DE19743744A1 - Schaft zur Lagerung und zum Antrieb eines Offenend-Spinnrotors - Google Patents

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 im Zwickel von zwei Stützscheibenpaaren liegt und in axialer Richtung mit der Stirnseite des freien Schaftendes auf einer Kugel gelagert ist. Die als Anlage für den Rotorschaft dienende Kugel wird über den Halter der Kugel in Vibration versetzt. Dadurch wird der Rotorschaft an ständig wechselnden Abstützpunkten der Kugel gehalten. Die Stützscheibenpaare für die Schaftlagerung weisen eine leichte Schrägstellung zueinander auf. Dadurch wirkt auf den Schaft eine Kraftkomponente, die den Schaft ständig in Richtung auf die Kugel drückt. 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 Rückkehr auf die Kugel zu Verschleiß, insbesondere 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.

Um den Verschleiß des Schaftendes zu minimieren, ist es aus 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 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.

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 ein 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.

Die erfindungsgemäße Verbindung der Aufnahme des Abstützelements mit der Umgebung über eine Entlüftungsbohrung erleichtert das Einsetzen des Abstützelements, beispielsweise einen Keramikstift, weil die beim Einsetzen des Stiftes in die Aufnahme verdrängte Luft durch die Entlüftungsbohrung in die Umgebung entweichen kann. Ein weiterer Vorteil gegenüber dem Stand der Technik besteht darin, daß die Bohrung zur Aufnahme des Abstützelements im abgesetzten Endstück des Rotorschaftes auf die Länge des einzusetzenden Abstützelements abgestimmt werden kann und dadurch nur so lang ist, wie erforderlich. Folglich wird eine Schwächung des abgesetzten Schaftendes durch eine Bohrung, die länger als ein 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 höhere Flächenpressung innerhalb der Aufnahme im Rotorschaft gewährleistet. Das erhöht die Sicherheit, mit der der Stift in der Aufnahme gehalten wird.

Eine durch die Entlüftungsbohrung entstehende Unwucht kann durch Wuchten ausgeglichen werden. Vorteilhafter ist es, statt nur einer Entlüftungsbohrung in seinem das Abstützelement aufnehmenden Teil auf seinem Querschnitt, in gleichen Winkelabständen verteilt, mehrere Entlüftungsbohrungen vorzusehen, die auf die Schaftachse gerichtet sind.

Fertigungstechnisch einfach herzustellen sind diese mehreren Entlüftungsbohrungen, wenn sich gegenüberliegende Bohrungen jeweils zu einer den Schaft geradlinig durchstoßenden Bohrung zusammengefaßt werden. Auch diese Bohrungen sind auf die Achse des Schaftes gerichtet. Sie schneiden sie.

Zur Vermeidung von Unwucht trägt weiterhin bei, wenn die Entlüftungsbohrungen alle den gleichen Durchmesser aufweisen. Dadurch ist, bezogen auf den Schaftquerschnitt, eine gleichmäßige Werkstoffverteilung und damit Masseverteilung gewährleistet.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Entlüftungsbohrung den Teil der Aufnahme des Abstützelements mit der Umgebung verbindet, der nicht von dem Abstützelement ausgefüllt ist. Wenn sich während des Spinnens der Rotorschaft aufgrund der Lagerreibung erwärmt, kann sich die Luft, die in der vom Bohrer geformten Spitze der Aufnahme durch das Abstützelement eingeschlossen ist, über die Entlüftungsbohrung ungehindert ausdehnen.

Von der Erfindung ist auch die Ausführung erfaßt, bei der die Entlüftungsbohrung so vor der Spitze in die Aufnahme mündet, daß sie nach vollständigem Einschieben des Abstützelements verschlossen ist. Die durch das Einschieben des Abstützelements verdrängte Luft kann in diesem Fall nahezu vollständig entweichen. Nur ein kleiner Luftrest in der Spitze der Aufnahme wird eingeschlossen. Seine Menge ist aber gering und nicht merklich verdichtet. Der Druckanstieg und damit die Wirkung der sich infolge der Erwärmung des Rotorschaftes ausdehnenden eingeschlossenen Luft auf den Sitz des Abstützelements sind deshalb wesentlich geringer als bei der bereits verdichteten eingeschlossenen Luft nach dem Stand der Technik.

Um die Schwächung des Schaftquerschnitts möglichst gering zu halten und die Festigkeit des Schaftes nicht herabzusetzen, ist es vorteilhaft, wenn der Durchmesser einer Entlüftungsbohrung mindestens um eine Zehnerpotenz geringer ist als der Durchmesser des Teils des Schaftes, der das Abstützelement trägt. Der Durchmesser der Entlüftungsbohrungen wird auf ihre Anzahl und auf ihre Verteilung auf dem Schaftquerschnitt abgestimmt und liegt zwischen 0,2 mm und 0,5 mm.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Stirnseiten des Abstützelements gleichartig ausgebildet. Dadurch wird insbesondere die Bearbeitung der Abstützelemente sowie das Einsetzen in den Rotorschaft 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 mit einer Entlüftungsbohrung für die Aufnahme des Abstützelements,

Fig. 3 einen Schaft mit mehreren Entlüftungsbohrungen für die Aufnahme des Abstützelements,

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Schaft nach Fig. 3 im Verlauf der Entlüftungsbohrungen und

Fig. 5 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 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.

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.

