DE19726216A1 - Spindel für Spinn- oder Zwirnmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Spindel für Spinn- oder Zwirn­ maschinen mit einer Fußlagerhülse sowie mit einer die Fußlager­ hülse aufnehmenden Dämpfungshülse, die unter Belassen eines mit Öl gefüllten Dämpfungsspaltes radial beweglich in einem Lager­ gehäuse angeordnet ist.

Bei einer Spindel dieser Art (Schweizer Patent 552 689) ist die Dämpfungshülse ein im Lagergehäuse eingespanntes Lagerrohr, welches einen Biegebereich und einen Dämpfungsbereich enthält. Aufgrund seiner Weichheit im Biegebereich macht das Lagerrohr im Dämpfungsbereich Ausschläge, die hydraulisch gedämpft werden. Die Rückstellkräfte zum Zentrieren der Fußlagerhülse werden vorrangig durch die Biegekräfte aufgebracht. Damit die für ein wirksames Ansprechen der Dämpfung erforderlichen Radialbewegungen möglich sind, muß das Lagerrohr im Dämpfungsbereich genügend Spiel besitzen.

Bei einer anderen Spindel der eingangs genannten Art (Britisches Patent 977 278) ist die Dämpfungshülse unter Mithilfe einer Spannfeder pendelnd im Lagergehäuse angeordnet. Auch hier findet somit ein rein mechanisches Zentrieren der Fußlagerhülse statt. Zum Erzielen der hydraulischen Dämpfung sind wieder radiale Ausschläge erforderlich, die einen genügend hohen Dämpfungsspalt voraussetzen.

Große Dämpfungsspalte, wie sie bei beiden bekannten Spindeln vorhanden sind, führen zwangsläufig zu relativ großen Ausschlägen des Spindelschaftes und damit zu einem unruhigen Lauf der Spindel. Bei beiden bekannten Spindeln ist die Dämpfungshülse im Lagergehäuse eingespannt, so daß über diese Einspannstelle die Zentrierkräfte aufgebracht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Radialbewegungen der Dämpfungshülse und damit der Spindel insgesamt zu verringern, damit die Spindel ruhiger läuft, und neben der hydraulischen Dämpfung auch eine rein hydraulische Zentrierung zu ermöglichen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Dämpfungshülse frei schwimmend im Lagergehäuse angeordnet ist.

Aufgrund ihrer schwimmenden Anordnung hat die Dämpfungshülse keinen direkten Kontakt zum Lagergehäuse, allenfalls kann eine Verdrehsicherung vorhanden sein, die ein allmähliches Umlaufen der Dämpfungshülse im Lagergehäuse verhindert. Auf keinen Fall dürfen aber durch eine etwaige Verdrehsicherung Biegekräfte in die Dämpfungshülse eingeleitet werden. Neben einer rein hydrau­ lischen Dämpfung entsteht somit auch eine rein hydraulische Zentrierung bei ganz geringen Radialbewegungen. Für die Spindel entsteht eine sogenannte Spaltdämpfung und Spaltzentrierung, bei welcher infolge der umlaufenden Last im Dämpfungsspalt zwischen der Dämpfungshülse und dem Lagergehäuse ein hydrodynamischer Überdruck im Öl entsteht. Die Dämpfungshülse hebt sich von der metallischen Fläche des Lagergehäuses ab und wird vom Ölfilm getragen.

Der Öldruck im Dämpfungsspalt ist von der Spalthöhe sowie der Länge und dem mittleren Durchmesser abhängig, in gewissem Grad auch von der Geschwindigkeit, mit der sich die Umfangslast entlang dem Dämpfungsspalt in Umfangsrichtung bewegt. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn die Dämpfungshülse einen möglichst großen Durchmesser aufweist. Dadurch wird sowohl die Länge des Dämpfungsspaltes in Umfangsrichtung vergrößert als auch die Umfangsgeschwindigkeit der auftretenden Umfangslast entsprechend gesteigert. Die Spalthöhe kann dann größer gehalten werden.

