DE19738446A1 - Schaft zur Lagerung und zum Antrieb eines Offenend-Spinnrotors - Google Patents
Schaft zur Lagerung und zum Antrieb eines Offenend-SpinnrotorsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Schaft zur Lagerung und zum
Antrieb eines Offenend-Spinnrotors entsprechend dem Oberbegriff
des ersten Anspruchs.
Bei Offenend-Spinnvorrichtungen liegt die Drehzahl der
Spinnrotoren bereits über 100 000 Umdrehungen pro Minute.
Solche hohen Drehzahlen stellen hohe Anforderungen an die
Lagerung der Rotoren. Aus der DE-PS 25 14 734 ist die Lagerung
für einen Offenend-Spinnrotor bekannt, wie sie auch bei den
bisher höchsten erreichten Drehzahlen eines Spinnrotors noch
eingesetzt wird.
Der Rotorkelch selbst, in dem der Faden gebildet wird, sitzt
auf einem langen Schaft, der auf zwei zueinander leicht schräg
gestellten Stützscheibenpaaren aufliegt und in axialer Richtung
mit der Stirnseite des freien Schaftendes auf einer Kugel
gelagert ist. Dadurch wird eine verschleißarme Lagerung
erzielt. Die als Anlage für den Rotorschaft dienende Kugel wird
über den Halter der Kugel in Vibration versetzt. Dadurch wird
die Kugel an ständig wechselnden Abstützpunkten gehalten. Die
Stützscheibenpaare für die Schaftlagerung weisen eine leichte
Schrägstellung zueinander auf. Dadurch wirkt auf den Schaft
eine Kraftkomponente, die den Schaft und den Rotor immer wieder
in Richtung auf die Kugel hinbewegt und nach einem Abheben das
Schaftende wieder an die Kugel zur Anlage bringt. Die Lage der
Kugel gegenüber der Mitte des Rotorschafts wechselt ständig.
Durch eine minimale Exzentrizität zwischen der Schaftachse und
dem Kugelmittelpunkt wird ein Antrieb der Kugel bewirkt, so daß
die Kugel der Stirnseite des freien Schaftendes ständig einen
neuen Berührungspunkt darbietet.
Bei der oszillierenden Axialbewegung des Rotorschaftes kommt es
bei der schnellen Folge von Abheben des Schaftendes von der
Kugel und Zurückfallen auf die Kugel zu Verschleiß an der Kugel
und an dem Schaftende. Insbesondere dann, wenn sich das
Schaftende durch Deformation oder Werkstoffabtrag verkürzt,
dann es zur Verfälschung der Garnnummer kommen, weil sich die
Lage des Rotors zur Fasereinspeisung ändert.
Um den Verschleiß des Schaftendes zu minimieren, ist es aus der
DE 41 17 175 A1 und der US-PS 5,349,809 bekannt, am freien Ende
des Schaftes, in einer konzentrischen Aufnahme seines
abgesetzten Endstücks, einen Keramikstift als sogenanntes
Abstützelement einzusetzen. Eine Stirnseite des Krematikstifts
stützt sich auf die Kugel des Spurlagers ab. Der Stift ist mit
sehr engen Fertigungstoleranzen in die Aufnahme eingesetzt. Da
die Aufnahme ein Sackloch ist, muß beim Einsetzen des Stiftes
der Luft im Sackloch eine Ausweichmöglichkeit geboten werden.
Im Stand der Technik erfolgt das durch eine Vergrößerung des
Sacklochs zur Aufnahme der komprimierten Luft oder durch Nuten,
die in Längsrichtung des Stiftes, auf seinem Umfang verteilt,
verlaufen und die damit eine Austrittsmöglichkeit für die
entweichende Luft bieten.
Diese bekannten Möglichkeiten haben folgende Nachteile: Eine
Einkerbung des Stiftes auf seiner Umfangsfläche durch die
Entlüftungsnuten führt zu einer Herabsetzung der
Flächenpressung und damit der Haftung des Stiftes im Schaft.
Bei scharfkantigen Übergängen der Nuten zur Umfangsfläche
besteht die Gefahr, daß beim Einsetzen des Stiftes in das
Sackloch aufgrund ungünstiger Spannungsverläufe im Stift
Material abplatzt, wodurch der Stift beschädigt wird. Weist der
Stift keine Entlüftungsnuten auf, muß das Sackloch länger als
der Stift sein. Dann müssen Vorkehrungen getroffen werden,
damit sich der Stift bei Belastung nicht im Sackloch
verschieben kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die aufgezeigten
Nachteile, insbesondere beim Einbau eines Abstützelements in
bin Sackloch des Rotorschaftes, zu vermeiden.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit Hilfe der kennzeichnenden
Merkmale des ersten Anspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung werden in den Unteransprüchen beansprucht.
