DE2409585A1

DE2409585A1 - Lageranordnung, insbesondere fuer ringspinnmaschinen

Info

Publication number: DE2409585A1
Application number: DE2409585A
Authority: DE
Inventors: Gordon Anthony Glanfield; Derrick John Haines
Original assignee: Ransome Hoffmann Pollard Ltd
Current assignee: Pilgrim House Group Ltd
Priority date: 1973-03-02
Filing date: 1974-02-28
Publication date: 1974-09-19
Also published as: GB1435948A

Description

der Fa. Ransoms Hoffmann Pollard Limited, New Street, Chelmsfort, Essex, England

betreffend:

"Lageranordnung, insbesondere für Ringspinnmaschinen"

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung, die insbesondere für eine schneilaufende Spindel eines Typs geeignet ist, wie sie offenendenden Spinnmaschinen verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung zwischen einem stationären und einem rotierenden Teil mit einer Vielzahl von Wälzlagerelementen, die in entsprechenden Ausnehmungen in dem stationären Teil aufgenommen werden, wobei jede Ausnehmung von ähnlicher Form und wenig größer als die entsprechenden Wälzlagerelemente ist, wobei die Ausnehmungen gegen das rotierende Teil geöffnet sind, so daß während des Betriebes eine Rotation jedes der Wälzlagerelemente aufgrund seiner Berührung mit dem rotierenden Teil auftritt, ohne daß die Wälzlagerelemente die Wandungen ihrer Ausnehnungen be-

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rühren, da sie durch einen dazwischen geblldeteten Fluidfilm getragen werden.

Vorzugswelse sind die Wälz lagere leinen te Identisch ausgebildet und Im gleichen Abstand voneinander angeordnet.

Insbesondere wird der stationäre Teil aus einem ringförmigen Gehäuse und der rotierende Teil aus einer Spindel gebildet.

Die Wälzlagerelemente können entweder'Kugeln oder Rollen sein.

Zweckmäßigerweise wird jede Ausnehmung mit wenigstens einem Einlaß versehen, der mit einer Quelle für ein unter Druck stehendes Fließmedium verbindbar ist, wobei diese Ausnehmung mit dem das entsprechende Wälzlagerelement tragenden Fließmediumfilm versehen ist.

Vorzugsweise ist jedoch jede Ausnehmung mit wenigstens einem Einlaß versehen, der mit einer Quelle für ein druckbeaufschlagtes Fluid verbindbar ist, wobei die Abmessungen der Ausnehmung bzw. des Wälzlagerelementes derart sind, daß ein hydrodynamischer Keil in jeder Ausnehmung durch das umgebende Fluid erzeugt wird, das in die Ausnehmung durch die Rotation des entsprechenden Wälzlagerelementes gepumpt wird, wobei der das Wälzlagerelement tragende Fluidfilm irgendeiner gegebenen Ausnehmung ein Hybridfilm ist, der den hydrodynamischen Keil und einen Film aufweist, der über den oder die Einlasse der Ausnehmung eingespeist wird. In diesem Fall ist es wesentlich, um den hydrodynamischen Keil zu bilden, daß die Wälzlagerelemente Rollen sind. Auf diese Weise arbeitet jede einxlne Rollen-Ausnehmung-Kombination als ein Hybridfluidfilmlager, wobei die Hybrideigenschaft eine Kombination

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des hydrostatischen Effektes des Einlaßdruckes und des hydrodynamischen Effektes der rotierenden Rolle ist.

Jeder Einlaß kann mit der Quelle für das druckbeaufschlagte Fluid mittels eines entsprechenden Kanals in dem stationären Teil verbunden werden. Vorzugsweise ist der Querschnittsbereich jedes Einlasses größer als der Querschnittsbereich des entsprechenden Kanals. Dies ist vorteilhaft, da hierdurch der Bereich vergrößert wird. Über dem der hydrostatische Effekt wirkt, wodurch die dynamische Starrheit der Anordnung vergrößert wird.

Die Anordnung kann weiter eine Zuführung für druckbeaufschlagtes Fluid in Verbindung mit jedem der Einlasse aufweisen. Vorteilhafterweise ist dies eine Quelle für druckbeaufschlagten Luft/öl-Nebel, der vorzugsweise mit einem Druck im Bereich von 5 bis Io Atmosphären beaufschlagt ist. Das druckbeaufschlagte Fluid oder Fließmedium kann auch druckbeaufschlagtes öl sein.

