermitteln gegenüber Gehäuse und/oder Hohlwelle und auf das Gehäuse selbst zurückgehen. Die aus diesen Umständen resultierenden axialen Zwangsbewegungen des Innenkanals werden bei Einsatz von Kugella­ gern problematisch, weil diese in der Regel nicht in nennenswertem Umfang in der Lage sind, das entstehende Axialspiel des Innenkanals auszugleichen. Zur Lösung dieser Problematik wird nach einer Weiterbildung der Erfindung vorge­ schlagen, daß gegenüber dem Gehäuse und/oder der Hohlwelle der Innenkanal in einem Endbereich mit einem harten und im anderen Endbereich mit einem wei­ chen Axiallager abgestützt ist. Mit dem harten Axiallager werden Axialkräfte zwi­ schen beispielsweise Gehäuse und Innenkanal nahezu vollständig übertragen. Das weiche Axiallager dagegen ermöglicht es, die genannten Axialbewegungen und -kräfte durch entsprechenden Bewegungsspielraum auszugleichen. Nach ei­ ner besonderen Ausbildung dieses Gedankens ist der Innenkanal an einem Ende im Spindelgehäuse fest und steif eingespannt und gegenüber der Hohlwelle in einem Abstand, der insbesondere eine Luftlagerung bildet, angeordnet. Dies ent­ spricht dem bekannten Prinzip der Fest-Los-Lagerung, wonach das Loslager, bei­ spielsweise Luftlager, eine zusätzliche Längsverschiebung aufgrund unterschied­ licher Dehnungen von Innenkanal und sonstigen Spindelteilen gestattet.

Eine alternative Umsetzung des erfindungsgemäßen Prinzips der harten und gleichzeitig weichen Lagerung des Innenkanals gegenüber sonstigen Spindeltei­ len könnte in der Anwendung der sogenannten schwimmenden Lagerung mit Axialspiel liegen: Der Innenkanal wird über zwei Lager abgestützt, die jeweils Axialkräfte nur in einer Richtung entgegengesetzt zu der des jeweiligen anderen Lagers aufnehmen können. Hierzu sind in der Praxis einseitig wirkende Axiallager, beispielsweise Axial-Rillenkugellager, bekannt. Entsprechend der genannten Er­ findungsausbildung können diese in entsprechendem Abstand und zueinander entgegengesetzt angeordnet werden, um das genannte Axialspiel zu realisieren.

Im praktischen Betrieb kann das weitere Probleme der Resonanz- bzw. Eigenfre­ quenzen der Umwindespindel, insbesondere von deren erfindungsgemäß ange­ ordnetem Innenkanal, auftreten. Dem wird mit einer weiteren Erfindungsausbil­ dung begegnet, wonach der Innenkanal mit dem Gehäuse über ein zwischenge­ schaltetes Dämpfungselement verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich kann zur Vermeidung des Schwingungsproblems der Innenkanal über seine Länge in der Steifigkeit, Wandstärke und/oder im Innen- oder Außendurchmesser variiert sein. Die Variation kann in einer konischen oder abgestuften Verjüngung bestehen. So läßt sich beispielsweise über Verminderung der Wandstärke auch die Steifigkeit des Innenkanals ändern und so anpassen, daß Resonanzfrequenzen wenigstens im Nutzdrehzahlbereich unterdrückt bzw. nach außerhalb dieses Bereiches verla­ gert werden.

Zur Unterdrückung von Resonanzfrequenzen kann ferner ein stirnseitig angeord­ netes Abschußteil, das vorzugsweise eine zylindrische Achsen- oder Becher­ grundform aufweist, dienen. Bei Aufschieben dieses Abschlußteils wird nämlich der beispielsweise in Rohrform vorliegende Innenkanal abgestützt, was die Dämpfung von Schwingungen aufgrund Eigenfrequenzen herbeiführt.

Damit im Umspinnbetrieb ein möglichst unwuchtfreier Lauf der Spindeln gewähr­ leistet ist, ist eine möglichst rotationssymmetrische Montage anzustreben, die auch im Laufbetrieb bei hohen Drehzahlen beibehalten sein muß. Zu diesem Zweck ist nach einer Ausbildung der Erfindung vorgesehen, daß das Spindelge­ häuse eine mehrteilige, wenigstens zweiteilige Struktur aufweist, die in wenigstens einem stirnseitig angeordneten Anschlußteil vorzugsweise in zylindrischer Büch­ sen- oder Becherform und in einem damit verbundenen Lagerteil vorzugsweise in zylindrischer Hülsenform untergliedert ist. Der Lagerteil bildet die eingangs ge­ nannte Gehäusewandung, welche die Hohlwelle in Abstützung dagegen durch die Drehlagermittel umgibt. Dabei ist es zweckmäßig, beide Lager- und Abschlußteile als voneinander separate Stücke auszuführen. Wenn - in weiterer Ausbildung die­ ser Ausführungsart - der Abschlußteil bei seinem Aufstecken oder Aufschieben auf die Stirnseite der Spindel den bzw. das Lagerteil wenigstens teilweise umfaßt, wird eine zentrierende Wirkung für die Gesamtanordnung herbeigeführt, welche den obigen Anforderungen nützlich ist.

