DE2533804A1

DE2533804A1 - Anordnung zur lagerung eines rotors

Info

Publication number: DE2533804A1
Application number: DE19752533804
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr Ing Quandt; Werner Ing Grad Ries
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1975-07-29
Filing date: 1975-07-29
Publication date: 1977-02-03
Also published as: CS189780B2; IN146411B; US4093323A; GB1553374A; JPS5218932A; PL118146B1; JPS5414216B2; DE2533804B2; DE2533804C3; CH597380A5; BR7604741A

Description

TELDIX GmbH

6900 Heiderberg-1
Grenzhöfer Weg 36

Heidelberg, 21. Juli 1975 PT-Sch/mo E-363

Anordnung zur Lagerung eines Rotors

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Lagerung eines Rotors insbesondere schnelldrehende Spinnturbine einer Offen-End-Spinnmaschine, enthaltend ein Axiallager.

Problemstellung

Eine derartige Anordnung, bei welcher der zu lagernde Rotor einen Zapfen aufweist, wobei dieser in die Lagerbuchse hineinragt, ist Gegenstand der älteren Patentanmeldung P 24 27 055*1 der Anmelderin. Hierbei hat es sich hei&usgestellt, daß eine ausreichende Versorgung des Axiallagers mit Schmiermittel nicht immer gewährleistet werden konnte. Ursache hierfür dürften die bei den hohen Drehzahlen von über 40.000 UpM, welche heute bei Spinnturbinen für das Offen-End-Spinnverfahren üblich sind, wirksamen Zentrifugalkräfte sein, durch welche das Schmiermittel aus dem Axiallager herausgeschleudert wird. Aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 256 052 ist weiterhin eine Spinneinheit bekannt geworden, bei welcher zur

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Abstützung der Welle in radialer bzw. axialer Richtung aerodynamische oder aerostatische Lagerungen vorgesehen sind. Auch hierbei besteht für das Axiallager die Gefahr, daß das Schmiermedium in verstärktem Maße radial nach aussen gefördert wird, so daß entweder ein sehr großer Gasdurchsatz des Lagers erforderlich ist oder aber beispielsweise durch Spiralrillen eine aufwendige Herstellung der Lagerung vorgenommen werden muß. Darüber hinaus ist aufgrund der Verwendung von Druckplatten für das Axiallager zum einen die Herstellung und Montage der Spinneinheit recht aufwendig und zum anderen ein Herausnehmen der Spinnturbine nicht ohne weiteres möglich.

Aufgabe und Lösung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde die genannten Nachteile zu vermeiden und eine im Aufbau einfache Anordnung zur Lagerung eines Rotors zu schaffen, bei welcher eine ausreichende Schmiermittelversorgung gewährleistet bzw. ein übermäßiger Schmiermitteldurchsatz vermieden wird. Diese Aufgabe wird gemäß des ersten Patentanspruches dadurch gelöst, daß dem Axiallager wenigstens ein enger Ringspalt zugeordnet ist, welcher einen größeren Durchmesser als das genannte Axiallager aufweist und daß der Ringspalt vorzugsweise konzentrisch zur Drehachse angeordnet ist.

Vorteile und Weiterbildungen

Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich außer des sehr einfachen kontruktiven Aufbaus vor allem dadurch aus, daß dem Axiallager eine Drucksperre in Form eines ohne fertigungstechnische Schwierigkeiten erzeugten Ringspaltes zugeordnet ist. Aufgrund der konzentrischen

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Anordnung des Eingspaltes staut sich insbesondere bei hohen Drehzahlen das Schmiermittel an der zylindrischen Fläche des Ringspaltes. Der genannte Ringspalt wird bevorzugt zwischen der Außenfläche eines Ringes und der Innenfläche einer die Lagerbuchse aufnehmenden Träger-»· buchse vorgesehen, so daß der Ringspalt ohne weiteres sehr eng ausgebildet werden kann. Als entscheidender Vorteil sei genannt, daß auf diese Weise der Rotor leicht aus der Anordnung herausnehmbar ist, was vor allem in der Spinnereitechnik von besonderer Bedeutung ist. Es hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen Lagerbuchse und Trägerbuchse in einem abgeschlossenen Gehäuse anzuordnen, wobei auf der dem Rotor zugewandten Seite berührungsfreie Drall- oder Spaltdichtungen vorhanden sind. Somit wird erreicht, daß das einmal in das Gehäuse bzw. in dort vorhandene Schmiermittelspeicher eingebrachte Schmiermittel nur in sehr geringem Maße nach außen gelangen kann bzw. für sehr lange Betriebsdauer den Lagerungen zugeführt werden kann.