Im Falle einer Lageranordnung, die einen Hybridfluidfilm verwendet, ist das umgebende Fluid Luft, wenn ein Luft/öl-Nebel den Einlassen zugeführt wird, und ist öl, wenn den Einlassen öl zugeführt wird.

Es ist ferner möglich, von dem hydrostatischen Teil des Fluidfilms durch Eliminieren der Fluidzuführungseinlässe abzusehen, wobei dann die Wälzlagerelemente (die hierbei Rollen sein müssen) ganz durch die hydrodynamischen Keile getragen werden.

Die Erfindung schafft ferner eine Lageranordnung für eine Spindel mit einem ringförmigen Gehäuse, das die Spindel dicht umgibt,und einer Vielzahl von idents>Lchen, im gleichen Abstand voneinander angeordneten Wälzlager-

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elementen, von denen jedes jeweils in einer entsprechenden Ausnehmung in dem Gehäuse aufgenommen wird, wobei sich die Ausnehmung in das Innere des ringförmigen Gehäuses öffnet, wobei jede Ausnehmung von ähnlicher Form und wenig größer als ihr entsprechendes Wälzlagerelement ist, so daß beim Betrieb die Drehung jedes der Wälzlagerelemente aufgrund seines Kontaktes mit der sich drehenden Spindel bewirkt, daß umgebendes Fließmedium in die entsprechende Ausnehmung gepumpt wird, um einen hydrodynamischen Keil zu bilden, der bewirkt, daß das Wälzlagerelement frei von den Wänden der Ausnehmung "schwimmt".

Die Erfindung schafft ferner eine Lageranordnung zwischen einem stationären und einem rotierenden Teil mit einer Vielzahl von Wälzlagerelementen, die jeweils in einer entsprechenden Ausnehmung in dem stationären Teil aufgenommen werden, wobei jede Ausnehmung von ähnlicher Form und wenig größer als das entsprechende Wälzlagerelement ist, während die Ausnehmungen sich zu dem rotierenden Teil hin öffnen, wobei jede Ausnehmung mit wenigstens einem Einlaß versehen ist, der mit einer Quelle für druckbeaufschlagtes Fluid verbindbar ist, wobei jedes der Wälzlagerelemente in seine Ausnehmung durch^inen Fluidfilm getragen wird, der über die Einlasse zugeführt wird, so daß beim Betrieb die Rotation jedes der Wälzlagerelemente aufgrund seiner Berührung mit dem rotierenden Teil stattfindet, ohne daß das Wälzlagerelement die Wände seiner Ausnehmung berührt.

Im folgenden werden zwei Arten von Lageranordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch

eine erste Ausführungsform der Lageranordnung;

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Fig. 2 stellt einen Schnitt längs der Linie X-X von Fig. 1 dar;

Fig. 3 ist ein Schnitt durch eine zweite

Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lageranordnung;

Fig. 4 ist ein Schnitt längs der Linie Y-Y von Fig. 3.

Fig. 1 zeigt ein Lager 1 für eine Spindel 2 einer offenendenden Spinnmaschine (nicht gezeigt). Das Lager 1 weist ein ringförmiges Gehäuse auf, das aus zwei Teilen 3 und 4 gebildet ist, die miteinander durch das Zusammenwirken eines Sprengrings 5 und Ausnehmungen 6 und 7 in den Teilen 3 bzw. 4 verbunden sind. Eine Vielzahl von gleichen, im gleichen Abstand voneinander angeordneten sich verjüngenden Rollen 8 ist um den sich verjüngenden Endteil 9 der Spindel 2 angeordnet, wobei jede Rolle 8 in eine Ausnehmung Io in dem ringförmigen Gehäuse aufgenommen wird. Jede Ausnehmung Io ist von ähnlicher Form und wenig größer als die entsprechende Rolle 8. Jede Ausnehmung Io ist mit einem Lufteinlaßkanal 11 versehen, der tatsächliche Einlaß 12 (in die Ausnehmung lo) besitzt dabei einen größeren Querschnitt als der übrige Teil des Kanals 11.

Beim Betrieb bewirkt die Rotation der Spindel 2 ein Rotieren der Rollen 8, während bei hohen Geschwindigkeit durch die kreiselnden Rollen Luft in die Ausnehmungen.

