DE19538624B4

DE19538624B4 - Spindel zur aerostatischen Lagerung eines Spinnrotors

Info

Publication number: DE19538624B4
Application number: DE1995138624
Authority: DE
Inventors: Gerhard Wanger
Original assignee: Wanger Gerhard Dipl-Ing
Current assignee: Wanger Gerhard Dipl-Ing
Priority date: 1994-11-29
Filing date: 1995-10-17
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2015-10-18
Also published as: DE4442384C1; DE19528452A1; DE19538624A1; DE19528452C2

Abstract

Spindel zur aerostatischen Lagerung eines Offenend-Spinnrotors, bestehend aus einer rotierenden Welle, die aerostatisch in einem Gehäuse in axialer und radialer Richtung gelagert ist, wobei die Welle einen freischwingenden Fortsatz aufweist, an dessen einem Ende der Spinnmotor angebracht ist und die Lagerung des Fortsatzes am rotorseitigen Ende durch ein als Gleit- oder Wälzlager ausgebildetes Lager erfolgt und wobei dieses Lager mindestens des zweifache Lagerspiel der aerostatisch radialen Lagerung aufweist (nach Patent 44 42 384), dadurch gekennzeichnet, daß am freien Ende des Antriebselementes (4) noch ein zusätzliches radiales Lager (6) angebracht ist.

Description

Aus der DE 76 11 594 U1 geht ein Gaslager für schnellrotierende Teile an Textilmaschinen hervor, wobei das Gaslager als Folienlager ausgebildet ist. Hierdurch wird ein Gaslager für schnellrotierende Teile an Textilmaschinen geschaffen, das sich durch Stabilität, Betriebssicherheit und Wartungsfreiheit auszeichnet und dabei noch preiswert herstellbar und einfach montierbar ist.

Im Hauptpatent 44 42 384 ist eine Spindel zur aerostatischen Lagerung eines Spinnrotors beschrieben. 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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Spindel anzubieten, bei der selbsterregte axiale Schwingungen vermieden werden.

Es wurde nun gefunden, daß ein zusätzliches radiales Lager am freien Ende des Antriebselementes 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 Antriebselement 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 aerostatischen Axiallager, die vom größeren Lagerdurchmesser zu einem kleineren Innendurchmesser 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 herzustellen 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 Durchbiegung ausbilden.

Im Hauptpatent wurde vorgeschlagen die lösbare Verbindung zum Auswechseln des Spinnrotors am Ende des freischwingenden Fortsatzes anzubringen. Hier soll nun eine spezielle Ausführungsform, die das schnelle Auswechseln des Spinnrotors ermöglicht näher beschrieben werden. Besonders geeignet ist ein Schnappverschluß, der durch elastische Verformung der Verbindungsteile eine Zusammenhaltekraft erzeugt. Als elastisches Verbindungsteil ist ein Ring aus Federstahl geeignet.

Um einen spielfreien Sitz des Rotors zu gewährleisten sollte die Verbindungsstelle konisch ausgebildet sein. Ein Schlitz am Umfang des Ringes bewirkt eine höhere Elastizität, wodurch günstigere 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 Fortsatz 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 abzubremsen, 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 Abdichtung zu dem über eine Bohrung mit Druckluft gespeisten Raum im Gehäuse entsteht.

Ein Vorteil dieser Anordnung ist die Rückstellung des Bremsbelages, welche durch die Schubkräfte in den O-Ringen erreicht wird, so daß nach Beendigung des Bremsvorganges der Belag nicht länger an der Scheibe reibt.

1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lagerung eines Spinnrotors.
2 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schnappverschlußes zur Befestigung eines Spinnrotors am Ende eines freischwingenden Fortsatzes.
3 und 4 zeigen Ausführungsformen von Bremsvorrichtungen, wobei die axial gelagerte Scheibe am Ende der Welle genutzt wird.
In 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 Antriebselement 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 verbunden. 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 lastabhängigen 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 Gleitlager 7 anhand von O-Ringen aufgehängt.
In 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 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 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 aerostatische Axiallager erzeugt.

Claims

Spindel zur aerostatischen Lagerung eines Offenend-Spinnrotors, bestehend aus einer rotierenden Welle, die aerostatisch in einem Gehäuse in axialer und radialer Richtung gelagert ist, wobei die Welle einen freischwingenden Fortsatz aufweist, an dessen einem Ende der Spinnmotor angebracht ist und die Lagerung des Fortsatzes am rotorseitigen Ende durch ein als Gleit- oder Wälzlager ausgebildetes Lager erfolgt und wobei dieses Lager mindestens des zweifache Lagerspiel der aerostatisch radialen Lagerung aufweist (nach Patent 44 42 384), dadurch gekennzeichnet, daß am freien Ende des Antriebselementes (4) noch ein zusätzliches radiales Lager (6) angebracht ist.
Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager am freien Ende des Antriebselementes als ein aerostatisch radiales Lager (6) ausgebildet ist.
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.
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.
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.
Lagerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (20) und die Welle (3, 5) einteilig sind.
Lagerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (10) durch eine Preß- oder Schweißverbindung mit der Welle (3, 5) verbunden ist.
Lagerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Scheibe (10) einseitig ein ringförmiger Dauermagneten angebracht ist,
Lagerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsglied (12) der beiden 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.
Lagerung nach einem der Ansprüche 1–2, dadurch gekennzeichnet, daß als lösbare Verbindung zwischen Spinnrotor (1) und Fortsatz der Welle (2) ein Schnappverschluß vorgesehen ist.
Lagerung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Schnappelement ein elastischer Ring (23) verwendet wird und der Sitz zwischen Spinnrotor und Fortsatz konisch ausgebildet ist.
Lagerung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Ring (23) am Umfang mindestens einmal geschlitzt ist.
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.
Lagerung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bohrung (32) in den zwischen ringförmigen Fortsatz (34) und Gehäuse (31) gebildeten, radialen Spalt (33) einmündet.
Lagerung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Fortsatz (34) der Scheibe (35) ein Wandstärke-Breiten-Verhältnis von mindestens 1 : 2 besitzt.
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.
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) zeitweise mit Druckluft gespeist wird.