In einer vorteilhaften Weiterbildung

ist dem genannten Ringspalt eine konische Ringfläche oder Ringnut zugeordnet zum Auffangen des austretenden Schmiermittels. Hierbei ist der Durchmesser der Ringfläche größer als der Durchmesser der dort vorgesehenen Dralldichtung, so daß das aus dem Ringspalt austretende Schmiermittel durch den Rotor zu der Ringfläche geschleudert wird und von der Dralldichtung ferngehalten wird. Um eine gute Zirkulation des Schmiermittels innerhalb des Gehäuses und damit eine ausreichende Schmiermittelversorgung der Gleitlagerflächen zu erhalten, ist es vorteilhaft in der Trägerbuchse und/oder Aufnahmebuchse Axialbohrungen anzuordnen. Palis die Anordnung bzw. das Gehäuse samt Rotor

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elastisch in einem Stator angeordnet sind, ist es zweckmäßig zur Drehsicherung einen Stift in dem Gehäuse anzuordnen, welcher in einer Axialnut des Stators geführt ist. Darüber hinaus hat es sich als sehr vorteilhaft erwiesen sowohl das Axialgleitlager als auch das Radialgleitlager als bekannte Mehrgleitflächenlager auszubilden, damit auch bei hohen Drehzahlen immer eine ausreichende Schmierung der Lagerflächen sowie eine große Stabilität gewährleistet wird. Somit ist insbesondere für die Spinnereitechnik eine einfache und kostengünstige Anordnung geschaffen, welche sich durch eine überraschend große Funktionssicherheit auszeichnet. Die Schmiermittelzufuhr erfolgt hierbei durch eine Axialbohrung sowie durch Radialbohrungen des Zapfens. Weiterhin ist für einen im wesentlichen horizontal angeordneten Zapfen in der Trägerbuchse eine radial von unten zum Zapfenende hin verlaufende Radialbohrung zur Schmiermittelzufuhr vorgesehen.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 - einen prinzipiellen Längsschnitt durch ein

kombiniertes Axial-Radialgleitlager für eine Spinnturbine

Fig. 2 - einen ähnlichen Schnitt wie Fig. 1, wobei

zur radialen Lagerung ein Kehrgleitflachenlager vorgesehen ist.

Gemäß Fig. 1 ist ein als eine Spinnturbine 1 ausgebildeter Rotor mittels eines Zapfens 2 um einen Drehachse 3 drehbar

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gelagert, wobei der Zapfen in eine zylindrische Lagerbuchse 4 aus Sintermetall hineinragt. Mitder Spinntur-Mne 1 "bzw. mit dem Zapfen 2 ist ein Ring 6 drehfest verbunden, wobei dieser Ring gegebenenfalls auch Bestandteil der Turbine bzw. des Zapfens sein kann. Eine Stirnfläche des genannten Ringes liegt an einer Stirnfläche 8 der Lagerbuchse 4 an, so daß das derart ausgebildete Axialgleitlager in einfacher Weise mit dem obengenannten Radialgleitlager kombiniert ist. Die Lagerbuchse 4 befindet sich innerhalb einer Trägerbuchse 10, in welche auch der Ring hineinragt. Der Außendurchmesser des Ringes 6 ist etwas kleiner als der Innendurchmesser der Trägerbuchse 10, so daß ein zur Drehachse 3 konzentrischer Ringspalt 11 vorhanden ist. Der Ringspalt kann ohne weiteres entsprechend der Dimensionierung der o.a. Durchmesser sehr eng ausgebildet sein, um somit in hervorragender Weise als Drucksperre für das Schmiermittel zu dienen. Das Schmiermittel kann nunmehr auch bei sehr hohen Drehzahlen infolge von Zentrifugalkräften nicht direkt aus dem Lagerspalt herausgeschleudert werden, sondern es wird zunächst an die Innenfläche der Trägerbuchse gepreßt und gelangt von dort mit verminderter Strömungsgeschwindigkeit durch den genannten Ringspalt. Die Trägerbuchse 10 ist in einer Aufnahmebuchse 12 angeordnet, welche im Bereich des vorderen, der Turbine zugewandten Endes bzw. im Bereich des Ringes eine konische Ringfläche 15 aufweist. Diese Ringfläche kann gegebenenfalls auch als eine Ringnut ausgebildet werden oder auch in der Trägerbuchse angeordnet sein. An der Ringfläche wird das aus dem Ringspalt austretende Schmiermittel gesammelt und gelangt zu einem Schmiermittelspeicher 16, welcher bevorzugt aus Filz oder Docht besteht. Die Aufnahme-Träger- sowie Lagerbuchse sind innerhalb eines Gehäuses 18 angeordnet, welches auf der hinteren, der Spinnturbine abgewandten Seite abgeschlossen ist und dort einen weiteren Speicher 19 aufweist. Die Trägerbuchse ist mit mehreren axial verlaufenden Bohrungen 20 versehen, wobei diese mit Docht oder Filz ausgefüllt sind um einen Schmier-

