DE19608267C1

DE19608267C1 - Antriebs- und Lagervorrichtung für Spinnrotoren von Offenend-Spinnmaschinen

Info

Publication number: DE19608267C1
Application number: DE19608267A
Authority: DE
Inventors: Anton Dr Ing Paweletz; Wilhelm Birkenmaier
Original assignee: SKF Textilmaschinen Komponenten GmbH
Current assignee: SKF Textilmaschinen Komponenten GmbH
Priority date: 1996-03-05
Filing date: 1996-03-05
Publication date: 1997-03-06
Anticipated expiration: 2016-03-06
Also published as: CZ64197A3; US5802837A

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebs- und Lagervorrichtung für Spinnrotoren von Offenend-Spinnmaschinen mit einem Elektromotor mit einer axialen Komponente des Hauptfeldes, insbesondere einem Axialfeldmotor, dessen Läufer am Spinnrotor und dessen Stator in einem Lagerhäuse für den Spinnrotor angeordnet sind.

Eine solche Antriebs- und Lagervorrichtung mit einem Axial feldmotor ist beispielsweise aus der DE 42 07 673 C1 bekannt. Bei der dort beschriebenen Vorrichtung ist der Spinnrotor schaft los ausgebildet und in einem Magnet-Gas-Lager gelagert. Hier kann es zu schwer zu beherrschenden mechanischen Problemen mit der Stabilität kommen. Außerdem ist es bei schaftlosen Antrieben außerordentlich schwierig, die gesamte Bandbreite von Spinnrotoren mit einem Durchmesser beispielsweise von 26 mm bis 65 mm mit nur einem Stator des Antriebsmotors anzutreiben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spinnrotorantriebs- und Lagereinheit zu schaffen, die für größte Drehzahlbereiche und alle Spinnrotorgrößen geeignet ist und deren dynamische Eigenschaften gegenüber den bekannten Vorrichtungen verbessert sind.

Diese Aufgabe wird mit einer Antriebs- und Lagervorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der vorzugsweise aus mehreren elastisch verbundenen Komponenten bestehende Spinnrotor an einem kurzen Schaft nahe bei seinem Schwerpunkt im Lagergehäuse mindestens in radialer Richtung begrenzt elastisch gelagert und in axialer Richtung magnetisch vorgespannt ist. Gegenüber anderen bekannten An trieben, bei denen der Spinnrotor ebenfalls einen Schaft auf weist, ist hier der Schaft wesentlich kürzer und weist einen viel geringeren Durchmesser auf. Er hat lediglich eine Füh rungsfunktion bzw. bei waagerechter Anordnung der Rotoren auch die Funktion der Aufnahme der Schwerkraft des Rotors. Bei Spinnrotoren mit riemengetriebener indirekter Lagerung (Twin- Disk) muß der Schaft hingegen große Querkräfte und dynamische Riemenkräfte aufnehmen. Dies erfordert eine sehr viel größere Dimensionierung des Schaftes. Das gleiche gilt für mit einem Integralmotor einzelmotorisch angetriebene Rotoren. Hier sind Antriebs- und Spinnrotor voneinander getrennte Elemente. Es obliegt daher dem Schaft, die Antriebs- und Lagerkräfte zu übertragen. Auch hier ist eine relativ lange Ausführung des Schaftes mit relativ großem Durchmesser erforderlich. Der kurze Schaft des Spinnrotors trägt dazu bei, daß die Lager kräfte nur gering sind. die auftretenden Trägheitskräfte sind durch die Reduzierung der Masse des Spinnrotors geringer. Durch die mindestens in eine Richtung begrenzt elastische Lagerung entsteht ein äußerst wirkungsvolles Schwingungsdämpfungssystem. Bei Verwendung eines Axialfeldmotors ergeben sich außerdem äußerst kompakte Baumaße. Prinzipiell kann jedoch anstatt des Axialfeldmotors auch ein Schrägfeldmotor einge setzt werden, der sowohl eine radiale als auch eine axiale Komponente seines Hauptfeldes aufweist. Der Rotor kann auch aus mehreren, elastisch miteinander verbundenen Komponenten bestehen. Bei hohen Drehzahlen fallen die Rotationsachsen dieser Komponenten automatisch zusammen und sind deckungs gleich mit der Schwerpunktachse des Rotors. Außerdem sorgt ein solcher Aufbau für eine leichte Auswechselbarkeit des Rotors. In radialer Richtung kann der Schaft durch Wälzlager mit kleinem Lagerinnenkreis gelagert sein, während in axialer Richtung eine magnetische Lagerung durch die Antriebsmagnete des Motors und/oder zusätzliche Magnete im Bereich des Schaftendes erfolgen kann. Zur Dämpfung von äußeren Schwingungen, die von der Offenend-Spinnmaschine auf die Antriebsvorrichtung einwirken können, können zwischen den Wälzlagern und dem Lagergehäuse elastische Verbindungsglieder vorgesehen sein. Vorzugsweise kann außerdem zwischen dem Wälzlager und dem Stator eine ma gnetische oder elektromagnetische Abschirmung zum Schutz der Lager angeordnet sein. Auch das Vorsehen von zwei Reihen von Wälzlagern mit elastischem Spielausgleich ist möglich. Durch die elastische Aufhängung des gesamten rotierenden Systems kann der Fall auftreten, daß nur eine der Lagerreihen nahezu die gesamten Kräfte aufnimmt. Zur Vermeidung dieses Falles sowie zur Verhinderung einer Schiefstellung der Lagerreihen zueinander kann ein elastischer Spielausgleich vorgesehen sein, der auch bei Wärmeausdehnung des Systems stets eine definierte Lagereinstellung ergibt. Ein äußerst geringer Platzbedarf dieser Vorrichtung kann erzielt werden, indem der Schaft innerhalb der Statorwicklung des Motors gelagert sein kann. Bei einer solchen Lagerung unter Verwendung von Wälz lagern können dann sowohl zwischen den Radiallagern des Schaftes und dem Stator des Motors und/oder zwischen dem Stator und dem Lagergehäuse elastische Verbindungsglieder vorgesehen sein. Hierdurch ist eine optimale Dämpfung aller auftretenden inneren und äußeren Schwingungen des Systems gesorgt. Es sind dann sowohl der Stator innerhalb des Lagergehäuses als auch der Rotorschaft innerhalb des Stators elastisch aufgehängt.