Im Betriebszustand entsteht ein Gleichgewicht zwischen dem hydrodynamischen Öldruck im Dämpfungsspalt und den auf die Lagerung wirkenden dynamischen und statischen Kräften, die vom Spindellaufteil herrühren. Der Dämpfungsspalt weist seine größte Wirkung auf, je weiter er vom Halslager entfernt ist. Aus diesem Grund wird die Dämpfungshülse in zweckmäßiger Weise so weit verlängert, daß sie noch unterhalb der Fußlagerhülse angeordnet ist.

Damit sowohl eine hydraulische Dämpfung als auch eine hydraulische Zentrierung wirksam werden, soll die Dämpfungshülse möglichst massearm sein. Es ist daher vorgesehen, daß die Dämpfungshülse vorzugsweise aus Kunststoff oder einem Leichtmetall hergestellt ist.

Aufgrund stets vorhandener Unwuchten des Spindellaufteils führt die Fußlagerhülse und damit auch die Dämpfungshülse taumelartige Bewegungen aus, welche der Spindeldrehzahl entsprechen. Bei hohen Spindeldrehzahlen kann es dabei vorkommen, daß sich bei der umlaufenden Spaltverengung aufgrund der Auslenkungen der Dämpfungshülse Gasblasen bilden, da mit dem im Dämpfungsspalt rotierend entstehenden Unterdruck das Öl zu verdampfen beginnt. Es muß deshalb dafür Sorge getragen werden, daß an solchen Stellen ausreichend schnell Öl zugeführt wird, damit die hydraulische Zentrierung nicht zusammenbricht. Aus diesem Grund ist die Dämpfungshülse in weiterer Ausgestaltung der Erfindung mit Radialbohrungen versehen, die den Dämpfungsspalt mit dem Bereich der Fußlagerhülse verbinden. Diese Anordnung setzt allerdings voraus, daß das Fußlager mit dem gleichen Öl geschmiert wird, welches sich im Dämpfungsspalt befindet.

Zweckmäßig wird man in Umfangsrichtung der Dämpfungshülse zwei oder vier Radialbohrungen gleichmäßig verteilen. Dabei kann der Dämpfungsspalt gegebenenfalls im Bereich der Radialbohrungen zu Öltaschen erweitert werden, damit das Öl an den kritischen Stellen besonders schnell zugeführt wird. Insbesondere bei längeren Dämpfungshülsen ist es ratsam, in axialer Richtung der Dämpfungshülse mehrere Reihen von Radialbohrungen vorzusehen.

Damit neben der hydraulischen Dämpfung auch eine rein hydraulische Zentrierung der Fußlagerhülse gewährleistet ist, sollte der Dämpfungsspalt nicht zu groß sein. Aufgrund von Versuchen hat es sich als günstig herausgestellt, wenn der Dämpfungsspalt - bei einem mittleren Durchmesser von etwa 15 bis 20 mm und einer Länge von etwa 35 bis 50 mm - eine Spalthöhe von 0,2 bis 0,4 mm aufweist.

Bei Abweichungen von diesen Bemessungsregeln, insbesondere bei Abweichungen von der Spalthöhe, kann es zu folgenden Nachteilen kommen:

Bei zu kleinem Dämpfungsspalt besteht die Gefahr, daß sich der Schaft der Spindel durchbiegt, daß die Dämpfung nicht ausreichend ist und daß die Spindel bei Betrieb schwirrt. Bei zu großem Dämpfungsspalt hingegen macht der Schaft der Spindel zu große Ausschläge, wobei sich die Rückstellkraft verringert und die Spindel insgesamt unruhig läuft. Grundsätzlich ist festzuhalten, daß die Spalthöhe umso kleiner sein muß, je kleiner der mittlere Durchmesser oder die Länge des Dämpfungsspaltes sind.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine als Ringspindel ausgebildete erfindungsgemäße Spindel,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine als Doppeldrahtspindel ausgebildete erfindungsgemäße Spindel,

Fig. 3 eine als verstellbare Ringspindel ausgebildete erfindungsgemäße Spindel.

