DE19538624A1 - Spindel zur aerostatischen Lagerung eines Spinnrotors - Google Patents
Spindel zur aerostatischen Lagerung eines SpinnrotorsInfo
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- D01H4/04—Open-end spinning machines or arrangements for imparting twist to independently moving fibres separated from slivers; Piecing arrangements therefor; Covering endless core threads with fibres by open-end spinning techniques imparting twist by contact of fibres with a running surface
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Description
Im Hauptpatent 44 42 384 ist eine Spindel zur aerostatischen Lagerung eines Spinnrotors be
schrieben. Bei der Ausführungsform im Hauptpatent ist die aerostatische Lagerung zwischen
Spinnrotor und Antriebselement angebracht. Der vorhandene Hebelarm zwischen der Lagerung
und der Radialkraft am Antriebselement (z. B. Riemenanpreßkraft) bewirkt ein Verkippen der
Welle im Lagergehäuse. Durch dieses Kippmoment entsteht eine ungünstige Druckverteilung im
Lagerspalt. Deshalb ist die Belastbarkeit der aerostatischen Lagerung wesentlich geringer. Dies
hat zur Folge, daß stoßartige Kräfte die vom Antriebselement ausgehen zur Überlastung und
zum Ausfall der aerostatischen Lagerung führen können.
Es wurde nun gefunden, daß ein zusätzliches radiales Lager am freien Ende des Antriebselemen
tes die radiale Belastbarkeit des aerostatischen Lagers wesentlich erhöht. Um weiterhin eine
verschleißfreie Lagereinheit zu gewährleisten, ist es sinnvoll, als zusätzlich radiales Lager ein
aerostatisches Lager zu verwenden. Diese mittige Anordnung des Antriebselements zwischen
den beiden aerostatischen Lagern führt zu einer kippmomentfreien Belastung. Deshalb bildet
sich über die gesamte Lagerlänge eine gleichmäßige Verengung der beiden Lagerspalte und es
entsteht eine günstigere Druckverteilung, die eine viel höhere Belastbarkeit der aerostatischen
Lager bewirkt.
Aus fertigungstechnischen Gründen ist es vorteilhaft den im radialen Lager am freien Ende des
Antriebselementes gelagerten Teil der Welle und den freischwingenden Fortsatz, an dessen Ende
der Spinnrotor befestigt ist, aus einem Teil herzustellen. Um den zwischen Spinnrotor und An
triebselement gelagerten Teil der Welle auf dem hinteren Teil der Welle zu befestigen, ist eine
günstige Preßverbindung im Bereich des Antriebselementes vorgesehen.
Bei der Ausführungsform im Hauptpatent befinden sich an den Enden der Welle die beiden ae
rostatischen Axiallager, die vom größeren Lagerdurchmesser zu einem kleineren Innendurch
messer hin durchströmt werden. Um die Reibleistung des radialen Lagers zu verringern mußte
der Lagerdurchmesser verkleinert werden, wodurch sich das Problem ergab, daß das Axiallager
selbsterregte axiale Schwingungen ausführte. Es ist deshalb vorteilhafter, an einem Ende der
Welle eine Scheibe anzubringen, die zur beidseitigen Axiallagerung der Welle dient. Je nach
dem Fertigungs- oder Montageverfahren ist es günstig die Welle und Scheibe einteilig herzustel
len oder durch eine Preß- bzw. Schweißverbindung miteinander zu verbinden.
Durch das einseitige Anbringen eines ringförmigen Dauermagneten, der eine Anziehungskraft
auf die Scheibe am Ende der Welle ausübt, kann auf eines der beiden aerostatisch axialen Lager
verzichtet werden, was je nach Ausführungsform einen fertigungstechnischen Vorteil bieten
kann.
Durch die Riemenanpreßkraft auf das Antriebselement findet eine Verformung der Welle statt.
