DE19548676A1 - Zentrifugendeckel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum hermetisch dichten Verschließen einer Zentrifugenspinnmaschine oder Vakuumspinnmaschine durch einen Deckel.

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 4-facher 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) Spinnrohr 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 Zentrifugendrehzahlen 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. Dabei muß die Zentrifuge luftdicht abgeschlossen sein.

Aus der PCT/EP 94/01415 ist es bekannt, die Zentrifuge zweiteilig auszuführen, wobei die beiden Zentrifugenteile ineinander steckbar sind und bei Rotation unter Fliegkrafteinfluß unterschiedliche Dehnungen aufweisen. Aufgrund der unterschiedlichen Dehnungsverhalten sind die beiden Zentrifugenteile bei Rotation kraftschlüssig miteinander verbunden und luftdicht gegeneinander verspannt.

Damit die beiden Zentrifugenteile hermetisch abdichten und die hohen Axialkräfte aufgrund der Druckdifferenz innerhalb und außerhalb der Zentrifuge aufnehmen können, müssen die Zentrifugenteile extrem genau gefertigt sein. Schon kleinste Abweichungen in Form- oder Lagetoleranzen, insbesondere bei der Wandstärke der Zentrifugenteile oder dem Dehnungsverhalten der Zentrifugenteilwerkstoffe können zu Fehlfunktionen führen.

Außerdem können die Zentrifugenteile bei den hier erforderlichen engen Toleranzen beim Ineinanderstecken oder Auseinanderziehen leicht verkanten, so daß die Lagerung der Zentrifuge, beim Vakuumspinnen insbesondere eine Magnetlagerung, beschädigt werden kann.

Schließlich kann die Tatsache, daß die beiden Zentrifugenteile unterschiedliche Dehnungseigenschaften besitzen müssen, bei Temperaturschwankungen zu ungewollten Verspannungen oder Undichtigkeiten führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine konstruktiv einfache, preiswerte und leicht handhabbare Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine feste und luftdichte Verbindung des Deckels mit der Zentrifuge ermöglicht und beim Öffnen des Deckels nur geringste Kräfte auf die Zentrifugenlager überträgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im oder am Deckel oder Zentrifugentopf mindestens ein Sperrteil vorgesehen ist, das bei rotierender Zentrifuge durch Zentrifugalkraft derart nach außen in eine Ausnehmung des anderen Teils bewegbar ist, daß der Deckel und der Zentrifugentopf über das Sperrteil formschlüssig miteinander verbunden sind und daß das Sperrteil bei niedrigen Zentrifugendrehzahlen oder bei Stillstand der Zentrifuge derart nach innen bewegbar ist, daß der Formschluß zwischen Deckel und Zentrifugentopf aufgehoben ist.

Hierdurch ist die Zentrifuge während des Spinnvorganges hermetisch dicht verschlossen, so daß sich zwischen Zentrifuge und Zentrifugengehäuse ein Vakuum ausbilden kann. Beim Öffnen des Deckels wirken nur geringste Kräfte auf die Zentrifugenlagerung ein, so daß auch eine beim Vakuumspinnen bevorzugt angewendete Magnetlagerung nicht beschädigt wird. Der Öffnungsvorgang kann noch während der Zentrifugenrotation stattfinden. Während des Spinnvorgangs ist der Deckel mit der Zentrifuge so fest verbunden, daß die aufgrund des Differenzdruckes innerhalb und außerhalb der Zentrifuge auf den Deckel einwirkenden Axialkräfte aufgenommen werden können.

Der Deckel kann dabei innen oder außen über den offenen Rand des Zentrifugentopfes geschoben werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Deckel und der Zentrifugentopf in dem Bereich, in dem sie bei verschlossener Zentrifuge aneinander anliegen, kreiszylindrisch ausgebildet sind und zwischen Deckel und Zentrifugentopf eine Spielpassung vorgesehen ist. Dadurch ist ein leichtes Öffnen des Deckels ohne Kraftübertragung auf die Zentrifuge und die Zentrifugenlager möglich.