Die in Fig. 1 dargestellte, für eine Ringspinnmaschine oder eine Ringzwirnmaschine geeignete Spindel 1 enthält einen Schaft 2, der in nicht dargestellter Weise zu Drehungen antreibbar ist. Er ist in einem Halslager 3 und einem Fußlager 4 gelagert. Das Halslager 3 ist dabei in einem hülsenartigen Halslagerkopf 5 aufgenommen, der, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Befestigungs­ buchse, in ein Lagergehäuse 6 fest eingepreßt ist. Das Lager­ gehäuse 6 ist unten geschlossen und so gestaltet, daß es in bekannter Weise an einer nicht dargestellten Spindelbank angeschraubt und vertikal ausgerichtet werden kann.

Das Fußlager 4 enthält eine Fußlagerhülse 7, welche der Aufnahme der radialen Kräfte dient. Die Fußlagerhülse 7 ist in einer radial beweglich und schwimmend angeordneten Dämpfungshülse 8 gehalten, die möglichst massearm aus Kunststoff hergestellt ist.

Der Aufnahme der axialen Kräfte des Fußlagers 4 dient eine Spurplatte 9, auf der das Ende des Schaftes 2 aufliegt. Die Spurplatte 9 stützt sich ihrerseits über mehrere Zwischenbauteile auf dem Boden des Lagergehäuses 6 ab.

Zwischen der zylindrischen Außenkontur der Dämpfungshülse 8 und der hohlzylindrischen Innenkontur des Lagergehäuses 6 gibt es einen engen Dämpfungsspalt 10, der mit Öl gefüllt ist. Die Anordnung ist so getroffen, daß das Öl gleichzeitig auch das Schmieröl im Bereich der Spurplatte 9 und der Fußlagerhülse 7 ist. Die Dämpfungshülse 8 ist, bis auf eine als Sicherungsblech ausgebildete Verdrehsicherung 11, vollkommen ohne Kontakt mit dem Lagergehäuse 6 und dadurch frei schwimmend angeordnet.

Durch den Dämpfungsspalt 10 soll eine sogenannte Spaltdämpfung erreicht werden, mit der sowohl eine hydraulische Dämpfung als auch eine hydraulische Zentrierung des Schaftes 2 möglich ist. Damit dies erreicht wird, sollten die Spalthöhe s des Dämpfungs­ spaltes 10, der mittlere Durchmesser D sowie die Länge L des Dämpfungsspaltes 10 gewissen geometrischen Bedingungen genügen.

Die Spalthöhe s hängt unter anderem vom mittleren Durchmesser D und der Länge L des Dämpfungsspaltes 10 ab. Bei einem mittleren Durchmesser D von etwa 15 bis 20 mm und einer Länge L von etwa 35 bis 50 mm kann mit einer Spalthöhe s im Bereich zwischen 0,2 und 0,4 mm sowohl eine hydraulische Dämpfung als auch eine rein hydraulische Zentrierung erreicht werden.

Für den Fall, daß die Spalthöhe s des Dämpfungsspaltes 10 kleiner als 0,2 mm ist, besteht die Gefahr, daß die Dämpfung nicht mehr ausreichend ist. Für den Fall, daß die Spalthöhe s größer als 0,4 mm ist, besteht andererseits die Gefahr, daß der Schaft 2 im Bereich des Fußlagers 4 zu große Ausschläge macht und daß eine rein hydraulische Rückstellung der Fußlagerhülse 7 nicht mehr möglich ist.

Die Dämpfungshülse 8 ist bei der Ausgestaltung nach Fig. 1 nicht auf Biegung beansprucht. Sie ist genügend weit vom Halslager 3 entfernt und nach unten über das Fußlager 4 hinaus verlängert.