10 gepumpt wird. Ein Luft/öl-Nebel wird unter einem Druck im Bereich von5 bis Io Atmosphären jedem der Einlaßkanäle

11 zugeführt. Auf diese Weise arbeitet jede Rollen/Ausnehmungs-Kombination als ein Hybridfluidfilmlager, wobei die Hybrideigenschaft eine Kombination des hydrostatischen Effektes des Einlaßdruckes des Luft/Öl-Nebels und des hydro-

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dynamischen Effektes der kreiselnden Rollen in den Ausnehmungen ist. Dieser hydrodynamische Effekt tritt auf, da die Rollen keine konzentrischen Lagen in ihren Ausnehmungen aufgrund der verschiedenen Belastungen einnehmen/ die hierauf von der Spindel übertragen werden. In diesem besonderen Falle, wo der Luft/öl-Nebel unter derartigen Drücken dem "hydrodynamischen" Film zugeführt wird, bewirken die gekoppelten "hydrostatischen" und "hydrodynamischen" Effekte, daß die Rollen frei von den Ausnehmungswänden "schwimmen". Die Rollen 8 liefern daher sowohl ein Gleit- als auch ein Drucklager für die sich drehende Spindel 2. Des weiteren schmiert der ölnebel, der von der Luft getragen wird, die zusammenwirkenden Lagerflächen der Rollen 8 und der Spindel 2.

Jede Ausnehmung Io sollte von derartiger Größe sein, daß dann, wenn die Rolle 8 zentrisch darin angeordnet wird, ein ideales Spiel zwischen den Ausnehmungswänden und der Rolle existiert, das in der Größenordnung von 2,->4 χ lo~ cm oder soviel wie o,oo377 cm sein kann. Die Rollen 8 und die Gehäuseteile 3 und 4 können entweder aus Stahl oder aus Plastikmaterial hergestellt sein« Ferner können jede der Ausnehmungen Io und ihre zugeordneten Einlaßkanäle 11 und Einlasse 12 in einem entsprechenden separaten Einsatz untergebracht sein, der in einen entsprechend geformten Ausschnitt des Gehäuses 4 eingesetzt wird, wobei auch ein anderes Material als für das Gehäuse verwendet werden kann.

Wenn eine derartige Lageranordnung beispielsweise in einer offenenenden Spinnmaschine verwendet wird, ist es möglich, eine Spindel zu tragen, die mit einer Geschwindigkeit bis zu loo ooo U/min rotiert. Die Spindel einer derartigen Maschine wird üblicherweise mit einem Treibriemen angetrieben, der natürlich die Spindel in einer bestimmten Richtung belastet. Folglich ist jede der Rollen der Lager-

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anordnung einer anderen Belastung unterworfen, die von ihrer Position in dem Lager abhängt. Das Prinzip verkörpert irgendeine Orientierung der Spindel, beispielsweise von vertikal, zu horizontal. Es ist wichtig, daß die Belastung jeder Rolle 8 nicht ausreicht, daß sie die Wände ihrer Ausnehmung berührt, da dies eine Beschädigung des Lagers bewirken könnte.

Es gibt natürliche eine zentralisierende (restaurierende) Kraft entgegen der Belastung einer bestimmten Rolle. Diese zentralisierende Kraft hängt von der Rotationsgeschwindigkeit der Rolle, dem Abstand, um den das Zentrum der Rolle vom geometrischen Zentrum seiner Ausnehmung versetzt wird, dem Einlaßdruck des Luft/Öl-Nebels, der Viskosität des Luft/öl-NebelS'bei Betriebsbedingungen, der Größe des Einlasses, dem Spiel zwischen der Rolle und seiner Ausnehmung und der Rollengröße ab. Der Einlaßdruck und die Größe des Einlasses sind besonders wichtig, um die dynamische Steifheit des Lagers zu verbessern. Um die dynamische Steifheit der Anordnung weiter zu vergrößern, können die Einlasse Schlitze aufweisen, die sich im wesentlichen längs der gesamten Länge der Rollen erstrecken. Die Größe der Einlasse ist jedoch kritisch hinsichtlich der Stabilität des hydrodynamischen Films, der durch die Rotation der Rollen erzeugt wird. Wenn daher die Einlaßgröße zu groß ist, kann der hydrodynamische Film für eine vorgegebene Rolle aufgrund der geringen Starrheit der Luft in dem Einlaß reißen, wodurch die Rolle aus Ausnehmungswände berühren kann, was zu einer Lagerbeschädigung führt. Folglich muß ein Gleichgewicht zwischen dem Wunsch nach ziemlich großen Einlassen zum Zweck der Verbesserung der dynamischen Starrheit und dem Wunsch nach Einlassen getroffen werden, die klein genug sind, um die Stabilität des Schmierfilms und daher die Rollen zu halten.