Besonders günstig ist es, wenn das Sperrteil ein elastischer Ring, vorzugsweise ein Polyurethanring ist. Die Dichtung und der Formschluß zwischen Zentrifuge und Deckel werden so durch ein einziges Teil bewirkt.

Alternativ zu einem elastischen Ring können auch eine oder mehrere Kugeln, Walzen, Gleitstücke, Stifte oder Kolben vorgesehen sein, die unter Zentrifugalkrafteinfluß, vorzugsweise entgegen einer geringen Federkraft, in entsprechend geformte Ausnehmungen des anderen Zentrifugenteils eingreifen.

Wenn der Deckel in den offenen Rand des Zentrifugentopfes schiebbar ist, ist das Sperrteil, vorzugsweise der elastische Ring, in einer an der Außenseite des Deckels angeordneten Ringnut untergebracht, wobei die Ringnut so tief ist, daß der Ringquerschnitt vollständig im Ringnutquerschnitt einliegt. Dadurch werden beim Öffnen des Deckels keine Kräfte auf die Zentrifuge übertragen. Der Zentrifugentopf weist an seiner Innenwand eine Ringnut auf, die eine geringere Tiefe als der Durchmesser des Ringquerschnitts hat und die bei verschlossener Zentrifuge auf gleicher Höhe sich befindet, wie die Ringnut des Deckels.

Es ist aber auch möglich, daß der Deckel über den offenen Rand des Zentrifugentopfes schiebbar ist. In diesem Fall weist der Zentrifugentopf an seiner Außenseite eine Ringnut auf, in der das Sperrteil vorzugsweise der elastische Ring derart angeordnet ist, daß der Ringquerschnitt vollständig im Ringnutquerschnitt einliegt. Der Deckel ist dann topfförmig mit einer rohrförmig überstehenden Wand ausgebildet, die außen über dem Zentrifugentopf schiebbar ist und die an ihrer Innenseite eine Ringnut aufweist, die eine geringere Tiefe als der Durchmesser des Ringquerschnitts hat. Bei verschlossener Zentrifuge befindet sich die Ringnut des Deckels auf gleicher Höhe wie die Ringnut des Zentrifugentopfes.

In beiden Fällen ist es vorteilhaft, wenn der Ring mit einer geringen Vorspannkraft am Nutgrund anliegt, damit er nicht unbeabsichtigt über den äußeren Rand der Ringnut hervorstehen kann.

Die Tiefe der Ringnut in der Innenwand des äußeren Zentrifugenteils beträgt nur 20 bis 50%, vorzugsweise 25 bis 33% des Durchmessers des Ringquerschnitts. Auf diese Weise wird ein sicherer Formschluß zwischen Zentrifugentopf und Deckel erreicht.

Vorteilhaft ist es, wenn der Deckel und der Zentrifugentopf aus Werkstoffen mit gleichen Wärmedehnungseigenschaften gefertigt sind. Dadurch werden ungewollte Verspannungen zwischen Deckel und Zentrifugentopf aufgrund von Temperaturschwankungen vermieden. Vorzugsweise sind der Deckel und der Zentrifugentopf aus dem gleichen Werkstoff, insbesondere aus Metall gefertigt.

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 den Zentrifugendeckel,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Zentrifugentopf,

Fig. 3 eine verschlossene Zentrifuge im Stillstand und

Fig. 4 eine verschlossene rotierende Zentrifuge.

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

An jeder Spinnstelle befindet sich eine in einem Gehäuse um eine senkrechte Achse rotierende Zentrifuge 11, innerhalb der der eigentliche Spinnvorgang stattfindet. Das aus dem Streckwerk einer Spinnstelle austretende Faserbändchen wird der Zentrifuge 11 von unten her über ein sich hin- und herbewegendes (changierendes) Spinnrohr zugeführt. Die Zentrifugen 11 rotieren in den Zentrifugengehäusen unter Unterdruck (idealerweise Vakuum), wobei Drehzahlen bis zu 72.000 U/min möglich sind.

