DE19548664A1 - Zentrifugenmagnetlagerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lagerung für eine Zentrifuge einer Zentrifugenspinnmaschine oder Vakuumspinnmaschine.

Neben den zwei grundsätzlich verschiedenen Spinnverfahren des Ringspinnens und Rotorspinnens ist zum Beispiel aus der DE 9 17 562 oder aus der DE 29 37 016 das Zentrifugenspinnverfahren bekannt, das die Vorteile der beiden anderen Spinnverfahren in sich vereint. Das Ringspinnen ist ein relativ langsames Verfahren, das aber besonders feines und gleichmäßiges Garn liefert. Demgegenüber arbeitet das Rotorspinnen mit bis zu 4facher Geschwindigkeit, liefert aber Garn in einer geringeren Qualität.

Mit dem Zentrifugenspinnverfahren lassen sich Garne aus Wolle, Baumwolle, synthetischen Fasern, oder Mischungen hiervon, insbesondere im feineren Garnbereich spinnen. Dabei werden die Fasern in einer sich schnell drehenden Zentrifuge, in die sie aus einem Streckwerk als sogenanntes Faserbändchen zugeführt werden, durch Verdrehen zu Garn gesponnen. Dem Streckwerk werden die Fasern aus einer Kanne als Streckenband zugeführt.

Die Zentrifuge ist ein Spinntopf, in den das Faserbändchen über ein sich hin- und herbewegendes (changierendes) Rohr zugeführt wird und sich aufgrund der Fliehkraft an der Zentrifugenwandung anlegt. Sobald das gewünschte Garnvolumen in die Zentrifuge eingebracht worden ist, wird der Spinnvorgang unterbrochen und das Garn aus der Zentrifuge entnommen. Dazu greift ein sogenannter Doffer mit einer drehbar gelagerten Doffspindel in die rotierende Zentrifuge ein. Sodann wird die Drehzahl der Zentrifuge auf 0 oder bis auf eine geringe Drehzahl reduziert, bei der die Garnwicklung auf die Doffspindel oder eine darauf befindliche Hülse aufschrumpft, so daß sie zusammen mit dem Doffer entnommen werden kann.

Eine andere Möglichkeit zur Entnahme des Garns aus der Zentrifuge besteht darin, daß die Zentrifuge durch Umspulen des Garns geleert wird, wodurch dem Garn eine zusätzliche Drehung erteilt wird. Aus der DE 32 39 386 ist auch bekannt, daß das Garn bei weiterlaufender Zentrifuge umgespult werden kann.

Mit dem Zentrifugenspinnverfahren lassen sich bei hoher Garnqualität hohe Spindeldrehzahlen und damit eine hohe Ausbringung erreichen. Um die Leistung weiter zu optimieren ist es erforderlich, die Zentrifugendreh­ zahlen weiter zu erhöhen, was jedoch einen sehr hohen Energie- und Kapitaleinsatz verlangt. Zur Verringerung des Energieeinsatzes und zur Sicherstellung einer hohen Wirtschaftlichkeit sind verschiedene Verfahren getestet worden, von denen jedoch nur das Vakuum-spinnverfahren zu zufriedenstellenden Ergebnissen führte.

Das Prinzip des Vakuumspinnverfahrens wird in der internationalen Patentanmeldung PCT/EP94/01415 beschrieben. Ferner wird in dieser Anmeldung eine Vorrichtung hierzu beschrieben, bei der die Zentrifuge innerhalb eines Zentrifugengehäuses drehbar angeordnet ist, und der Innenraum zwischen der Zentrifuge und dem Gehäuse mit Unterdruck, vorzugsweise mit Vakuum beaufschlagbar ist. Innerhalb der Zentrifuge, in die bei sehr hohen Drehzahlen eingesponnen wird, herrscht normaler Luftdruck.

Solch hohe Drehzahlen von bis zum 72 000 U/min sind mit konventionellen Lagerungen, insbesondere mit Wälzlagern nicht oder nur mit erheblichem Energieeinsatz zu erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine konstruktiv einfache und preiswerte Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sehr hohe Drehzahlen und eine exakte Führung der Zentrifuge auch unter Vakuum ermöglicht und bei minimalem Verschleiß nur einen geringen Energieaufwand erfordert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zentrifuge in mindestens zwei Magnetlagern gelagert ist.

Magnetlager sind auch unter Vakuum einsetzbar und gewährleisten auch bei höchsten Drehzahlen einen minimalen Verschleiß. Sie sind konstruktiv einfach und preiswert herzustellen und erfordern nur einen geringen Energieeinsatz.