Für einen raschen Austausch des Spinnrotors beispielsweise bei der Umstellung der Maschine auf eine neue Garnart oder nach Verschleiß des Spinnrotors, kann dieser in an sich bekannter Weise austauschbar in der Vorrichtung gelagert sein. So kann der Schaft des Spinnrotors beispielsweise in einer mit dem Läufer des Motors verbundenen Hohlwelle elastisch und heraus nehmbar gelagert sein. Beim Austausch des Spinnrotors verbleiben somit der Läufer und die Hohlwelle an der Antriebsvorrichtung und allein der Spinnrotor wird ausgetauscht. Durch die elastische Lagerung werden Unwuchtprobleme vermieden. Der Spinnrotor kann jedoch auch lösbar am Schaft und Läufer des Motors angeordnet sein. Hier bilden dann der Läufer des Motors und der Schaft eine Einheit, an der der Rotor lösbar befestigt ist. Hierzu kann der Spinnrotor beispielsweise ringförmig ausgebildet sein. Zwischen dem Rotor und dem Schaft können außerdem elastische Verbindungsglieder vorgesehen sein. Sämt liche rotierenden Teile sind dann begrenzt elastisch zuein ander gelagert, wodurch sich eine gemeinsame Rotationsachse, die mit der Schwerpunktachse der Vorrichtung zusammenfällt, bei hohen Drehzahlen ausbilden kann. Dabei werden die elastischen Verbindungsglieder mechanisch vorgespannt.

Nachfolgend werden anhand der Zeichnung bevorzugte Ausfüh rungsformen von erfindungsgemäßen Antriebs- und Lagervorrichtungen näher erläutert.

Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 einen zentralen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin dungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 einen zentralen Teilschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfin dungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 3 einen zentralen Teilschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfin dungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 4 einen zentralen Längsschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfin dungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 5 einen zentralen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit austauschbarem Rotor;

Fig. 6 einen Teilschnitt durch ein zweites Aus führungsbeispiel mit austauschbarem Rotor;

Fig. 7 einen Teilschnitt durch ein drittes Aus führungsbeispiel mit austauschbarem Rotor.