Der in Fig. 1 dargestellte Deckel 1 ist kreiszylindrisch ausgebildet. An seiner Außenseite 2 weist der Deckel 1 eine Ringnut 3 auf, in der ein Polyurethanring 4 einliegt. Die Ringnut 3 ist so tief, daß der Querschnitt des Ringes 4 vollständig im Ringnutquerschnitt einliegt. Dabei liegt der Ring 4 mit einer geringen Vorspannkraft am Nutgrund 5 an, so daß er an keiner Stelle über die Außenseite 2 des Deckels 1 hervorsteht.

In einem Bereich 6 zwischen Ringnut 3 und Deckelboden 7 ist der Deckel 1 mit einer leichten Einlaufschräge konisch ausgebildet. An der Oberseite 8 des Deckels 1 steht eine Schulter 9 radial nach außen über die Außenseite 2 vor. An der Oberseite 8 weist der Deckel 1 eine koaxiale Ausnehmung 10 auf.

Der in Fig. 2 gezeigte Zentrifugentopf 11 weist an seiner Innenwand 12 eine Ringnut 13 auf, die eine geringere Tiefe als der Durchmesser des Querschnitts des Ringes 3 hat. Die Entfernung zwischen der Ringnut 13 und dem oberen Topfrand 14 ist gleich groß wie die Entfernung zwischen der Ringnut 3 und der Schulter 9 des Deckels 1.

In Fig. 3 ist die Zentrifuge in geschlossenem Zustand dargestellt. Der Deckel i ist in den offenen Rand des Zentrifugentopfes 11 hineingeschoben. Dabei ist für die Passung zwischen Deckel 1 und Zentrifugentopf 11 ein geringes Spiel vorgesehen. Die Schulter 9 des Deckels 1 liegt auf dem oberen Topfrand 14 des Zentrifugentopfes auf. Die Ringnut 3 des Deckels 1 befindet sich hierbei auf gleicher Höhe wie die Ringnut 13 des Zentrifugentopfes 11.

In Fig. 4 ist die verschlossene Zentrifuge bei Rotation dargestellt. Durch die Zentrifugalkräfte dehnt sich der Polyurethanring 4 und legt sich außen in die Ringnut 13 des Zentrifugentopfes 11 ein. Da die Ringnut 13 des Zentrifugentopfes 11 nur eine Tiefe von ca. 1/3 bis 1/4 des Querschnitts des Polyurethanringes 4 aufweist, befindet sich der Ring 4 zu einem größeren Teil noch in der Ringnut 3 des Deckels 1. Auf diese Weise ist der Deckel 1 über den Polyurethanring 4 formschlüssig am Zentrifugentopf 11 gehalten und die Zentrifuge ist hermetisch abgedichtet.

Nachfolgend wird die Funktionsweise der Verschlußvorrichtung beschrieben.

Nach dem Aufsetzen des Deckels 1 wird die Zentrifuge in Drehung versetzt. Nach dem Überschreiten einer Grenzdrehzahl dehnt der Polyurethanring 4 sich aufgrund der wirkenden Zentrifugalkräfte und löst sich vom Nutgrund 5 der Ringnut 3 des Deckels 1 und stützt sich in der Ringnut 13 des Zentrifugentopfes 11 ab. Danach kann an das beschriebene System zwischen Zentrifuge und Zentrifugengehäuse Vakuum angelegt werden. Nachdem sich das Vakuum aufgebaut hat, wird der Polyurethanring 4 zwischen den Nutkanten der Ringnut 3 des Deckels 1 und der Ringnut 13 des Zentrifugentopfes 11 derart verklemmt, daß sich die gewünschte hermetische Dichtung ausprägt. Sodann kann der eigentliche Spinnvorgang erfolgen.