Grundsätzlich sind für die Lagerung der Zentrifuge zwei verschiedene Lageranordnungen möglich.

Bei einer ersten Möglichkeit der Zentrifugenlagerung weist die Außenwandung der Zentrifuge zwei konisch ausgebildete Bereiche auf, die innerhalb zweier konisch ausgebildeter Magnetlager gelagert sind. Die Schrägen der konisch ausgebildeten Zentrifugenbereiche weisen dabei in entgegengesetzte Richtungen, so daß die Zentrifuge in jedem Magnetlager radial und eine Richtung axial fixiert ist.

Bei einer alternativen Lageranordnung ist die Außenwandung der Zentrifuge zylindrisch ausgebildet und in zwei Magnetlagern radial gelagert. Außerdem hat die Zentrifuge einen flanschförmig überstehenden Kragen, über den sie in einem Magnetlager axial gelagert ist. Das axiale Magnetlager besteht dabei aus zwei Lagerringen, die jeweils auf einer Seite des Kragens der Zentrifuge angeordnet sind.

Die Lagerringe der radialen oder konisch ausgebildeten Magnetlager können dabei drei oder mehr Magnete (Polschuhe) aufweisen.

Eine besonders gute Führung der Zentrifuge in den Magnetlagern kann dadurch erreicht werden, daß die Zentrifuge vollständig aus Stahl gefertigt ist. Um Gewicht einzusparen ist es jedoch auch möglich, die Zentrifuge als Verbundkörper aus Stahl mit Aluminium, Titan und/oder Kunststoff zu fertigen.

Besonders günstig ist es, den Antriebsmotor der Zentrifuge zwischen den Magnetlagern um die Außenwandung der Zentrifuge herum anzuordnen. Der Rotor des Antriebsmotor ist dabei an der Außenwandung der Zentrifuge befestigt, so daß die Zentrifuge die Rotorachse bildet.

Wenn sich die Zentrifuge an dem der Entnahmeöffnung gegenüberliegenden Ende flaschenförmig zu einem Hals verengt, kann der Antriebsmotor der Zentrifuge vorteilhafterweise um den Zentrifugenhals angeordnet sein. Der Zentrifugenhals dient dabei als Rotorachse.

In beiden Fällen ist ein zusätzliches Getriebe zur Übertragung der Drehbewegung des Antriebsmotors auf die Zentrifuge nicht erforderlich. Bei einer Vakuumspinnmaschine kann der Stator des Antriebsmotors dabei vorteilhafterweise an der Innenseite des Zentrifugengehäuses befestigt sein.

Bei einer Vakuumspinnmaschine muß zwischen der Zentrifuge und dem Zentrifugengehäuse eine Dichtung vorgesehen sein, damit sich innerhalb des Zentrifugengehäuses Unterdruck bzw. Vakuum aufbauen kann. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn diese Dichtung zwischen dem Zentrifugen­ gehäuse und dem Zentifugenhals, insbesondere dem freien Ende des Zentrifugenhalses, vorgesehen ist, da hier die kleinsten Durchmesser vorliegen und die Dichtungen somit kleiner gebaut werden können wodurch geringere Reibungskräfte oder Leckverluste auftreten.

Für die Dichtung am Zentrifugenhals sind drei verschiedene Anordnungsmöglichkeiten besonders vorteilhaft.

Eine erste Möglichkeit besteht darin, daß die Dichtung durch ein federnd an der Stirnseite des freien Endes des Zentrifugenhalses anliegendes Dichtungsteil, insbesondere aus Kunststoff, gebildet ist. Dabei muß vermieden werden, daß die Druckdifferenz zwischen Vakuum im Zentrifugengehäuse und Normalatmosphäre innerhalb der Zentrifuge die Dichtung auf die Zentrifuge drückt und unzulässig hohe Reibungskräfte entstehen. Auf besonders vorteilhafte Weise kann ein Druckausgleich zwischen Anpreßdruck des Dichtungsteils an den Zentrifugenhals und der Druckdifferenz zwischen Vakuum und Normalatmosphäre dadurch erreicht werden, daß das Dichtungsteil balgförmig insbesondere als Faltenbalg ausgebildet ist.

Eine zweite Möglichkeit zur Gestaltung der Dichtung besteht darin, daß die Dichtung durch ein Luftlager gebildet ist, das insbesondere in einer Membrane am Zentrifugengehäuse befestigt ist und in dem der Zentrifugenhals gelagert ist. Das Luftlager übernimmt dabei die Funktion der Dichtung, da die Druckluftmenge, die in das Vakuum im Zentrifugengehäuse strömt, sehr gering ist und problemlos von der Vakuumpumpe abgesaugt werden kann.