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mittelfluß vom Speicher 16 zum Speicher 19 zu ermöglichen. Zwecks Aufrechterhaltung einer guten Schmiermittelzufuhr zur Lagerbuchse 4- aus porösem Sintermetall und damit auch zu den Gleitlagerflächen sind an der Innenfläche der Trägerbuchse von hinten her mehrere Sackbohrungen/angeordnet, welche jedoch auch Durchgangshohrungen mit direkter Verbindung zu dem Ringspalt 11 sein können. An die konische Ringfläche 15 schließt sich nach vorn ein Ansatz 23 der Trägerbuchse an, wobei dort die Spinnturbine eine gewindeähnliche Dralldichtung 24- aufweist. Es ist ein weiterer Ringspalt 25 zwischen Turbine und Außenfläche des Ansatzes 23 vorgesehen, so daß auf diese Weise eine hervorragende berührungsfreie Abdichtung der Lagerung vorhanden ist. Hierbei ist von entscheidender Bedeutung, daß der Durchmesser der konischen Ringfläche 15 größer ist als der Durchmesser der Dralldichtung 24, welche selbstverständlich auch als Labyrinthdichtung ausgebildet sein könnte. Es wird somit gewährleistet, daß/aus dem Ringspalt 11 austretende Schmiermittel nicht direkt durch die schnelldrehende Turbine nach außen gelangen kann oder in die Dichtungsspalte geschleudert wird, sondern an der Ringfläche 15 gesammelt wird und von dort wieder in die genannten Schmiermittelspeicher gelangt.Eine Alternativlösung ist der Einfachheit halber im unteren Teil von Fig. 1 dargestellt, wobei der Innendurchmesser eines Ansatzes 23a etwa gleich groß ist wie der Innendurchmesser der Trägerbuchse 10a. Hierbei sind die Gewindegänge einer Dralldichtung nicht auf dem Rotor, sondern auf den Innenflächen des Ansatzes 23a sowie der Trägerbuchse 10a angeordnet. Die gesamte Lagerung und damit auch der Rotor ist mittels Ringen 27 aus elastischen! Material in einem Stator 28 nachgiebig angeordnet. Zur Drehsicherung ist weiterhin ein Stift 29 vorgesehen, welcher in radial gerichteten Bohrungen der Trägerbuchse, Aufnahmebuchse sowie des Gehäuses angeordnet ist, und dessen freies Ende in eine AxLalnut 30 des Stators eingreift.

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Der Rotor bzw. die Spinnturbine ist mit einem topfförmigen Teil/versehen, welches den Stator 28 umgibt und auf der Innenseite mit Permanentmagneten 32 versehen ist. Die genannten Permanentmagnete bilden zusammen mit einer elektrischen Wicklung 33 des Stators einen elektrischen Antriebsmotor, welcher in bekannter Weise nach Art eines bürstenlosen Gleichstrommotors betrieben wird. Die Festlegung der Spinnturbine in axialer Richtung erfolgt während des Betriebes aufgrund des im Bereich der Turbinenrückseite 34- sich bildenden Unterdruckes mittels der o.a. Stirnflächen 7» 8 des Ringes 6 bzw. der Lagerbuchse 4·. Damit jedoch beim Stillstand der Turbine ein Herausfallen der Turbine nicht möglich ist, ist zur axialen Sicherung das Zapfenende mit einer Ringnut 35 versehen, in welche ein Federelement 36 eingreift. Das Federelement ist seinerseits in Schlitzen 37 der Trägerbuchse 10 angeordnet.