Es wurde gefunden, daß die aerostatischen Lager die höchste Tragfähigkeit gewährleisten, wenn
die Verformung des Verbindungsgliedes der Lager der Verformung der Welle im Bereich des
Antriebselementes angepaßt ist, weil dann eine gleichmäßige Verengung des Lagerspaltes über
die gesamte Lagerlänge des jeweiligen Radiallagers gegeben ist. Um dies zu erreichen müssen
die beiden aerostatischen Lager einzeln im Spindelgehäuse so aufgehängt werden, daß sie eine
Neigung zur Längsachse der Spindel ohne Widerstand ausführen können. Hierzu eignen sich
membranartig ausgebildete Körper oder eine elastische Aufhängung durch O-Ringe.
Da Durchmesser und Länge des Antriebselements vorgegeben sind, muß das Verbindungsglied
der aerostatisch radialen Lager von seinen geometrischen Abmessungen wie Länge, Breite und
Höhe so angepaßt sein, daß bei einer gegebenen Belastung durch die Riemenanpreßkraft das
Verbindungsglied der Lager und das Antriebselement der Welle die annähernd gleiche Durch
biegung ausbilden.
Im Hauptpatent wurde vorgeschlagen die lösbare Verbindung zum Auswechseln des Spinnro
tors am Ende des freischwingenden Fortsatzes anzubringen. Hier soll nun eine spezielle Ausfüh
rungsform, die das schnelle Auswechseln des Spinnrotors ermöglicht näher beschrieben werden.
Besonders geeignet ist ein Schnappverschluß, der durch elastische Verformung der Verbin
dungsteile eine Zusammenhaltekraft erzeugt. Als elastisches Verbindungsteil ist ein Ring aus
Federstahl geeignet.
Um einen spielfreien Sitz des Rotors zu gewährleisten sollte die Verbindungsstelle konisch aus
gebildet sein. Ein Schlitz am Umfang des Ringes bewirkt eine höhere Elastizität, wodurch gün
stigere Fertigungstoleranzen der Verbindung gegeben sind.
Ein weiterer Vorteil dieser Verbindung anhand eines Ringes ist, daß durch die auftretenden
Fliehkräfte eine Aufweitung des Ringes stattfindet, wodurch die Verbindung im dynamischen
Zustand einen noch stärkeren Halt bekommt.
Es stellte sich als sinnvoll heraus die Scheibe, welche zur axialen Lagerung dient, zusätzlich zur
Abbremsung der Welle zu verwenden. Hier gibt es nun die Möglichkeit einen ringförmigen Fort
satz am Rand der Scheibe zu befestigen, der zusammen mit dem Gehäuse einen radialen Spalt
bildet, in den über eine Bohrung Flüssigkeit gedrückt wird, so daß durch die Flüssigkeitsreibung
die Welle hydrodynamisch abgebremst wird.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin die Scheibe durch einen ringförmigen Bremsbelag abzu
bremsen, der im Gehäuse verschiebbar befestigt ist. Die Anpreßkraft für diesen Bremsbelag
kann mechanisch, elektromagnetisch oder pneumatisch erzeugt werden. Bei einer pneumatisch
betätigten Bremse ist der Bremsbelag an O-Ringen im Gehäuse aufgehängt, damit eine Abdich
tung zu dem über eine Bohrung mit Druckluft gespeisten Raum im Gehäuse entsteht.
Ein Vorteil dieser Anordnung ist die Rückstellung des Bremsbelages, welche durch die Schub
kräfte in den O-Ringen erreicht wird, so daß nach Beendigung des Bremsvorganges der Belag
nicht länger an der Scheibe reibt.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lagerung eines Spinnrotors.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schnappverschlusses zur Befesti
gung eines Spinnrotors am Ende eines freischwingenden Fortsatzes.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen Ausführungsformen von Bremsvorrichtungen, wobei die axial gela
gerte Scheibe am Ende der Welle genutzt wird.