In Fig. 1 ist ein Spinnrotor 10 gezeigt, an dessen Rückseite ein Läufer 11 eines Axialfeldmotors angeordnet ist. Der Rotor 10 ist mit einem kurzen Schaft 12 versehen, der in ein Lagergehäuse 13 ragt. Der Schaft 12 ist in radialer Richtung über Wälzlager 14 mit zwei Lagerreihen gelagert. Die beiden Lagerreihen sind durch Federn 15 in axialer Richtung elastisch zueinander im Gehäuse 13 angeordnet. Das Wälzlager 14 sowie der Schaft 12 befinden sich dabei innerhalb des Stators 16 des Axialfeldmotors. Der Ausbau der Gesamtvorrichtung wird hier durch sehr kompakt. Der Axialfeldmotor weist eine Spaltwicklung 17 auf und wird von einem Leistungs- und Kühlteil 18 versorgt. Sowohl zwischen dem Wälzlager 14 und dem Stator 16 als auch zwischen dem Stator 16 und dem Gehäuse 13 sind elastische Verbindungselemente 19 vorgesehen, wodurch sämtliche rotierenden Teile elastisch im Gehäuse 13 aufgehängt sind. Dies gewährleistet eine optimale Dämpfung sowohl der innerhalb der Vorrichtung auftretenden Schwingungen als auch von Schwin gungen, die von der übrigen Spinnmaschine auf die Vorrichtung ausgeübt werden. Die Außenringe 14.1 der Wälzlager 14 können zweckmäßigerweise aus einem nichtmagnetischen Material bestehen. Die Wälzkörper 14.2 bestehen vorteilhafterweise aus Keramik, wodurch eine magnetische Isolation zwischen Motor und Lagerung des Rotors 10 entsteht. Die in Fig. 1 gezeigte Vor richtung zeichnet sich dadurch aus, daß die rotierende Masse insgesamt sehr klein ist. Hierdurch werden Probleme mit auf tretender Unwucht durch die beiden rotierendene Massen, dem Läufer 11 des Motors und dem Spinnrotor 11, entschärft.

Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 dadurch, daß hier der Spinnrotor 10′ vom Läufer 11′ des Axialfeldmotors entkoppelt ist. Zwischen dem Stator 16 und dem Lagersystem kann optional ein vorzugs weise zylindersymmetrisches magnetisches oder elektromagnetisches Abschirmsystem angeordnet sein, um den schädlichen Ein fluß des elektromagnetischen Feldes auf die Lagerungen zu vermeiden. Der Rotor 10′ ist fest mit einem Schaft 12′ ver bunden, der innerhalb einer Hohlwelle 20 gelagert ist, die mit dem Läufer 11′ des Motors verbunden ist. Zwischen der Hohlwelle 20 und dem Rotorschaft 12′ sind wieder elastische Verbin dungselemente 19′ angeordnet. In axialer Richtung wird der Rotor 10′ durch im Bereich des unteren Endes des Schaftes 12′ angeordnete, gegenüberliegende Magnete 21 fixiert. Der Spinn rotor 10′ dieser Vorrichtung läßt sich sehr leicht herausnehmen. Auch hier sind die rotierenden Massen extrem klein, und die Rotationsachse kann sich in begrenztem Umfang der Laufbahn des Rotors 10′ anpassen. Im Unterschied zu dem in Fig. 2 ge zeigten Beispiel sind in der Vorrichtung gemäß Fig. 3 der Rotor 10′′ und der Läufer 11′′ des Motors einteilig ausgebildet. Für die axiale Lagerung des Schaftes 12′′ ist ein ver schleißfreies Magnetlager 22 vorgesehen.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem Rotor 30, der in radialer Richtung durch ein einreihiges Wälzlager 31 gelagert ist. In axialer Richtung ist ein Axiallager 32 vorgesehen, das aus einer Keramikkugel 33 und einer an Federn 35 aufgehängten Aufnahme 34 besteht. Dieses mechanische Kugel- Axiallager 32 ist somit ebenfalls begrenzt elastisch. Die notwendige magnetische Vorspannung des Hauptlagers 31 wird durch den Axialfeldmotor 36 erzeugt.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der die Lagerung 40 des Spinnrotors 41 außerhalb des Bereiches des Axialfeldmotors 42 angeordnet ist. Der Spinnrotor 41 ist über einen Magnet verschluß 43 mit einem Schaft 44 verbunden, der wieder ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 über ein zweireihiges Wälzlager 45 in radialer Richtung gelagert ist. Bei einer räumlichen Trennung von Lagerung 40 und Motor 42 könnte anstelle des Axialfeldmotors 42 auch ein Radialfeldmotor eingesetzt werden. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 zeichnet sich durch eine günstige Temperaturverteilung aus, da die Lagerung 40 nicht von der Wärme des Motors 42 beaufschlagt wird. Jedoch sind im Vergleich zu den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 4 hier die rotierenden Massen und damit auch die Probleme durch das Auftreten von Unwuchten größer.