Fig. 2 zeigt eine ähnliche Anordnung wie oben bereits beschrieben, wobei jedoch zur radialen Lagerung ein Mehrgleitflächenlager vorgesehen ist. Derartige Mehrgleitflächenlager mit starrem Profil weisen zwischen Lagerbuchse und Welle bekanntlich mehrere, beispielsweise 3 Keilspalte auf, in welchen bei drehender Welle ein hoher Schmiermitteldruck aufgebaut wird(hydrodynamische Lagerung), so daß derartige Lagerungen für vergleichsweise hohe Belastungen her_ vorragend geeignet sind. In dem Ausführungsbeispiel ist die Innenfläche der Lagerbuchse 44 zylindrisch, während der Radius des Zapfens 42 in Umfangsrichtung gesehen sich ändert; dies ist durch die Taschen45, 48 von unterschiedlicher radialer Tiefe dargestellt. Die derart gebildeten Keilspalte erstrecken sich jedoch nicht über die gesamte axiale Länge des Zapfens, so daß im Bereich der Enden der Lagerbuchse ringförmige Stege 49 vorhanden sind zur Begrenzung des Druckabbaus in axialer Richtung. Die Schmiermittelzufuhr erfolgt über eine axiale Sackbohrung 52 sowie über radiale

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Bohrungen 53 des Zapfens, wobei die letzteren in den Bereichen kleinsten Zapfenradius angeordnet sind. Für eine Turbine mit im wesentlichen horizontaler Drehachse ist es weiterhin sehr zweckmäßig in der Trägerbuchse 50 eine etwa vertikal von unten zur Drehachse hin verlaufende Bohrung 56 vorzusehen, durch welche das Schmiermittel zum Zapfenende und damit zu der genannten axialen Sackbohrung 52 gelangt. In der Mitte der Lagerbuchse sowie der Trägerbuchse können sich nach einer anderen Ausführungsart Bohrungen 54, 55 befinden und zwar vorzugsweise oben bei horizontaler Drehachse. Eine Bohrung 58 befindet sich am vorderen Ende der Trägerbuchse, durch welche Bohrungen das aus dem Ringspalt 51 austretende Schmiermittel abgeleitet wird. Die Bohrung 58 mündet in eine axiale Bohrung 57, so daß das Schmiermittel wieder zurück zu einem ringförmigen Schmiermittelspeicher 59 gelangen kann. Um eine erhöhte Belastbarkeit des Axialgleitlagers sowie eine sichere Schmierung desselben zu erreichen, hat es sich als sehr vorteilhaft erwiesen, auch das Axiallager als Mehrgleitflächenlager auszubilden. Hierbei werden bevorzugt auf der Stirnfläche 47 des Ringes 46 Keilspalte angeordnet, deren Tiefe in Umfangsrichtung in bekannter Weise sich ändert.Obgleich die Ausführungsbeispiele sich auf Spinnturbinen beziehen, sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Erfindung sich ganz allgemein auf entsprechend ausgebildete Lagerungen bezieht.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche E-363

1. Anordnung zur Lagerung eines Rotors insbesondere schnelldrehende Spinnturbine einer Offen-End-Spinnmaschine, enthaltend ein Axialgleitlager, dadurch gekennzeichnet, daß dem Axialgleitlager wenigstens ein enger Ringspalt zugeordnet ist, welcher einen größeren Durchmesser als das genannte Axiallager aufweist und daß der Ringspalt vorzugsweise konzentrisch zur Drehachse angeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekekennzeichnet, daß zur radialen Lagerung eine Gleitlagerbuchse vorgesehen ist, in welche vorzugsweise ein mit dem Rotor verbundener Zapfen hineinragt, daß einer Stirnfläche der Lagerbuchse gegenüberliegend eine Stirnfläche eines Ringes vorgesehen ist, welcher mit dem Zapfen und/oder dem Rotor verbunden oder Teil derselben ist, und daß der genannte Ringspalt zwischen einer im wesentlichen zylindrischen Innenfläche einer die Lagerbuchse aufnehmenden Trägerbuchse und der Außenfläche des genannten Ringes vorgesehen ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Lagerbuchse und Trägerbuchse in einem Gehäuse angeordnet sind, welches auf der dem Rotor abgewandten Seite abgeschlossen ist und daß zwischen Rotor und Trägerbuchse

bzw.