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Da die auf die Rolle wirkende Last in Abhängigkeit von ihrer Position in dem Lager variert, können die Positionen und Größen der Einlasse variert werden, um sie an die besonderen Belastungen anzupassen, die die einzelnen Rollen zu tragen haben. Ferner ist es möglich, mehr als einen Einlaß pro Ausnehmung vorzusehen oder sogar Einlasse an den Stirnflächen der Ausnehmungen anzubringen.

Fig. 3 zeigt ein Lager 21 für eine Spindel 22 einer offenendenden (nicht dargestellten) Spinnmaschine, da ein ringförmiges Gehäuse 23 aufweist, das mit einer kegelstumpfförmigen Fläche 24 entsprechend dem sich verjüngenden Ende

25 der Spindel versehen ist. Eine Vielzahl von gleichen, im gleichen Abstand zueinander angeordneten Kugeln 26 ist an der kegelstumpfförmigen Fläche 24 angeordnet, wobei jede Kugel von einer teilkugelförmigen Ausnehmung 27 aufgenommen wird. Die Ausnehmungen 27 sind entweder direkt in die Räche 24 eingearbeitet oder in getrennten Einsätzen 24a untergebracht, die aus Plastikmaterial oder Stahl sein können. Jede Ausnehmung 27 besitzt einen Radius, dar geringfügig größer als der der entsprechenden Kugel

26 ist. Jede der Ausnehmungen 27 ist mit einem Einlaßkanal 28 versehen, wobei der tatsächliche Einlaß 29 (zu der Ausnehmung) einen größeren Querschnitt als der übrige Querschnitt des Kanals hat. Das sich verjügende Ende 25 der Spindel 22 ist mit einer Nut 3o versehen, die als Auflager mit den Kugeln zusammenwirkt.

Beim Betrieb wird ein Luft/Öl-Nebel unter einem Druck zwischen 5 bis Io Atmosphären jedem der Einlaßkanäle 28 zugeführt. Dieser Luft/Öl-Nebel bildet einen Fluidfilm in jeder der Ausnehmungen 27, um die Kugeln 26 ohne Berührung mit den Äusnehmungswänden selbst dann zu tragen, wenn die-Spindel mit hoher Geschwindigkeit rotiert. Die Kugeln 26 liefern daher sowohl ein Gleit- als auch ein

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Drucklager für die Spindel. Ferner schmiert der ölnebel, wie in der Ausführungsform der Fig. 1 und 2, der durch die Luft getragen wird, die zusammenwirkenden Lagerflächen der Kugeln 26 und der Spindel 22.

Jede der Ausnehmungen 27 sollte von derartiger Größe sein, daß dann, wenn die Kugel 26 zentral hierin placiert wird, ein radiales Spiel vorhanden ist, das von der Größenordnung von 2,54 χ Io cm oder o,oo5 cm sein kann, zwischen den Ausnehmungswänden und der Kugel existiert, Wie bei der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 wird der Spiel für eine gegebene Kugel 26 von der Belastung, der die Kugel ausgesetzt ist, beeinflußt, wobei wiederum eine zentralisierende Kraft entgegen der Belastung auftritt.

Bei der in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform ist ein möglich, ohne die Einlaßkanäle 11 zu arbeiten und sich gänzlich auf die hydrodynamischen Teile zu stützen, um die Rollen 8 zu tragen. In diesem Fall sollte die minimale radiale Trennung zwischen den Rollen und den Ausnehmungswänden in den konzentrischen Positionen nicht größer als das Hybridlager äquivalenter Abmessungen sein und kann so niedrig wie 2,54 χ Io cm sein. Ferner kann öl anstelle von Luft als TrägexfiLuid verwendet werden. In diesem Falle müssen Vorkehrungen für die Entfernung von öl getroffen werden, das dem Lager über die Einlasse zugeführt worden ist. Ferner können in der ersten Ausführungsform die sich verjagenden Rollen durch zylindrische oder tonnenförmige Rollen ersetzt werden, wobei im ersteren Fall die Spindel zylindrisch sein würde, während sie im zweiten Falle verjüngt, zylindrisch oder mit einer Nut versehen sein könnte, um nahezu dem Profil der Rollen zu entsprechen. Ferner ist es möglich, sich verjüngende, zylindrische oder tonnen-

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- Io förmige Rollen mit einem Endprofil zu verwenden.