Eine dritte Möglichkeit zur Gestaltung der Dichtung besteht darin, daß die Dichtung durch einen Mikrospalt zwischen der Stirnseite des freien Endes des Zentrifugenhalses und dem Zentrifugengehäuse gebildet ist. Dabei wird die Magnetlagertechnik zur Einhaltung des Mikrospaltes genutzt. Besonders einfach kann die Spaltbreite des Mikrospaltes geregelt werden, wenn nahe dem freien Ende des Zentrifugenhalses ein Sensor an dem Zentrifugengehäuse angeordnet ist, durch den der Abstand zu einer flanschartig am Zentrifugenhals befestigten Sensorscheibe oder zu einer Körperkante am Zentrifugenhals meßbar ist. Wenn die Spaltbreite des Mikrospaltes zu groß oder zu klein wird, gibt der Sensor ein entsprechendes Signal an die Steuerung der Magnetlager, die daraufhin die Lagerströme so abändert, daß die Zentrifuge wieder in die gewünschte Position gebracht wird und der Mikrospalt die vorgeschriebene Spaltbreite aufweist. Besonders gut kann die Spaltbreite des Mikrospaltes bei Lagerung der Zentrifuge in radialen und axialen Magnetlagern geregelt werden.

Obwohl bei dieser dritten Möglichkeit der Gestaltung der Dichtung keine Berührung zwischen dem Zentrifugengehäuse und dem Zentrifugenhals vorgesehen ist, ist es vorteilhaft, wenn das Zentrifugengehäuse an dem Mikrospalt eine ringförmige Ausnehmung aufweist, in die ein Ring aus einem Werkstoff mit einem geringen Reibungskoeffizient eingesetzt ist. Dadurch können Beschädigungen des Zentrifugengehäuses und der Zentrifuge bei einer unvorhergesehenen Berührung auf ein Minimum reduziert werden. Besonders günstig ist es, einen Ring aus Polytetrafluorethylen (PTFE) einzusetzen, der durch entsprechende Füllsubstanzen, z. B. Kohle oder Glas eine ausreichende Härte erhält.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.

Es zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine in zwei radialen und einem axialen Magnetlagern gelagerte Zentrifuge,

Fig. 2+3 Querschnitt durch eine in zwei konisch ausgebildeten Magnetlagern gelagerte Zentrifuge,

Fig. 4 Einzelheit X aus Fig. 1 mit einem Mikrospalt als Dichtung,

Fig. 5 Einzelheit Y aus Fig. 2 mit einem Luftlager als Dichtung und

Fig. 6 Einzelheit Z aus Fig. 3 mit einem Faltenbalg als Dichtung.

Die Magnetlagerung der Zentrifuge 1 kommt bei einer nicht näher dargestellten Vakuumspinnmaschine zum Einsatz, die in Längsbauweise ausgeführt ist. Dabei können bis zu 100 oder mehr Spinnstellen 2 an einer Längsseite der Maschine in einem Spinnstellenabstand t (Teilung) nebeneinander angeordnet sein. Unterhalb der Spinnstellen 2 befinden sich die Kannen, aus denen den einzelnen Spinnstellen 2 das Streckenband über ein Streckwerk von unten zugeführt wird.

An jeder Spinnstelle 2 befindet sich eine in einem Gehäuse 3 um eine senkrechte Achse 4 rotierende Zentrifuge 1, innerhalb der der eigentliche Spinnvorgang stattfindet. Das aus dem Streckwerk einer Spinnstelle 2 austretende Faserbändchen wird der Zentrifuge 1 von unten her über ein sich hin- und herbewegendes (changierendes) Spinnrohr zugeführt. Die Zentrifugen 1 rotieren in den Zentrifugengehäusen 3 unter Unterdruck (idealerweise Vakuum), wobei Drehzahlen bis zu 72 000 U/min möglich sind.

Die in Fig. 1 dargestellte Zentrifuge 1 ist aus Stahl gefertigt und kreiszylindrisch ausgebildet. Sie weist an ihrem oberen, zur Entnahme des Spinngutes offenen Ende einen flanschförmig nach außen überstehenden Kragen 5 auf.

Die Außenwandung 6 der Zentrifuge 1 ist in zwei radialen Magnetlagern 7 gelagert, die innen an dem Zentrifugengehäuse 3 befestigt sind. Oberhalb der beiden radialen Magnetlager 7 ist ein aus zwei Lagerringen 8 bestehendes axiales Magnetlager 9 am Zentrifugengehäuse 3 befestigt, in dem der Zentrifugenkragen 5 gelagert ist.