Über Radialbohrungen 12 und 13 der Dämpfungshülse 8 ist der Dämpfungsspalt 10 mit dem Schmierölreservoir im Bereich des Fußlagers 4 verbunden. Die Radialbohrungen 12 und 13 sind in axialer Richtung der Dämpfungshülse 8 beabstandet, während in Umfangsrichtung jeweils zwei oder vier Radialbohrungen 12 bzw. 13 vorhanden sind.

Die Radialbohrungen 12 und 13 sorgen dafür, daß im Dämpfungsspalt 10 stets Öl dort nachgeführt wird, wo das Öl aufgrund der umlaufenden Taumelbewegungen der Dämpfungshülse 8 zum Bilden von Gasblasen neigt. Die mit der Spindeldrehzahl umlaufende ständige Spaltverengung bewirkt einen Unterdruck, der örtlich zu einem Verdampfen des Öles führt. Damit würden die auf die Fußlagerhülse 7 wirkenden Rückstellkräfte nicht mehr ausreichend sein. Aus diesem Grund wird vom Bereich des Fußlagers 4 her ständig in ausreichender Menge Öl über die Radialbohrungen 12 und 13 den kritischen Stellen des Dämpfungsspaltes 10 zugeführt.

Die in Fig. 2 dargestellte Spindel 201 ist speziell für Doppeldrahtzwirnmaschinen geeignet. Der Schaft 202 ist in einem Halslager 203 und einem Fußlager 204 drehbar gelagert. Das Halslager 203 ist ohne Zwischenfügung eines Halslagerkopfes direkt in einem Lagergehäuse 206 angeordnet.

Die Fußlagerhülse 207 ist hier so gestaltet, daß sie sowohl radiale als auch axiale Kräfte aufnehmen kann. Sie dient somit auch dem Abstützen des Endes des Schaftes 202 und liegt ihrer­ seits unter Zwischenschaltung weiterer Bauelemente am Boden des Lagergehäuses 206 auf.

Die Fußlagerhülse 207 ist in einer Dämpfungshülse 208 aufgenommen, die im vorliegenden Fall vorteilhaft als Aluminium-Fließpreßteil ausgebildet ist. Zwischen der Dämpfungshülse 208 und dem Lager­ gehäuse 206 gibt es wieder den ringartigen engen Dämpfungsspalt 210, der mit Öl gefüllt ist. Es handelt sich um das gleiche Öl, welches auch das Fußlager 204 schmiert. Zu diesem Zweck ist in der Fußlagerhülse 7 wenigstens eine Querbohrung 214 vorgesehen.

Die Dämpfungshülse 208 ist, wie schon bei der Ausführung nach Fig. 1, im Lagergehäuse 206 lediglich durch eine Verdreh­ sicherung 211 gehalten, so daß die Dämpfungshülse 208 auch hier keinerlei Biegung übertragen kann. Die Anordnung der Dämpfungs­ hülse 208 im Lagergehäuse 206 ist somit frei schwimmend. Dadurch wirkt auf die Fußlagerhülse 207 eine rein hydraulische Dämpfung und auch eine rein hydraulische Zentrierung.

Die Funktion der Spaltdämpfung und der hydraulischen Zentrierung ist im Prinzip die gleiche, wie schon anhand der Fig. 1 beschrieben, wobei lediglich die Länge L des Dämpfungsspaltes 210 diesmal etwas größer ist. Die Bemessungsregeln insgesamt bleiben aber die gleichen, wobei insbesondere die Spaltehöhe s im Bereich zwischen 0,2 und 0,4 mm liegt. Die gewählten Toleranzen des Dämpfungsspaltes 210 liegen bei +/- 0,05 mm.

Da auch bei der Spindel 201 die Gefahr besteht, daß sich aufgrund der mit Spindeldrehzahl umlaufenden Spaltverengungen im Dämpfungs­ spalt 210 und aufgrund des dadurch entstehenden örtlichen Unter­ druckes Gasblasen bilden, sind auch bei dieser Ausführung in der Dämpfungshülse 208 Radialbohrungen 212 und 213 vorgesehen. Diese Radialbohrungen 212 und 213 befinden sich jeweils im unteren und im oberen Bereich des Fußlagers 204, sind also in axialer Rich­ tung der Dämpfungshülse 208 beabstandet. In Umfangsrichtung sind jeweils zwei oder vier Radialbohrungen 212 bzw. 213 angeordnet. Dadurch kann aus dem Bereich des Fußlagers 204 stets Öl in den Dämpfungsspalt 210 nachfließen, so daß trotz der Gefahr des Bildens von Gasblasen die hydraulische Zentrierung der Fußlagerhülse 207 stets erhalten bleibt.