Beim Öffnen der Zentrifuge wird in umgekehrter Reihenfolge verfahren. Bei einer Drehzahl, bei der der Polyurethanring 4 noch in der Ringnut 13 des Zentrifugentopfes 11 einliegt, wird das Vakuum aufgehoben, so daß innerhalb und außerhalb der Zentrifuge Normaldruck herrscht. Dann wird die Zentrifugendrehzahl weiter abgesenkt, so daß der Polyurethanring 4 wieder seine Ausgangsform einnimmt und vollständig in der Ringnut 3 des Deckels 1 einliegt. Jetzt kann der Deckel 1 ohne Kraftübertragung auf den Zentrifugentopf 11 und ohne Gefahr einer Verklemmung oder Verkantung vom Zentrifugentopf 11 abgenommen werden.

Claims (16)

1. Vorrichtung zum hermetisch dichten Verschließen einer Zentrifuge einer Zentrifugenspinnmaschine oder einer Vakuumspinnmaschine durch einen Deckel, dadurch gekennzeichnet,

• - daß im oder am Deckel (1) oder Zentrifugentopf (11) mindestens ein Sperrteil (4) vorgesehen ist, das bei rotierender Zentrifuge durch Zentrifugalkraft derart nach außen in eine Ausnehmung (13) des anderen Teils bewegbar ist, daß der Deckel (1) und der Zentrifugen­ topf (11) über das Sperrteil (4) formschlüssig miteinander verbunden sind, und
• - daß das Sperrteil (4) bei niedrigen Zentrifugen­ drehzahlen oder bei Stillstand der Zentrifuge derart nach innen bewegbar ist, daß der Formschluß zwischen Deckel (1) und Zentrifugentopf (11) aufgehoben ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (1) und der Zentrifugentopf (11) in dem Bereich, in dem sie bei verschlossener Zentrifuge aneinander anliegen, kreiszylindrisch ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (1) in oder über den offenen Rand des Zentrifugentopfs (11) schiebbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Deckel (1) und dem Zentrifugentopf (11) eine Spielpassung vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrteil ein elastischer Ring (4) ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrteil von mindestens einer Kugel, Walze, Gleitstück, Stift und/oder Kolben gebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (1) an seiner Außenseite eine Ringnut (3) aufweist, in der der elastische Ring (4) derart angeordnet ist, daß der Ringquerschnitt vollständig im Ringnutquerschnitt einliegt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrifugentopf (11) an seiner Innenwand eine Ringnut (13) aufweist, die eine geringere Tiefe als der Durchmesser des Ringquerschnitts hat, und die Ringnut (3) des Deckels (1) bei verschlossener Zentrifuge auf gleicher Höhe sich befindet wie die Ringnut (13) des Zentrifugentopfes.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrifugentopf (11) an seiner Außenseite eine Ringnut aufweist, in der der elastische Ring derart angeordnet ist, daß der Ringquerschnitt vollständig im Ringnutquerschnitt einliegt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (1) topfförmig mit einer rohrförmig überstehenden Wand ausgebildet ist, die außen über den Zentrifugentopf (11) schiebbar ist und die an ihrer Innenseite eine Ringnut aufweist, die eine geringere Tiefe als der Durchmesser des Ringquerschnitts hat, wobei die Ringnut des Deckels (1) bei verschlossener Zentrifuge auf gleicher Höhe sich befindet wie die Ringnut des Zentrifugentopfes (11).

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (4) mit einer geringen Vorspannkraft am Nutgrund (5) anliegt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (4) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Ringnut (13) in der Innenwand des Zentrifugentopfes (11) oder in der Innenwand des Deckels (1) kreisabschnittsförmig ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Ringnut (13) in der Innenwand des Zentrifugentopfes (11) oder in der Innenwand des Deckels (1) 20% bis 50%, vorzugsweise 25% bis 33%, des Durchmessers des Ringquerschnitts beträgt.

15. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (1) und der Zentrifugentopf (11) aus Werkstoffen mit gleichen Wärmedehnungseigenschaften gefertigt sind.

16. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (1) und der Zentrifugentopf (11) aus dem gleichen Werkstoff, insbesondere aus Metall, gefertigt sind.