Ferner ist es möglich,die Lageranordnung in Spinnmaschinen zu verwenden, in denen die Spindel stationär ist,' während ein Spinnkopf über dieser Spindel rotiert. In diesem Falle werden die Ausnehmungen am Umfang Spindel ausgebildet, um die Wälzlagerelemente aufzunehmen.

(Patentansprüche)

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Claims

- 11 Patentansprüche

Lageranordnung mit einem stationären, einem sich drehenden Teil und einer Vielzahl von Wälzlagerelementen, die jeweils in einer entsprechenden Ausnehmung in dem stationären Teil aufgenommen werden, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ausnehmung (lo, 27) von ähnlicher Form und wenig größer als das entsprechende Wälzlagerelernent (8, 26) ist, so daß beim Betrieb die Rotation jedes der Wälzlagerelemente aufgrund seiner Berührung mit dem rotierenden Teil (2, 22) stattfindet, ohne daß die Wälzlagerelemente mit den Wänden der Ausnehmung (lo, 27) in Berührung stehen, so daß sie von einem Fluidfilm, der hierzwischen gebildet wird, getragen werden.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzlagerelemente (8, 26) gleich und in gleichem Abstand voneinander angeordnet sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein ringförmiges Gehäuse (3, 4; 23, 24) den stationären Teil und eine Spindel (2, 22) den rotierenden Teil bildet.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzlagerelemente Kugeln (26) sind.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzlagerelemente Rollen (/8) sind.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ausnehmung (lo, 27) mit wenigstens

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einem Einlaß (12, 29) versehen ist, der mit einer Quelle für ein druckbeaufschlagtes Fluid verbindbar ist, wobei die Ausnehmung mit einem das entsprechende Wälzlagerelement tragende Fluidfilm versehen ist.
7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (lo) mit wenigstens einem mit einer Quelle für ein druckbeaufschlagtes Fluid verbindbaren Einlaß versehen und die Ausnehmungs/Rollen-Abmessungen derart gewählt sind, daß ein hydrodynamischer Keil in jeder Ausnehmung durch das umgebende, durch die Rotation der entsprechenden Rolle (8) in die Ausnehmung (lo) gepumpte Fluid erzeugt wird, wobei der die Rollen tragende Fluidfilm in jeder Ausnehmung in Hybridfilm ist, der aus dem hydrodynamischen Keil und einem Film besteht, der über eine oder mehrere Einlasse (12) der Ausnehmung (lo) zugeführt wird.
8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einlaß (12, 29) mit der Quelle für ein druckbeaufschlagtes Fluid über entsprechende Kanäle (11, 28) in dem stationären Teil verbindbar ist.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnittsbereich jedes Einlasses (12, 29) größer als der Querschnittsbereich der entsprechenden Kanäle (11, 28) ist.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Quelle für ein druckbeaufschlagtes Fluid in Fluidverbindung mit jedem der Einlasse (12, 29) steht.
11. Anordnung nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle für das druckbeaufschlagte Fluid einen druck-

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- 13 Luft/Öl-Nebel liefert.
12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der Luft/öl-Nebelzuführung im Bereich von 5 bis Io Atmosphären liegt.
13. Anordnung nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle für das druckbeaufschlagte Fluid druckbeaufschlagtes öl liefert.
14. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung/RoIlen-Abmessungen derart gewählt sind, daß der in der Ausnehmung gebildete Fluidfilm ein hydrodynamischer Keil ist, der durch das umgebende Fluid gebildet wird, das in die Ausnehmung durchdie Rotation der entsprechenden Rolle gepumpt wird.
15. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das radiale Spiel zwischen einer Rolle (8) und einer entsprechenden Ausnehmung (lo) durchschnittlich im Bereich von o,oooo254 bis o,oo372 cm liegt.
16. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einlaß (12) aus einem entsprechenden Schlitz gebildet wird, der sich im wesentlichen über die gesamte Länge der entsprechenden Rolle erstreckt.
17. Anordnung nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ausnehmung (27) eine teilkugelförmige Vertiefung ist.
18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nut (3o) in dem rotierenden Teil (22) gebildet ist,

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um eine mit den Kugeln (26) zusammenwirkende Lagerfläche zu bilden.

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