bzw. Gehäuse/einer im Gehäuse angeordneten Aufnahmebuchse Drall- und/oder Spaltdi-chtungen vorhanden sind.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Ringspaltes vorzugsweise in der Trägerbuchse oder in der Aufnahmebuchse eine konische Ringfläche oder eine Ringnut vorgesehen ist zum Auffangen des aus dem Ringspalt austretenden Schmiermittels und

daß der Durchmesser der Ringnut oder Ringfläche vorzugsweise größer ist als der Durchmesser der¹dort vorgesehenen Drall- oder Spaltdichtung.

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5. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4-, dadurch gekennzeichnet, daß in der Fähe der Ringfläche ein Schmiermittelspeicher vorgesehen ist, welcher bevorzugt aus Pilz oder Docht besteht.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 "bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß zumindest auf der abgeschlossenen Seite innerhalb des Gehäuses ein Schmiermittelspeicher vorgesehen ist und daß dieser Speicher über Axialbohrungen der Trägerbuchse oder Aufnahmebuchse mit der Ringfläche oder Ringnut und/oder mit dem dort angeordneten Schmiermittelspeicher verbunden ist.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in vorzugsweise radial gerichteten Bohrungen der Trägerbuchse und/oder der Aufnahmebuchse und/oder des Gehäuses ein Stift vorgesehen ist, dessen äußeres Ende in eine Axialnut eines das Gehäuse aufnehmenden Stators eingreift, wobei das Gehäuse mittels elastischem Material in dem Stator nachgiebig angeordnet ist.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorwelle als Zapfen ausgebildet ist, daß das Zapfenende eine Ringnut aufweist und daß die Lagerbuchse oder Trägerbuchse mit Schlitzen versehen sind, in welchen ein auch in die genannte Ringnut eingreifendes Federelement vorgesehen ist, zur axialen Sicherung des Rotors.

9· Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Lagerbuchse aus einem porösen Werkstoff insbesondere Sintermetall besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerbuchse im Bereich der Innenfläche axial gerichtete Bohrungen oder Nuten zur Schmiermittelzufuhr aufweist.

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10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der Ringnut ein Schmiermittelspeicher vorzugsweise aus Docht oder Pilz vorgesehen ist und daß die Trägerbuchse Axialbohrungen aufweist zur Verbindung des genannten Schmiermittelspeichers mit einem auf der abgeschlossenen Seite des Gehäuses und innerhalb desselben angeordneten Schmiermittelspeichers.

11. Anordnung insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die als Zapfen ausgebildete Rotorwelle eine Axialbohrung sowie wenigstens eine Radialbohrung zur Schmiermittelzufuhr aufweist.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen in Umfangsrichtung einen sich ändernden Radius aufweist, so daß zwischen Lagerbuchse und Zapfen Keilspaltprofile eines Mehrgleitflächenlagers vorhanden sind.

13- Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Keilspaltprofile im Bereich der Mitte der Lagerbuchse vorgesehen shd und der Zapfen im Bereich der Enden der Lagerbuchse zylindrisch ausgebildet ist.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13i wobei der Zapfen im wesentlichen horizontal angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerbuchse im Bereich des Zapfenendes eine zu diesem hin verlaufende Bohrung zur Schmiermittelzufuhr aufweist.

15· Anordnung nach Anspruch 1A-, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbuchse und Trägerbuchse eine im wesentlichen vertikal nach oben gerichtete Auslaßbohrung vorzugsweise im Bereich der Lagerbuchsenmitte aufweist und daß weiterhin eine nach oben verlaufende Auslaßbohrung vorgesehen ist zum Ableiten des aus dem genannten Rinspalt austretenden Schmiermittels, wobei 609885/0610

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die letztgenannte Auslaßbohrung in eine Axialbohrung der Trägerbuchse mündet.

16. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Axiallager als Mehrgleitflächenlager ausgebildet ist.

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