Weitere Einzelheiten, Merkmale, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfin­ dung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung dreier bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung und den Zeichnungen, die in Fig. 1-3 jeweils im axialen Längsschnitt diese Ausführungsbeispiele zei­ gen.

Gemäß Fig. 1 weist die Umwindespindel einen gleichsam eine Hohlachse bilden­ den Innenkanal 1 zur Fadenführung auf, der unmittelbar von einer drehbar gela­ gerten Hohlwelle 2 umgeben ist. Diese ist in ihrem mittleren Abschnitt auf ihrer Außenseite mit einem draufgeschobenen Antriebswirtel 3 für Tangentialriemen­ trieb starr verbunden. Gegen das Wirtel 3 ist ein axial oder achsparallel wirkendes Druckfederelement 4 abgestützt, gegen das ein Faden- oder Garnträger 5 mit Garnträger-Aufnahme 5a und Aufschiebbüchse 6 (teilweise gestrichelt gezeich­ net) aufgeklinkt werden kann. Solche Spulen-Adapter sind an sich bekannt (vgl. ältere deutsche Patentanmeldung 195 30 140.4).

Gemäß Fig. 1 sind der Innenkanal 1 und die Hohlwelle 2 in ihrem Unterabschnitt von einem zweiteiligen Gehäuse 7 umgeben, welches als Teile eine Zentrierbüch­ se 8 und eine Lagerhülse 9 aufweist. Die Zentrierbüchse 8 ist auf den unteren Endbereich der Hohlachse bzw. des Innenkanals 1 aufgesteckt, wobei als Welle- Nabe-Verbindung ein an sich bekannter Startoleranzring 10 dient. Dieser bewirkt aufgrund seiner Struktur in Umfangsrichtung des rohrartigen Innenkanals 1 und der an ihn anliegenden Bohrung der Zentrierbüchse 8 eine form- und/oder reib­ schlüssige Verbindung und damit eine Sicherung gegen Verdrehen zwischen Ge­ häuse 7 und Innenkanal 1. In radialer Richtung wird eine Fixierung primär durch Ein passen des unteren Endbereichs des Innenkanals 1 in die diesem zugeordne­ te Aufnahmebohrung der Zentrierbüchse 8 erreicht. In axialer bzw. achsparalleler Richtung jedoch erlaubt der Startoleranzring 10 gewisse Bewegungen und Spiel zum Ausgleich von Longitudinalschwingungen, Wärmedehnungen und sonstigen Verspannungen des Innenkanals 1.

Gemäß Fig. 1 schließt sich an das untere, stirnseitige Ende des Innenkanals 1 eine Führungsöse 11 beispielsweise aus Keramik an, die in derselben Bohrung der Zentrierbüchse 8 wie der untere Endbereich des Innenkanals 1 befestigt ist. Gegenüber dem die Führungsöse 11 und den unteren Endbereich des Innenka­ nals 1 umgebenden Basisabschnitt der Zentrierbüchse 8 ist eine achsparallel hochgezogene Zylinderwandung 12 ausgebildet, welche den unteren Endab­ schnitt oder Rand der Lagerhülse 9 in starrer und drehfester Verbindung umfaßt. Die Hohlwelle 2 ist gegenüber der Innenwandung der Lagerhülse 9 durch zwei Kugellager 13, 14 drehbar abgestützt, die zu je einer Seite der Schmiermittel- Haltescheibe 15 angeordnet sind. Die Kugellager 13, 14 können entweder als Rillenkugellager oder integriert mit der Lagerhülse 9 und der im Abstand gegen­ überliegenden Hohlwelle 2 realisiert sein. Im letzteren Fall sind in die Innenwan­ dung der Lagerhülse 9 jeweilige Laufbahnen 16 eingeschliffen, denen entspre­ chende Laufbahnen 7 auf der Außenwandung der Hohlwelle 2 gegenüberliegen. Darin sind Kugeln 18 als Wälzkörper geführt. Der Zwischenraum 19 zwischen der Lagerhülse 9 und der Hohlwelle 2 kann durch Schmiermittel (nicht gezeichnet) ausgefüllt sein, das aufgrund der feststehenden Lagerhülse 9 am Austreten mit gehindert ist.