Fig. 6 zeigt in einem Teilschnitt eine weitere Möglichkeit einer austauschbaren Anordnung eines Spinnrotors 50. Der Rotor 50 ist ringförmig ausgebildet und über ein elastisches Verbindungsglied 52 mit dem Läufer 51 eines Axialfeldmotors 53 verbunden. Mit dem Läufer 51 ist ein Schaft 54 fest verbunden, der wiederum über ein zweireihiges Wälzlager innerhalb des Stators 56 eines Motors 53 gelagert ist. Diese Art der Ausbildung des Rotors 50 stellt eine Alternative zu der in Fig. 2 gezeigten einteiligen Ausführung von Rotor 10′ und Schaft 12′ und dessen Lagerung innerhalb einer Hohlwelle 20 dar.

Fig. 7 zeigt eine Anordnung, die weitgehend derjenigen aus Fig. 4 entspricht. Der Rotor 60 ist radial über eine einzige Wälzlagerreihe 62 gelagert. Der Rotor 60 und der Schaft 61 sind einteilig ausgeführt, wobei der Schaft 61 im Bereich der Wälzlagerreihe 62 in einer Hohlwelle 63 geführt ist. Am Schaftende ist ein berührungsloses Magnetlager 64 angeordnet. Der Rotor 60 dieser Anordnung ist ebenfalls leicht austausch bar.

Claims

1. Antriebs- und Lagervorrichtung für Spinnrotoren von Offen end-Spinnmaschinen mit einem Elektromotor mit einer axialen Komponente des Hauptfeldes, insbesondere einem Axial feldmotor, dessen Läufer am Spinnrotor und dessen Stator in einem Lagergehäuse für den Spinnrotor angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Spinnrotor (10, 10′, 10′′, 30, 41, 50) an einem kurzen Schaft (12, 12′, 12′′, 44, 54) nahe bei seinem Schwerpunkt mindestens in radialer Richtung begrenzt elastisch im Lagergehäuse (13) gelagert und in axialer Richtung magnetisch vorgespannt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spinnrotor (10, 10′, 10′′, 30, 41, 50) aus mehreren elastisch miteinander verbundenen Komponenten besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (12, 12′, 12′′, 44, 54) in radialer Richtung durch Wälzlager (14, 31, 45, 55) mit kleinem Lagermittenkreis gelagert ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (12, 12′, 12′′, 44, 54) durch die Antriebsmagnete des Motors (42, 53) und/oder durch zusätzliche Magnete (21, 22) magnetisch vorgespannt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Wälzlagern (14, 31, 45, 55) und dem Lagerhäuse (13) elastische Verbindungsglieder (19, 19′, 19′′) und vorzugsweise zwischen den Wälzlagern (14, 31, 45, 55) und dem Stator (16, 56) eine magnetische bzw. elektromagnetische Abschirmung vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der kurze Schaft (12, 12′, 12′′, 44, 54) über zwei Reihen von Wälzkörpern (14.2) mit elastischem Spielausgleich gelagert ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (12, 12′, 12′′, 54) inner halb der Statorwicklung (17) des Motors gelagert ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Radiallagern (14, 31, 55) des Schaftes (12, 54) und dem Stator (16, 56) des Motors und/oder zwischen dem Stator (16, 56) und dem Lagerhäuse (13) elastische Verbindungsglieder (19) vorgesehen sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (12′, 12′′) des Spinnrotors (10′, 10′′) in einer mit dem Läufer (11′, 11′′) ver bundenen Hohlwelle (20) elastisch und herausnehmbar gelagert ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Spinnrotor (41, 50) lösbar am Schaft (44 , 54) und Läufer (51) des Motors angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rotor (50) und dem Schaft (54) ein elastisches Verbindungsglied (52) vorgesehen ist.