Die Spindel 301 nach Fig. 3 ist wieder für eine Ringspinn- oder eine Ringzwirnmaschine vorgesehen, wobei zusätzlich Elemente zum Justieren des Schaftes 302 vorhanden sind. Der Schaft 302 ist auch hier in einem Halslager 303 und in einem Fußlager 304 drehbar gelagert.

Das Halslager 303 ist in einem Halslagerkopf 305 aufgenommen, der seinerseits über eine lärmdämpfende Kunststoff-Einsatzhülse 315 in einem sogenannten Außengehäuse 316 gehalten ist.

Die Fußlagerhülse 307, die, wie schon bei der Ausführung nach Fig. 1, lediglich die radialen Kräfte aufnimmt, ist wieder in einer Dämpfungshülse 308 gehalten. Zur Aufnahme der axialen Kräfte stützt sich das untere Ende des Schaftes 302 auf einer Spurplatte 309 ab, die ihrerseits am geschlossenen Boden eines Lagergehäuses 306 aufliegt.

Das Lagergehäuse 306 ist im vorliegenden Fall nicht viel länger als die Dämpfungshülse 308. Es besteht auch hier ein enger ringförmiger Dämpfungsspalt 310 zwischen dem Außenumfang der Dämpfungshülse 308 und dem Innenumfang des Lagergehäuses 306. Der Dämpfungsspalt 310 ist zusammen mit dem Bereich des Fußlagers 304 mit Öl gefüllt.

Abgesehen von einer Verdrehsicherung 311, ist die Dämpfungshülse 308 ohne jeglichen Kontakt mit dem Lagergehäuse 306 frei schwimmend angeordnet. Neben der hydraulischen Dämpfung werden somit auch die auf die Fußlagerhülse 307 wirkenden Rückstell­ kräfte rein hydraulisch erzeugt. Das bereits genannte Außen­ gehäuse 316 umgibt mit seiner Innenkontur das Lagergehäuse 306 und ist in bereits beschriebener Weise bis zum Bereich des Halslagerkopfes 305 verlängert. Das Außengehäuse 316 besitzt einen radialen Flansch 317, mit dessen Hilfe es an einer nicht dargestellten Spindelbank befestigt werden kann.

Zwischen der Außenkontur des Lagergehäuses 306 und der hohl­ zylindrischen Innenkontur des Außengehäuses 316 gibt es einen zweiten Ringspalt 318, der im Gegensatz zum Dämpfungsspalt 310 relativ groß ausgeführt und mit Fett oder Viskoseöl gefüllt ist. Er dient in erster Linie der Lärmabkoppelung nach außen.

Da der Dämpfungsspalt 310 und der zweite Ringspalt 318 mit unterschiedlichen Medien gefüllt sind, ist im Bereich des Bodens 322 des Außengehäuses 316 ein Dichtring 319 vorgesehen, der zwischen dem Außengehäuse 316 und dem Lagergehäuse 306 für eine Abdichtung sorgt. Der Boden des Lagergehäuses 306 weist einen Verstellzapfen 320 auf, der durch eine relativ große Bohrung im Boden des Außengehäuses 316 nach unten herausgeführt ist. Die Bohrung ist so groß gestaltet, daß der Verstellzapfen 320 in radialer Richtung verstellt werden kann, damit der Schaft 302 in bezug auf einen nicht dargestellten Spinn- oder Zwirnring zentrisch einjustiert werden kann. Die einjustierte Position wird durch eine Fixiermutter 321 fixiert.