Die beiden radialen Magnetlager 7 und die beiden Lagerringe 8 des axialen Magnetlagers 9 weisen je vier Jeweils um 90 Grad zueinander versetzte Elektromagnete (Polschuhe) auf, durch die bei Einschalten des Lagerstroms das Magnetfeld ausgebildet wird, das die Zentrifuge 1 in der gewünschten Position zentriert und lagert.

Anstelle der in Fig. 1 dargestellten radialen und axialen Magnetlager 7 und 9 können auch zwei konisch ausgebildete Magnetlager 10a und 10b vorgesehen sein, wie in Fig. 2 und Fig. 3 gezeigt wird. Dazu weist die Außenwandung 6 der Zentrifuge 1 zwei konisch ausgebildete Bereiche 11 auf, die innerhalb der konischen Lagerflächen der Magnetlager 10a, b gelagert sind. Die beiden konischen Magnetlager 10a, b sind dabei so angeordnet, daß die Bereiche größeren Durchmessers jeweils zur Mitte der Zentrifuge 1 gerichtet sind. Das Magnetlager 10a fixiert die Zentrifuge 1 dabei radial und axial nach oben, während das Magnetlager 10b die Zentrifuge 1 radial und axial nach unten fixiert.

An dem dem Zentrifugenkragen 5 entgegengesetzten Ende der Zentrifuge 1 ist an den Zentrifugenboden 12 ein nach unten offener, rohrförmiger Zentrifugenhals 13 angeformt. Durch den Zentrifugenhals 13 führt das nicht dargestellte Spinnrohr das Faserbändchen in das Innere der Zentrifuge 1.

Um den Zentrifugenhals 13 herum, ist der Antriebsmotor 14 der Zentrifuge 1 angeordnet. Der Rotor 15 ist dabei drehfest mit dem Zentrifugenhals 13 verbunden und rotiert innerhalb des Stators 16, der an einer Abstufung 17 im Inneren des Zentrifugengehäuses 3 befestigt ist.

In Fig. 4 ist die Dichtung 18a zwischen Zentrifuge 1 und Zentrifugengehäuse 3 aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Dabei ist zwischen der Stirnseite 19 des Zentrifugenhalses 13 und der Innenseite 20 des Bodens 21 des Zentrifugengehäuses 3 ein Mikrospalt 22 vorgesehen. Um die Spaltbreite des Mikrospaltes 22 exakt einstellen zu können, ist in dem Boden 21 des Zentrifugengehäuses 3 ein Sensor 23 angeordnet, der den Abstand zu einer flanschartig am Zentrifugenhals 13 befestigten Sensorscheibe 24 mißt. Die Sensorscheibe 24 ist parallel zur Innenseite 20 des Gehäusebodens 21 und zur Stirnseite 19 des Zentrifugenhalses 13 ausgerichtet. Wenn sich die Breite des Mikrospaltes 22 und damit der Abstand zwischen Sensor 23 und Sensorscheibe 24 unzulässig ändert, gibt der Sensor 23 ein entsprechendes Signal an die Steuerung der Magnetlager 9 bzw. 10a, b, die durch eine Lagerstromänderung eine Korrektur der Breite des Mikrospaltes 22 bewirkt.

In dem der Stirnseite 19 des Zentrifugenhalses 13 gegenüberliegenden Bereich des Gehäusebodens 21 befindet sich ein Ring 25 aus Polytetrafluorethylen (PTFE). Dadurch werden Beschädigungen bei einer unvorhergesehenen Berührung zwischen Zentrifugenhals 13 und PTFE-Ring 25 auf ein Minimum beschränkt.

In Fig. 5 ist eine weitere Möglichkeit der Abdichtung zwischen Zentrifugengehäuse 3 und Zentrifuge 1 gezeigt, die vorzugsweise bei einer Lagerung der Zentrifuge 1 in konischen Magnetlagern 10a, b nach Fig. 2 eingesetzt wird. Das freie Ende des Zentrifugenhalses 13 ist dabei in einem Luftlager 26 gelagert, das in einer Membran 27 angeordnet ist, die am Boden 21 des Zentrifugengehäuses 3 durch eine Abdeckplatte 28 befestigt ist.

Über die Leitung 29 wird dem Luftlager 26 Druckluft zugeführt, die durch die Lagerkanäle 30 nach innen zum Zentrifugenhals 13 hin aus dem Luftlager 26 austritt und so die Funktion der Dichtung 18b ausführt.