In Fig. 1 ist ein Spinnrotor 1 dargestellt, der durch eine lösbare Verbindung am Ende eines
freischwingenden Fortsatzes 2 befestigt ist. An diesem Ende befindet sich noch ein Gleitlager 7,
das die Schwingungsausschläge beim Durchfahren der ersten Eigenschwingung des Fortsatzes
begrenzt.
Die aerostatisch im Gehäuse in radialer und axialer Richtung gelagerte Welle besteht aus zwei
Lagerteilen 3, 5, die durch das Antriebselement 4 miteinander verbunden sind. Über dieses An
triebselement 4 läuft ein Flachriemen, der radiale Kräfte ausübt. Die zwei Lagerteile 3, 5 der
Welle sind durch eine Preßverbindung 13 im Bereich des Antriebselements 4 miteinander ver
bunden. Der hintere Lagerteil der Welle 5 und der freischwingende Fortsatz 2 sind aus einem
Teil hergestellt. Am rotorseitigen Ende der Welle ist eine Scheibe 10 durch eine Preßverbindung
angebracht, die zur axialen Lagerung in beide Richtungen dient. Die beiden Lagerkörper 6, 11
bestehen jeweils aus einer Buchse 8, in die zwei Ringe eingepreßt sind, zwischen denen sich ein
Spalt befindet, der für die Luftzuführung des aerostatisch radialen Lagers notwendig ist. Jeder
Lagerkörper 6, 11 besitzt einen Luftanschluß. Das Verbindungsglied 12 der beiden Lagerkörper 6, 11
ist in seinen geometrischen Abmessungen so gestaltet, daß es annähernd der lastabhängi
gen Verformung des Antriebselements 4 angepaßt ist. Lagerkörper 6, 11 und Verbindungsglied
12 sind in dieser Ausführung einteilig. Jeder Lagerkörper 6, 11 ist an einem O-Ringen 14 im
Spindelgehäuse 15 befestigt. Im vorderen Lagerkörper 11 ist eine Buchse 9 eingepreßt, die zur
Abstützung des Axiallagers vorhanden ist. In dieser Buchse 9 ist das oben beschriebene Gleitla
ger 7 anhand von O-Ringen aufgehängt.
In Fig. 2 ist ein Schnappverschluß dargestellt, der Spinnrotor 1 und freischwingenden Fortsatz
2 miteinander verbindet. An dem konischen Ende des Fortsatzes befindet sich eine Nut 25, in
die ein elastisch verformbarer Ring 23 eingebracht ist. Der Sitz am Spinnrotor 1 wird durch
zwei gegenläufige Konusse gebildet, die sich an der Schnappkante 26 treffen. Um eine höhere
Elastizität des Ringes 23 zu erreichen, ist er am Umfang 24 einmal geschlitzt.
In Fig. 3 ist die Ausführungsform einer hydrodynamischen Bremse dargestellt. Hierzu ist ein
ringförmiger Fortsatz 34 am Rand der zur Axiallagerung der Welle 36 vorgesehenen Scheibe 35
befestigt. Dieser Fortsatz 34 bildet zusammen mit dem Gehäuse 31 einen radialen Spalt 33.
Über eine Bohrung 32 wird Öl in diesen Spalt 33 gedrückt. Durch die Flüssigkeitsreibung wird
die Welle 36 und der Spinnrotor 1 bis zum Stillstand abgebremst.
In Fig. 4 ist die Ausführungsform einer pneumatisch betätigten Reibbelagbremse dargestellt.
Hierbei wird ebenfalls die zur Axiallagerung der Welle 46 vorgesehene Scheibe 45 verwendet,
indem ein Bremsbelag 44 einseitig auf die Axialfläche gedrückt wird. Der Bremsbelag 44 ist
verschiebbar im Gehäuse 41 anhand von O-Ringen 43 befestigt. Der Bremsbelag 44 mit den
O-Ringen 43 und das Gehäuse 41 bilden einen Raum, der beim Bremsen über eine Bohrung 42 mit
Druckluft versorgt wird. Die dem Bremsdruck entgegengesetzte Axialkraft wird durch das ae
rostatische Axiallager erzeugt.