Damit beim radialen Verstellen des Lagergehäuses 306 und damit des Schaftes 302 der obere Rand des Lagergehäuses 306 nicht an die Innenwandung des Außengehäuses 316 stößt, ist dafür Sorge getragen, daß der zusätzliche zweite Ringspalt 318 im oberen Bereich nicht durch einen Hartanschlag überbrückt werden kann. Aus diesem Grund ist der Boden 322 des Außengehäuses 316 kalottenartig oder leicht konisch ausgestaltet, so daß das auf dem Boden 322 aufliegende Lagergehäuse 306 beim Justieren kleine Schwenkbewegungen macht, die den zusätzlichen zweiten Ringspalt 318 im oberen Bereich nicht verengen. Dies ist dann der Fall, wenn das Zentrum der Schwenkbewegung etwa am oberen Ende des zweiten Ringspaltes 318 liegt.

Die Abmessungen des Dämpfungsspaltes 310 hinsichtlich seiner Spalthöhe s, seines mittleren Durchmessers D und seiner Länge L entsprechen denen der Ausführungen nach Fig. 1 und 2. Insbesondere die Spalthöhe s ist so festzulegen, daß neben einer wirksamen hydraulischen Dämpfung auch eine rein hydraulische Zentrierung möglich ist.

Da auch bei der Ausführung nach Fig. 3 wieder die Gefahr besteht, daß aufgrund des örtlich entstehenden Unterdruckes im Dämpfungsspalt 310 bisweilen Gasblasen entstehen, ist die Dämpfungshülse 308 kurz oberhalb und unterhalb der Fußlagerhülse 307 jeweils mit mehreren Radialbohrungen 312 und 313 versehen. Über den Umfang sind jeweils mehrere Radialbohrungen 312 bzw. 313 gleichmäßig verteilt. Dadurch kann stets Öl in den Dämpfungsspalt 310 in ausreichender Menge nachfließen, so daß die sich bildenden Gasblasen keinen negativen Effekt auf die Zentrierwirkung der Spindel 301 haben.

Am Beispiel der Radialbohrungen 313 ist gezeigt, daß diese im Bereich des Dämpfungsspaltes 310 gegebenenfalls zusätzlich mit sogenannten Öltaschen 323 versehen sein können. Diese Öltaschen 323, die eventuell auch bei den Ausführungen nach Fig. 1 und 2 vorhanden sein können, sollen das Öl schneller in axialer Richtung des Dämpfungsspaltes 310 verteilen.

Claims (7)

1. Spindel für Spinn- oder Zwirnmaschinen mit einer Fußlagerhülse sowie mit einer die Fußlagerhülse aufnehmenden Dämpfungshülse, die unter Belassen eines mit Öl gefüllten Dämpfungsspaltes radial beweglich in einem Lagergehäuse angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungshülse (8; 208; 308) frei schwimmend im Lagergehäuse (6; 206; 306) angeordnet ist.

2. Spindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungshülse (8; 208; 308) eine Verdrehsicherung (11; 211, 311) zugeordnet ist.

3. Spindel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungshülse (8; 308) aus Kunststoff hergestellt ist.

4. Spindel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungshülse (8; 208; 308) mit Radialbohrungen (12, 13; 212, 213; 312, 313) versehen ist, die den Dämpfungsspalt (10; 210; 310) mit dem Bereich der Fußlagerhülse (7; 207; 307) verbinden.

5. Spindel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere in axialer Richtung der Dämpfungshülse (8; 208; 308) beabstandete Radialbohrungen (12, 13; 212, 213; 312, 313) vorgesehen sind.

6. Spindel nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungsspalt (310) im Bereich der Radialbohrungen (313) zu Öltaschen (323) erweitert ist.

7. Spindel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungsspalt (10; 210; 310) - bei einem mittleren Durchmesser (D) von etwa 15 bis 20 mm und einer Länge (L) von etwa 35 bis 50 mm - eine Spalthöhe (s) von 0,2 bis 0,4 mm aufweist.