Dadurch, daß das Abstützelement, beispielsweise ein
Keramikstift, erfindungsgemäß eine Bohrung zur Aufnahme der
beim Einsetzen des Stiftes in die Aufnahme verdrängte Luft
aufweist, ist die Bohrung im abgesetzten Endstück des
Rotorschaftes auf die Länge des einzusetzenden Stiftes
abgestimmt und dadurch nur so lang, wie erforderlich. Dadurch
wird eine Schwächung des abgesetzten Schaftendes durch eine
Bohrung, die länger als der Stift ist, vermieden. Weiterhin ist
es nicht erforderlich, Maßnahmen vorzusehen, die ein Eindrücken
des Stiftes unter der Belastung der Lagerkräfte in das Sackloch
verhindern müssen. Weil die Umfangsfläche des erfindungsgemäßen
Stiftes keine Nuten zur Entlüftung aufweist, ist eine
wesentlich höhere Flächenpressung innerhalb der Aufnahme im
Rotorschaft gewährleistet. Das erhöht die Sicherheit, mit der
der Stift in der Aufnahme gehalten wird.
Die Bohrung im Abstützelement kann als Sackloch ausgebildet
sein, die bei einem Keramikstift bereits vorteilhaft bei seiner
Formgebung, beispielsweise während des Heißpressens,
eingebracht werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird das Volumen der
Bohrung so bemessen, daß die Haftkräfte, mit denen das
Abstützelement in der Aufnahme gehalten wird, die Kräfte, die
bei der Erwärmung des Rotorschaftes durch die Ausdehnung der
Luft auftreten, übertreffen. Als Orientierungswert für die
Haftkraft kann die Kraft dienen, die beim Eindrücken eines
Stiftes in die Aufnahmebohrung aufgebracht werden muß.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist der Stift
eine durchgehende Bohrung auf. Diese Bohrung ist abgestuft,
wobei das Teilstück mit dem größeren Durchmesser der Aufnahme
im Schaft zugewandt ist. Eine gestufte Bohrung bietet vor allem
bei Durchmessern unter 1 mm den Vorteil, daß die nachfolgende
Bohrung mit noch geringerem Durchmesser leichter in den Stift
einzubringen ist.
Außerdem bietet die abgesetzte Bohrung des Keramikstiftes den
Vorteil, daß sich die während des Einsetzens komprimierte Luft
in der Bohrung mit dem größeren Durchmesser sammeln kann und
dann eine Entspannung über die Bohrung mit dem geringeren
Durchmesser in die Umgebung erfolgt. Während des Spinnbetriebs
kann sich bei der Erwärmung des Rotorschaftes die in der
Bohrung und in der Aufnahme erwärmende Luft durch die Bohrung
mit dem geringeren Durchmesser entweichend ausdehnen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die der Kugel zugewandte
Öffnung der Bohrung einen Durchmesser aufweist, dessen oberer
Grenzwert bei 0,2 mm liegt. Bei Öffnungen, deren Durchmesser
gleich oder unter dem genannten Durchmesser ist, ist die Gefahr
gering, daß sich ein scharfkantiger Rand der Öffnung in die
Oberfläche der Kugel, auf die sich das Stützelement abstützt,
einfräst. Bei dem geringen Durchmesser der Bohrung und einer
minimalen Exzentrizität zwischen Schaftachse und
Kugelmittelpunkt ergibt sich eher die Möglichkeit, daß sich das
Stützelement außerhalb der Öffnung auf der Kugel abstützt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die
beiden Stirnseiten des Abstützelements gleichartig ausgebildet.
Dadurch wird insbesondere die Bearbeitung der Abstützelemente
vereinfacht, da sie dazu nicht erst orientiert werden müssen.
Die Stirnseiten sind leicht ballig ausgeformt, so daß mit der
einen Stirnseite eine punktuelle Abstützung auf der Kugel und
mit der anderen Stirnseite ein leichtes Einführen in die
Aufnahme möglich ist.