Aufgrund des Längsschnitts durch das abgesetzte Endstück 3b des Schaftes 3 ist die Entlüftungsbohrung 24 zu sehen, die die Aufnahme 16 für das Abstützelement 19 mit der Umgebung verbindet. Die Entlüftungsbohrung 24 mündet in die Spitze 18f die nicht von dem Abstützelement 19 ausgefüllt ist, und trifft auf die Schaftachse 17. Beim Einschieben des Keramikstifts 19 entweicht die Luft aus der Aufnahme-Bohrung 16 über die Entlüftungsbohrung 24 in die Umgebung. Während des Spinnbetriebs kann sich die durch die Lagerreibung erwärmte Luft aus der Spitze 18 durch die Entlüftungsbohrung 24 ausdehnen.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel mündet die Entlüftungsbohrung 24 senkrecht auf die Achse 17 des Schaftes 3. Fertigungstechnisch ist das am günstigsten. Möglich ist aber auch eine geneigte Stellung der Bohrung zur Achse 17. Der Durchmesser 35 der Bohrung 24 ist im Vergleich zu dem Durchmesser 36 (Fig. 4) des Teils des Schaftes 3b, der das Abstützelement 19 aufnimmt, um mindestens eine Zehnerpotenz geringer. Bei einem Schaftdurchmesser von etwa 5 mm sollte der Durchmesser einer Entlüftungsbohrung 0,5 mm nicht überschreiten. Bei mehreren Entlüftungsbohrungen sollte der Durchmesser der Bohrungen aus Festigkeitsgründen des Schaftes geringer sein.

Die Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schaftes mit Abstützelement, bei dem die Aufnahme 16 für das Abstützelement 19 über mehrere Entlüftungsbohrungen mit der Umgebung verbunden ist. Die Bohrungen 25, 27 und 28 stehen senkrecht aufeinander. Sie sind alle auf die Schaftachse 17 ausgerichtet und münden ebenfalls in die Spitze 18 der Bohrung der Aufnahme 16.

Wie ein in Fig. 4 dargestellter Schnitt durch das abgesetzte Endstück 3b des Schaftes 3 in Höhe der Entlüftungsbohrungen 25, 27 und 28 zeigt, sind die Entlüftungsbohrungen, von denen jetzt auch die in Fig. 3 weggeschnittene Bohrung 26 zu sehen ist, in gleichen Winkelabständen 31 auf seinem Querschnitt 32 verteilt angeordnet. Alle Bohrungen sind auf die Schaftachse 17 gerichtet und weisen den gleichen Durchmesser 35 auf.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind vier Entlüftungsbohrungen 25, 26, 27 und 28 vorgesehen. Da diese vier Bohrungen aufgrund der gleichen Winkelabstände 31 jeweils unter einem Winkel von 90 Grad senkrecht aufeinanderstehen, können die sich jeweils gegenüberliegenden Bohrungen 25 und 27 beziehungsweise 26 und 28 als eine den Schaft geradlinig durchstoßende Bohrung 33 beziehungsweise 34 angesehen werden. Fertigungstechnisch ist eine solche durchgehende Bohrung 33 beziehungsweise 34 einfach herzustellen. Durch die senkrechte Anordnung dieser beiden Entlüftungsbohrungen 33 und 34 zueinander und aufgrund des gleichen Durchmessers 35 wird eine gleichmäßige Verteilung des Werkstoffs und damit der Masse über den Querschnitt erreicht. Dadurch wird das Entstehen von Unwuchten vermieden.

Fig. 5 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 (11)

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 die Aufnahme (16) für das Abstützelement (19) über eine Entlüftungsbohrung (24; 25, 26, 27, 28) mit der Umgebung verbunden ist.

2. Schaft nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsbohrung (24; 25, 26, 27, 28) im Schaft (3) radial ausgerichtet ist.

3. Schaft nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Schaft (3) in seinem das Abstützelement (19) aufnehmenden Teil (3b) auf seinem Querschnitt (32) in gleichen Winkelabständen (31) verteilt Entlüftungsbohrungen (25, 26, 27, 28) angeordnet sind.

4. Schaft nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich gegenüberliegende Entlüftungsbohrungen (25, 27; 26, 28) jeweils zu einer den Schaft (3b) geradlinig durchstoßenden Bohrung (33; 34) zusammengefaßt sind.

5. Schaft nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsbohrung (24; 25, 26, 27, 28) den Teil (18) der Aufnahme (16) mit der Umgebung verbindet, der nicht von dem Abstützelement (19) ausgefüllt ist.

6. Schaft nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsbohrungen (25, 26, 27, 28) alle den gleichen Durchmesser (35) aufweisen.

7. Schaft nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (35) der Entlüftungsbohrung (24; 25, 26, 27, 28) mindesten um eine Zehnerpotenz geringer ist als der Durchmesser (36) des Teils des Schaftes (3b), der das Abstützelement (19) trägt.

8. Schaft nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (35) der Entlüftungsbohrung (24; 25, 26, 27, 28) zwischen 0,2 mm und 0,5 mm liegt.

9. Schaft nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stirnseiten (21, 23) des Abstützelements (19) gleichartig ausgebildet sind.

10. Schaft nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (16) für das Abstützelement (19) in dem Schaft (3) in ein der Stirnseite (20) des Schafts (3) zugewandtes Teilstück mit Spielpassung (16a) zur Einführung des Abstützelements (19) und ein daran anschließendes Teilstück mit Preßpassung (16b) zur Befestigung des Abstützelements (19) unterteilt ist.

11. Schaft nach Anspruch 10, 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.