Gemäß Fig. 1 ist der Innenkanal 1 in seinem oberen Endbereich gegenüber der verdrehbaren Hohlwelle 2 durch ein Rillenkugellager 20 abgestützt, das mit sei­ nem Außenring 21 auf einen in der Innenwandung der Hohlwelle 2 ausgebildeten Schultersitz 22 aufgesetzt ist. Auf die zum oberen Rand der Hohlwelle 2 weisende Stirnseite des Rillenkugellagers 20 ist eine in ihrem Außendurchmesser abgestuf­ te Fixierhülse 23 aufgesetzt, nachdem sie mit ihrem Anfangsabschnitt 24 kleine­ ren Außendurchmessers in die mit dem Schultersitz 22 kongruente Innendurch­ messer-Erweiterung der Hohlwelle 2 hineingeschoben worden ist. Insbesondere durch nachträgliches Verkleben der Fixierhülse 23 nebst deren Anfangsabschnitt 24 mit den anliegenden Seiten der Hohlwelle 2 läßt sich eine starre Verbindung und damit eine axiale Fixierung des Rillenkugellagers 20 erzielen. Zwar läßt das Rillenkugellager 20 axiales Spiel zwischen Hohlwelle 2 und Innenkanal 1 nur in einem begrenzten Umfang zu; dieser ist jedoch ausreichend, um axiale Verspan­ nungen einer oder beider genannten Komponenten 1, 2 oder auch deren Longi­ tudinalschwingungen, Wärmeausdehnungen usw. zu kompensieren. Unabhängig davon läßt auch der Startoleranzring 10 im unteren Endbereich zwischen Innen­ kanal 1 und Zentrierbüchse 8 axiales Spiel zu.

Demgegenüber unterscheidet sich die Ausführung nach Fig. 2 im oberen Endbe­ reich dadurch, daß anstelle des Rillenkugellagers ein Nadellager 25 verwendet ist, das bekanntlich keine Axialkräfte aufnehmen kann und mithin ein "weiches" Axiallager darstellt, das Spiel in axialer Richtung in ausreichendem Umfang für die genannten Zwecke zuläßt. Ein weiterer Unterschied besteht im unteren Endbe­ reich der Umwindespindel gemäß Fig. 2 in dem Einsatz eines elastischen Verbin­ dungselements 26 aus einer Kombination von Gummi und Metall anstelle eines Startoleranzringes. Dieses kann zur Dämpfung von Schwingungen des Innenka­ nals 1 dienen und ebenfalls in elastischer Weise axiales Spiel für den Innenkanal 1 zulassen. Das Verbindungselement 26 ist über ein Innenrohr 27, welches das untere Ende des Innenkanals 1 umfaßt, mit diesem beispielsweise stoffschlüssig durch Verkleben verbunden. Eine gleichartige Verbindung besteht zwischen dem das Verbindungselement von außen umfassenden Außenrohr 28 und der zylindri­ schen, anliegenden Innenwandung der Zentrierhülse 8.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist der Innenkanal 1 an seinem unteren En­ de in die Zentrierhülse 8 starr, fest und auch axial unbeweglich eingespannt. Die den Eingang der entsprechenden Fadenführung bildende Öse 11 ist direkt in das untere Stirnende des Innenkanals 1 eingepaßt. In seinem weiteren Längsverlauf nach oben vermindert sich der Innenkanal 1 in seinem Außendurchmesser durch Abstufungen 29, die durch querverlaufende Ringschultern realisiert sind. Mit den im zeichnerischen Beispiel insgesamt fünf Abstufungen 29 geht eine entspre­ chende, stufenartige Verminderung der Wanddicke von unten im von der Zentrier­ büchse 8 umfaßten Bereich nach oben zum oberen Stirnende 30 hin einher, wel­ ches den Ausgang für den zu führenden Seelenfaden (nicht gezeichnet) bildet. Mit dieser Variation der Wanddicke können gezielt die Lagen von Eigenfrequenzen des rohrförmigen Innenkanals 1 so eingestellt und verlagert werden, daß diese außerhalb des im Betrieb üblichen Drehzahlbereichs liegen. Indem im Bereich des Stirnendes 30 die Wanddicke des Innenkanals 1 am geringsten und damit dessen Abstand gegenüber der sich drehenden Hohlwelle 2 am größten ist, verbleibt aus­ reichend Spielraum für etwaige Radialschwingungen oder Querbewegungen des Innenkanals 1, die aufgrund der steifen Einspannung in der Zentrierbüchse 8 im unteren Stirnendbereich im Bereich des oberen Stirnendes 30 in ihren Amplituden bzw. Ausschlägen am größten sind. Da im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 zwi­ schen der Hohlwelle 2 und dem Innenkanal 1 einzig Luft als Lagermedium ver­ wendet wird (sogenanntes Luftlager), ergibt sich für den Innenkanal 1 in seinem oberen Stirnendbereich eine Beweglichkeit bzw. ein Spiel in allen Richtungen.