Um einerseits einen festen Halt des Abstützelements in der
Aufnahme des Schaftes zu gewährleisten aber andererseits zuvor
ein leichtes Einführen des Abstützelements in die Aufnahme zu
ermöglichen, ist die Aufnahme in dem Schaft in dem Teilstück,
das seiner Stirnseite zugewandt ist, als Spielpassung und in
dem anschließenden Teilstück als Preßpassung ausgebildet. In
einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Teilstück
der Aufnahme mit Preßpassung etwa drei- bis viermal so lang wie
das Teilstück mit Spielpassung. Bei einer Länge des
Abstützelements von etwa 6 mm wäre das Teilstück mit
Preßpassung etwa zwischen 4 und 4,5 mm lang. Der überwiegende
Teil der Aufnahme dient somit der sicheren Verankerung des
Abstützelements in dem Schaft.
Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher
erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisch den Aufbau einer Rotorlagerung,
Fig. 2 einen Schaft, in dessen Ende ein Keramikstift als
Abstützelement eingefügt ist, der ein Sackloch
aufweist,
Fig. 3 einen Schaft, in dessen Ende ein Keramikstift als
Abstützelement eingefügt ist, der eine durchgehende
Bohrung aufweist, und
Fig. 4 die in Preßpassung und Spielpassung unterteilte
Aufnahme für das Abstützelement.
In Fig. 1 sind die für die Lagerung eines Spinnrotors
wichtigsten Merkmale dargestellt. Der Spinnrotor 1 einer
Offenend-Spinnvorrichtung ist mit seiner Lagerung in einem hier
nicht dargestellten Gehäuse, der sogenannten Spinnbox,
eingebaut. Der Rotorkelch 2, in dessen Rotorrille 2a der Faden
gebildet wird, sitzt auf einem Schaft 3. Dieser Schaft dient
der Lagerung und dem Antrieb des Rotors. Der Schaft 3 wird auf
einer Stützscheibenlagerung 4 gelagert, die aus jeweils zwei
gegenüberliegenden Scheibenpaaren 5 beziehungsweise 6 besteht.
Der Aufbau einer solchen Stützscheibenlagerung ist
beispielsweise aus der DE-OS 20 61 462 bekannt.
Das freie Schaftende 3a stützt sich mit seiner Stirnseite 3c
des abgesetzten Endstücks 3b in axialer Richtung in einem
Spurlager 7 gegen eine Kugel 8 ab. Der Aufbau des Spurlagers 7
entspricht dem Aufbau der Lagerung für einen
Offenend-Spinnrotor nach der DE-PS 25 14 734. Die Kugel 8
stützt sich in dem Gehäuse 9 gegen die Stirnfläche 10a eines
Bolzens 10 ab, der in axialer Richtung des Schaftes 3 gegenüber
dem Gehäuse 9 verstellbar ist. Die Verstellbarkeit erfolgt über
ein Gewinde 10b, wobei mit einer Kontermutter 11 der Bolzen 10
arretiert werden kann. Die Kugel 8 wird ständig durch einen
Öldocht 12 geschmiert, der in ein Ölvorratsgefäß 13 taucht.
Angetrieben wird der Spinnrotor 1 über einen Tangentialriemen,
der entlang einer Seite einer Spinnmaschine verläuft und
samtliche Rotoren der dort angeordneten Spinnstellen antreibt.
Auf dem Rotorschaft 3 liegt der Untertrum 14a eines solchen
Tangentialriemens. Die Anlage an den Schaft 3 wird durch eine
Spannrolle 15 erreicht. Sie drückt auf den Riemen und damit den
Rotorschaft zwischen die Stützscheibenpaare der
Stützscheibenlagerung 4. Oberhalb der Spannrolle 15 ist der
zurücklaufende Obertrum 14b des Tangentialriemens zu erkennen.
Die axiale Führung des Rotors 1 übernimmt das Spurlager 7. Eine
leichte Schrägstellung der Stützscheibenpaare 5 und 6 bewirkt
einen ständig leichten Schub des mittels des
Tangentialriemens 14a angetriebenen Rotors gegen die Kugel 8
des Spurlagers. Dadurch soll die Stirnfläche 3c des abgesetzten
Endstücks 3b des freien Schaftendes 3a stets an der Kugel 8 des
Lagers anliegen. In dieser Lage hat der Rotor 1 stets in
axialer Richtung die richtige Lage zur Austrittsöffnung des
hier nicht dargestellten Faserkanals der Spinnbox. Während des
Maschinenlaufs soll die Kugel nicht stillstehen, damit nicht
stets an derselben Stelle eine punktuelle Lagerbelastung
auftritt. Der Berührungspunkt zwischen der Stirnseite 3c und der
Kugel 8 wandert ständig aufgrund der minimalen Exzentrizität 29
zwischen der Schaftachse 17 und dem Kugelmittelpunkt 30 (Fig. 2
und 3).
