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Die
Erfindung betrifft einen Schaft zur Lagerung und zum Antrieb eines
Offenend-Spinnrotors entsprechend dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
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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 25 14 734 C2 ist
die Lagerung für einen
Offenend-Spinnrotor bekannt, wie sie auch bei den bisher höchsten erreichten
Drehzahlen eines Spinnrotors noch eingesetzt wird.
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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.
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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, kann
es zur Verfälschung
der Garnnummer kommen, weil sich die Lage des Rotors zur Fasereinspeisung ändert.
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Um
den Verschleiß des
Schaftendes zu minimieren, ist es aus der
DE 29 02 820 A1 bekannt,
das Schaftende eines Spinnrotors mit einem verschleißfesten
Laufbelag zu versehen. Auch diesem verschleißfesten Laufbelag liegt als
Spurlager eine schwingungsfähig
gehaltene Kugel aus verschleißfestem
Material gegenüber.
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Gemäß
DE 29 02 820 A1 weist
das Schaftende zunächst
eine Aushöhlung
auf, in die eine pastillenartige Beschichtung aus einem verschleißfesten Material
eingespritzt wird.
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Die
pastillenartige Beschichtung schließt dabei bündig mit dem Schaftende ab.
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Des
Weiteren ist durch die
DE
41 17 175 A1 und die US 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 Keramikstifts 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.
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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.
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Eine
weitere Möglichkeit
das Schaftende eines Rotorschaftes mit einem Verschleißschutz
zu versehen, ist in der
DE
40 20 411 A1 beschrieben.
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Das
Schaftende des Rotorschaftes ist dabei entweder mit einem Führungsansatz
oder mit einer Führungsbohrung
zum Festlegen eines auswechselbaren, als Abstützelement ausgebildeten Verschleißschutzes
ausgestattet.
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Das
heißt,
schaftendseitig ist am Rotorschaft des Spinnrotors ein Abstützelement
festgelegt, das bei entsprechendem Verschleiß ausgewechselt werden kann.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, die aufgezeigten Nachteile, insbesondere
beim Einbau eines Abstützelements
in ein Sackloch des Rotorschaftes, zu vermeiden.
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Die
Lösung
der Aufgabe erfolgt mit Hilfe der kennzeichnenden Merkmale des ersten
Anspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den
Unteransprüchen
beansprucht.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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Anhand
von Ausführungsbeispielen
wird die Erfindung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 schematisch
den Aufbau einer Rotorlagerung,
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2 einen
Schaft, in dessen Ende ein Keramikstift als Abstützelement eingefügt ist,
der ein Sackloch aufweist,
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3 einen
Schaft, in dessen Ende ein Keramikstift als Abstützelement eingefügt ist,
der eine durchgehende Bohrung aufweist, und
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4 die
in Preßpassung
und Spielpassung unterteilte Aufnahme für das Abstützelement.
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In
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
20 61 462 A bekannt.
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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 25 14 734 C2 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.
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Angetrieben
wird der Spinnrotor 1 über
einen Tangentialriemen, der entlang einer Seite einer Spinnmaschine
verläuft
und sämtliche
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.
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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 Berühungspunkt
zwischen der Stirnseite 3c und der Kugel 8 wandert
ständig
aufgrund der minimalen Exzentrizität 29 zwischen der Schaftachse 17 und
dem Kugelmittelpunkt 30 (2 und 3).
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In 2 ist
in einem wesentlich vergrößerten Maßstab das
Schaftende 3a eines Schaftes 3 eines Spinnrotors 1 dargestellt,
wie er im Spurlager 7 nach 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.
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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.
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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.
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Beim
Ausführungsbeispiel
nach 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.
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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.
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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.