Claims (15)

1. Umwindespindel für Textilmaschinen, insbesondere Umspinnmaschinen, mit einem gegenüber einem stationären Gehäuse (7) oder Maschinenchassis unverdrehbar abgestützten Innenkanal (1) zur Führung eines Seelenfadens und mit einer den Innenkanal (1) umgebenden, drehbar gelagerten Hohlwelle (2) zur Auf- und Mitnahme (5a) eines Trägers (5) für um den Seelenfaden zu legende Mantelfäden, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Hohlwelle (2) wenigstens teilweise umgebende Gehäusewandung (9) ausgebildet ist, gegen die die Hohlwelle (2) über ein oder mehrere Drehlagermittel (13, 14) abgestützt ist.

2. Umwindespindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehlagermittel (13, 14) Wälzlager, insbesondere Kugellager ausgeführt sind.

3. Umwindespindel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehlagermittel (13, 14) eine oder mehrere in die Außenwandung der Hohlwelle (2) und gegenüberliegend auf die Innenseite der Gehäusewandung (9) eingeschliffene Laufbahnen (16, 17) aufweisen.

4. Umwindespindel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüber dem Gehäuse (7) und/oder der Hohlwelle (2) der Innenkanal (1) in einem Endbereich mit einem harten und im anderen Endbereich mit einem weichen Axiallager abgestützt ist.

5. Umwindespindel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenkanal (1) an einem Ende im Gehäuse (7) fest und steif eingespannt und gegenüber der Hohlwelle (2) im Abstand angeordnet ist.

6. Umwindespindel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüber dem Gehäuse (7) und/oder der Hohlwelle (2) der Innenkanal (1) mit einer Fest-Los-Lagerung oder einer schwimmenden Lagerung angeordnet ist.

7. Umwindespindel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenkanal (1) gegenüber der Hohlwelle (2) mit einem harten Axiallager, insbesondere Kugellager einschließlich Rillenkugellager (20), und gegenüber dem Gehäuse (7) mit einem weichen Axiallager, insbesondere elastischen oder elastomeren O-Ringen, Federelementen oder einer axial nachgiebigen Welle-Nabe-Verbindung (10), abgestützt ist.

8. Umwindespindel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenkanal (1) gegenüber der Hohlwelle (2) mit einem weichen Axiallager, insbesondere Magnet-, Gleit-, Luft- oder Wälz­ einschließlich Nadellager (25), ausgenommen Kugellager, abgestützt ist.

9. Umwindespindel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenkanal (1) mit dem Gehäuse (7) über ein zwischengeschaltetes Feder- und/öder Dämpfungselement (26) verbunden ist, das vorzugsweise mit Gummi und/oder Metall hergestellt ist.

10. Umwindespindel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüber dem Gehäuse (7) und/oder der Hohlwelle (2) der Innenkanal (1) mit einem Ende in starrer und fester Einspannung (31) und mit dem anderen Ende (}) beweglich angeordnet ist.

11. Umwindespindel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenkanal (1) über seine Länge in der Steifigkeit, Wandstärke und/oder im Innen- und/oder Außendurchmesser variiert ist.

12. Umwindespindel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Innen- und/oder Außendurchmesser des Innenkanals sich von dessen Gehäuse-Abstützung oder -Einspannung (31) aus mit zunehmender Erstreckung in die Hohlwelle (2), zum anderen Ende (30) und/oder zum Fadenausgang der Spindel verjüngt, vorzugsweise stufenweise (29) oder konisch.

13. Umwindespindel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (7) ein stirnseitig angeordnetes Abschlußteil (8) vorzugsweise in zylindrischer Büchsen- oder Becher- Grundform aufweist, gegen das der Innenkanal (1) abgestützt ist.

14. Umwindespindel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (7) eine mehrteilige Struktur aufweist, die wenigstens einen stirnseitig angeordneten Abschlußteil (8) vorzugsweise in zylindrischer Büchsen- oder Becherform und einen damit verbundenen Lagerteil (9) vorzugsweise in zylindrischer Hülsenform aufweist, der die Hohlwelle (2) in Abstützung durch die Drehlagermittel (13, 14) umgibt.

15. Umwindespindel nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerteil (9) gegenüber dem Abschlußteil (8) als separates Stück ausgeführt und von diesem wenigstens teilweise umfaßt ist.