In Fig. 2 ist in einem wesentlich vergrößerten Maßstab das
Schaftende 3a eines Schaftes 3 eines Spinnrotors 1 dargestellt,
wie er im Spurlager 7 nach Fig. 1 gelagert ist. Das abgesetzte
Endstück 3b enthält eine Aufnahme 16, ein Sackloch,
konzentrisch zur Achse 17 des Schaftes 3. Die mittels eines
Drallbohrers hergestellte Aufnahme 16 läuft in eine
kegelförmigen Spitze 18 aus. In der Aufnahme 16 ist ein
zylindrisches Abstützelement 19, im vorliegenden
Ausführungsbeispiel ein Keramikstift, eingesetzt. Die Länge des
aus Siliziumnitrids bestehenden Keramikstiftes beträgt im
vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa 6 mm, sein Durchmesser
etwa 3 mm. Die Befestigung in der Aufnahme 16 erfolgt in der
Regel mittels Preßsitz. Ein Einkleben des Keramikstiftes 19 in
die Aufnahme ist ebenfalls denkbar.
Die Stirnseite 3c des Schaftes 3 setzt sich zusammen aus der
Stirnseite 20 des rohrförmigen, abgesetzten Endstücks 3b des
Schaftes und der Stirnseite 21 des Keramikstiftes 19. Die
Stirnseite 21 des Keramikstiftes 19 ist leicht ballig geformt,
so daß es nur zu einer punktuellen Berührungsfläche 22 zwischen
Keramikstift 19 und Kugel 8 kommt. Diese Berührungsfläche 22
liegt aufgrund der Exzentrizität 29 zwischen dem Mittelpunkt 30
der Kugel 8 und der Achse 17 des Schaftes 3 geringfügig neben
der Achse 17. Aufgrund dieser Exzentrizität 29 wird die Kugel 8
in Drehung versetzt, um dadurch ständig wechselnde
Berührungsflächen zu schaffen. Dadurch wird ein gleichmäßiger
Verschleiß der Kugel erreicht.
Der Keramikstift 19 enthält eine von der Aufnahme 16
zugewandten Stirnseite 23 eingebrachte Bohrung 24, ein
Sackloch. Das Volumen dieses Sacklochs 24 ist so bemessen, daß
es beim Einsetzen des Keramikstiftes 19 in die Aufnahme 16 die
komprimierte Luft aufnimmt. Das Sackloch 24 sollte so bemessen
sein, daß bei der reibungsbedingten Erwärmung des Schaftes 3
die Kräfte auf den Keramikstift 19, die der erwärmungsbedingte
Druckanstieg der Luft durch ihre Ausdehnung in der Bohrung 24
sowie in der kegelförmigen Spitze 18 bewirkt, unter den Kräften
bleiben, mit der der Keramikstift 19 in der Aufnahme 16
gehalten wird. Dadurch wird ein Herausdrücken des
Keramikstiftes 19 aus seiner Aufnahme 16 und damit eine
Längenänderung des Schaftes 3 verhindert, die zu einer
Verlagerung des Einspeisepunktes der Fasern in den Rotorkelch
führt.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 unterscheidet sich das
Abstützelement, der Keramikstift 119, vom vorhergehenden
Ausführungsbeispiel nur durch die Form der Bohrung. Aus diesem
Grund werden bei übereinstimmenden Merkmalen dieselben
Bezugsziffern verwendet.
Den Keramikstift 119 durchzieht eine Bohrung 25 zentrisch zur
Längsachse 17 des Schaftes 3 von der Stirnseite 26, die an der
Kugel 8 anliegt, bis zur Stirnseite 27 in der Aufnahme 16. Die
Bohrung 25 ist abgestuft. Das Teilstück 25a, das der
Aufnahme 16 zugewandt ist, hat einen wesentlich größeren
Durchmesser, beispielsweise etwa 0,8 mm, gegenüber dem
Teilstück 25b, das der Kugel 8 zugewandt ist, und einen
maximalen Durchmesser von 0,2 mm aufweist. Im vorliegenden
Ausführungsbeispiel ist die Länge des Teilstücks der
Bohrung 25a mit dem größeren Durchmesser etwa doppelt so groß
wie die Länge des Teilstücks 25b mit dem geringeren Durchmesser
der Bohrung. Beim Einsetzen des Keramikstiftes 119 in die
Aufnahme 16 wird die komprimierte Luft zunächst von dem
Teilstück 25a der Bohrung mit dem größeren Durchmesser
aufgenommen und entspannt sich über das Teilstück der
Bohrung 25b durch die Öffnung 28. Die Öffnung 28 sollte keinen
Durchmesser über 0,2 mm aufweisen, damit der Rand der Öffnung
nicht mit der Berührungsfläche 22 zusammenfällt, dort, wo die
Abstützung des Abstützelementes 119 auf der Kugel 8 erfolgt.