Claims (17)
1. Spindel zur aerostatischen Lagerung eines Spinnrotors, bestehend aus einer rotierenden Wel
le, die aerostatisch in einem Gehäuse in axialer und radialer Richtung gelagert ist, wobei die
Welle einen freischwingenden Fortsatz aufweist, an dessen einem Ende der Spinnrotor ange
bracht ist und die Lagerung dieses Fortsatzes am rotorseitigen Ende durch ein als Gleit- oder
Wälzlager ausgebildetes Lager erfolgt, wobei dieses Lager mindestens das zweifache Lagerspiel
der aerostatisch radialen Lagerung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß am freien Ende des
Antriebselementes (4) noch ein zusätzliches radiales Lager (6) angebracht ist.
2. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager am freien Ende des An
triebselementes als ein aerostatisch radiales Lager (6) ausgebildet ist.
3. Lagerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der im radialen Lager am freien
Ende des Antriebselementes gelagerte Teil der Welle (5) und der freischwingende Fortsatz (2),
an dessen Ende der Spinnrotor (1) befestigt ist, einteilig sind.
4. Lagerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der im radialen Lager zwischen
Spinnrotor und Antriebselement gelagerte Teil der Welle (3) und der im Lager am freien Ende
des Antriebselementes gelagerte Teil der Welle (5) durch eine Preßverbindung (13) miteinander
verbunden sind.
5. Lagerung nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Scheibe (10) an
einem der beiden Enden der Welle (3, 5) angebracht ist, die zur aerostatisch axialen Lagerung
der Welle dient.
6. Lagerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (10) und die Welle
(3, 5) einteilig sind.
7. Lagerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (10) durch eine Preß-
oder Schweißverbindung mit der Welle (3, 5) verbunden ist.
8. Lagerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Scheibe (10) einseitig ein
ringförmiger Dauermagneten angebracht ist.
9. Lagerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsglied (12) der bei
den aerostatisch radialen Lager (6, 11) von den geometrischen Abmessungen so ausgebildet ist,
daß die Verformung dieses Verbindungsglieds (12) der Verformung der belasteten Welle (3, 4, 5)
im wesentlichen angepaßt ist.
10. Lagerung nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß als lösbare Verbin
dung zwischen Spinnrotor (1) und Fortsatz der Welle (2) ein Schnappverschluß vorgesehen ist.
11. Lagerung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Schnappelement ein elasti
scher Ring (23) verwendet wird und der Sitz zwischen Spinnrotor und Fortsatz konisch ausge
bildet ist.
12. Lagerung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Ring (23) am
Umfang mindestens einmal geschlitzt ist.
13. Lagerung nach Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die an einem Ende der
Welle (36) angebrachte Scheibe (35) am Rand mit einem ringförmigen Fortsatz (34) ausgebildet
ist und dieser Fortsatz zusammen mit dem Gehäuse (31) einen radialen Spalt (33) bildet.
14. Lagerung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bohrung (32) in den zwi
schen ringförmigen Fortsatz (34) und Gehäuse (31) gebildeten, radialen Spalt (33) einmündet.
15. Lagerung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Fortsatz (34) der
Scheibe (35) ein Wandstärke-Breiten-Verhältnis von mindestens 1 : 2 besitzt.
16. Lagerung nach Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüber der am Ende
der Welle (46) angebrachten Scheibe (45) ein ringförmiger Bremsbelag (44) angeordnet ist und
der Bremsbelag axial verschiebbar im Gehäuse (41) befestigt ist.
17. Lagerung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Bremsbelag (44)
an Gummiringen (43) im Gehäuse (41) aufgehängt ist, und diese Gummiringe (43) zusammen
mit dem Bremsbelag (44) einen Raum im Gehäuse abdichten, der über eine Bohrung (42) zeit
weise mit Druckluft gespeist wird.
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