In Fig. 6 ist die Dichtung 18c gezeigt, die ebenfalls vorzugsweise bei einer Lagerung der Zentrifuge 1 in konischen Magnetlagern 10a, b nach Fig. 3 eingesetzt wird. Ein Faltenbalg 31 ist mit seinem ringförmig nach außen überstehenden Fuß 32 durch die Abdeckplatte 28 an dem Boden 21 des Zentrifugengehäuses 3 befestigt. Der obere Rand 33 des Faltenbalges 31 liegt dabei federnd an der Stirnseite 19 des Zentrifugenhalses 13 an und dichtet so den Spalt zwischen dem Zentrifugengehäuse 3 und der Zentrifuge 1 ab.

An ihrem oben offenen Ende ist die Zentrifuge 1 durch einen abnehmbaren Zentrifugendeckel 34 luftdicht abgeschlossen. Das Zentrifugengehäuse 3 ist ebenfalls an seinem oben offenen Ende durch einen abnehmbaren Gehäusedeckel 35 luftdicht abgeschlossen, so daß sich zwischen Zentrifuge 1 und Zentrifugengehäuse 3 Unterdruck bzw. Vakuum aufbauen kann.

Claims (15)

1. Lagerung für eine Zentrifuge einer Zentrifugen­ spinnmaschine oder Vakuumspinnmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrifuge (1) in mindestens zwei Magnetlagern (7, 9, 10a, 10b) gelagert ist.

2. Zentrifugenlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwandung (6) der Zentrifuge (1) zwei konisch ausgebildete Bereiche (11) aufweist, die innerhalb zweier konisch ausgebildeter Magnetlager (10a, 10b) gelagert sind.

3. Zentrifugenlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwandung (6) der Zentrifuge (1) zylindrisch ausgebildet und in zwei Magnetlagern (7) radial gelagert ist, und die Zentrifuge (1) einen flanschförmig überstehenden Kragen (5) aufweist, über den die Zentrifuge (1) in einem Magnetlager (9) axial gelagert ist.

4. Zentrifugenlagerung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein radiales (7) oder konisch ausgebildetes (10a, 10b) Magnetlager mindestens drei Magnete aufweist.

5. Zentrifugenlagerung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Zentrifuge (1) vollständig aus Stahl gefertigt ist.

6. Zentrifugenlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrifuge (1) als Verbundkörper aus Stahl mit Aluminium, Titan und/oder Kunststoff gefertigt ist.

7. Zentrifugenlagerung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß der Antriebsmotor (14) der Zentrifuge (1) innerhalb des Zentrifugengehäuses (3) zwischen den Magnetlagern (7, 10a, 10b) um die Außenwandung (6) der Zentrifuge (1) angeordnet ist.

8. Zentrifugenlagerung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Zentrifuge (1) an dem der Entnahmeöffnung gegen­ überliegenden Ende sich flaschenförmig zu einem Hals (13) verengt.

9. Zentrifugenlagerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (14) der Zentrifuge (1) um den Zentrifugenhals (13) angeordnet ist.

10. Zentrifugenlagerung für eine Vakuumspinnmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Zentrifugengehäuse (3) und dem Zentrifugenhals (13), insbesondere an dem freien Ende des Zentrifugenhalses (13), eine Dichtung (18a, 18b, 18c) vorgesehen ist.

11. Zentrifugenlagerung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (18c) durch ein federnd an der Stirnseite (19) des freien Endes des Zentrifugenhalses (13) anliegendes Dichtungsteil (31), insbesondere aus Kunststoff, gebildet ist.

12. Zentrifugenlagerung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (18b) durch ein Luftlager (26) gebildet ist, das insbesondere in einer Membran (27) am Zentrifugengehäuse (3) befestigt ist und in dem der Zentrifugenhals (13) gelagert ist.

13. Zentrifugenlagerung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (18a) durch einen Mikrospalt (22) zwischen der Stirnseite (19) des freien Endes des Zentrifugenhalses (13) und dem Zentrifugengehäuse (13) gebildet ist.

14. Zentrifugenlagerung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Spalt­ breite des Mikrospaltes (22) nahe dem freien Endes des Zentrifugenhalses (13) ein Sensor (23) an dem Zentrifugen­ gehäuse (3) angeordnet ist, durch den der Abstand zu einer flanschartig am Zentrifugenhals (13) befestigten Sensor­ scheibe (24) oder zu einer Körperkante am Zentrifugenhals (13) meßbar ist.

15. Zentrifugenlagerung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrifugengehäuse (3) an dem Mikrospalt (22) eine Ausnehmung aufweist, in die ein Ring (25) aus einem Werkstoff mit einem geringen Reibungskoeffizient, insbesondere aus Polytetrafluorethylen (PTFE) eingesetzt ist.