Bei der Erwärmung des Schaftes 3 durch Reibung besteht die
Möglichkeit, daß die sich in der Spitze 18 der Aufnahme 16 und
in der Bohrung 25 erwärmende Luft durch die Öffnung 28
ausdehnt.
Fig. 4 zeigt einen Schaft ohne eingesetztes Abstützelement. Die
Aufnahme 16 in dem freien, abgesetzten Schaftende 3b ist eine
Bohrung. Diese Bohrung weist zwei Teilstücke mit
unterschiedlichen Durchmessern auf, die mit 16a und 16b
bezeichnet sind. Das mit 16a bezeichnete Teilstück der Bohrung,
das an der Stirnseite 20 des Schaftes 3 beginnt, hat einen
größeren Durchmesser als das sich anschließende Teilstück 16b.
Das Teilstück 16a weist eine Spielpassung, das Teilstück 16b
eine Presspassung auf. Das Teilstück 16a dient der leichten
Einführung des Abstützelements in die Aufnahme 16, das
Teilstück 16b zur Befestigung des Abstützelements. Die
einzelnen Teilstücke sind unterschiedlich lang. Das zur
Einführung des Abstützelements dienende Teilstück 16a mit
Spielpassung weist nur etwa ein Drittel bis zu einem Viertel
der Länge des Teilstücks 16b mit Preßpassung auf. Bei einer
Länge des Abstützelements von etwa 6 mm wären das etwa 1,5 bis
2 mm. Das übrige Teilstück 16b der Aufnahme 16 dient der
sicheren Befestigung des Abstützelements durch einen Preßsitz.
Claims (8)
1. Schaft zur Lagerung und zum Antrieb eines
Offenend-Spinnrotors, dessen freies Ende ein stabförmiges
Abstützelement zum axialen Abstützen des Schaftes auf einer
Kugel eines Spurlagers aufweist, wobei der Werkstoff des
Abstützelements eine größere Härte als Stahl aufweist und
das Abstützelement in einer zur Achse des Schaftes
konzentrischen Aufnahme angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Abstützelement (19, 119) eine von der der
Aufnahme (16) zugewandten Seite eingebrachte Bohrung (24,
25) aufweist.
2. Schaft nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Bohrung als Sackloch (24) ausgebildet ist.
3. Schaft nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
Volumen des Sackloches (24) so bemessen ist, daß die
Haftkräfte, mit denen das Abstützelement (19) in der
Aufnahme (16) gehalten wird, die bei der Erwärmung der Luft
durch deren Ausdehnung bedingten Kräfte übertreffen.
4. Schaft nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Bohrung (25) in dem Abstützelement (119) durchgehend und
abgestuft ist, wobei das Teilstück (25) mit dem größeren
Durchmesser der Aufnahme (16) im Schaft (3) zugewandt ist.
5. Schaft nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die der
Kugel (8) des Spurlagers (7) zugewandte Öffnung (28) der
Bohrung (25) einen Durchmesser aufweist, dessen oberer
Grenzwert bei 0,2 mm liegt.
6. Schaft nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden Stirnseiten (21, 23; 26, 27)
des Abstützelements (19, 119) gleichartig ausgebildet sind.
7. Schaft nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Aufnahme (16) für das
Abstützelement (19, 119) in dem Schaft (3) in ein der
Stirnseite (20) des Schafts (3) zugewandtes Teilstück mit
Spielpassung (16a) zur Einführung des Abstützelements (19,
119) und ein daran anschließendes Teilstück mit Preßpassung
(16b) zur Befestigung des Abstützelements (19, 119)
unterteilt ist.
8. Schaft nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Länge des Teilstücks der Aufnahme (16) mit Preßpassung
(16a) etwa das Drei- bis Vierfache der Länge des Teilstücks
mit Spielpassung (16b) beträgt.
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