DE2558428C3

DE2558428C3 - Läufer für Ringspinn- oder -zwirnmaschinen

Info

Publication number: DE2558428C3
Application number: DE2558428A
Authority: DE
Inventors: Robert Leon Dipl.-Ing. Esch Sur Alzette Goerens (Luxemburg)
Original assignee: Uniroyal Luxembourg SA
Current assignee: Uniroyal Luxembourg SA
Priority date: 1975-12-23
Filing date: 1975-12-23
Publication date: 1978-09-14
Also published as: FR2336502A1; CA1044091A; CH613479A5; GB1571596A; JPS5444781B2; US4044539A; JPS5277238A; LU76446A1; DE2558428A1; IE44557L; DE2558428B2; AT358436B; IE44557B1; ATA927576A; AU2080976A; FR2336502B1; AU504412B2

Description

Ein Läufer der im Oberbegriff des Anspruchs 1 dargestellten Art ist als C-Läufer bekannt (DE-OS 60 615). Bei diesem Läufer werden bei Betrieb infolge der hohen Umfangsgeschwindigkeit und der Profilgestaltung aerodynamische Kräfte im Bereich des Fußteils erzeugt, die zur Ringmitte gerichtet sind und daher die, bezogen auf den Ring, radial nach außen gerichteten und den Läufer gegen die Innenseite des Ringes pressenden Massenkräfte zu einem erheblichen Teil kompensieren und damit den Anlagedruck des Läufers an der Innenseite des Ringes wesentlich herabsetzen. Damit kann die Umlaufgeschwindigkeit des Läufers bei wenigstens gleicher Standzeit wesentlich erhöht werden.

Die Praxis hat gezeigt, daß man zwar mit großem Erfolg den Luftwiderstand des Läufers bei Betrieb herabsetzen konnte, indem man den Läu^ferquersehnitt entsprechend tropfenförmig oder stromlinienförmig ausbildet. Es bereitet jedoch infolge der kleinen Querschnittsgrößen der üblichen Läufer erhebliche Schwierigkeiten, trot/, hoher Umlaufgeschwindigkeit wirksame aerodynamische Kräfte so zu erzeugen, daß diese in vorbestimmter Richtung und in einer das Verhalten des Läufers während des Betriebes im nennenswerten Umfang beeinflussende Größe in Erscheinung treten.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen und einen Läufer der eingangs bezeichneten Art so weiterzubilden, daß ohne nennenswerte Steigerung des Gewichtes des Läufers die am

ίο Läufer angreifenden Kräfte in entscheidender Weise und erheblichem Umfang gezielt beeinflußt werden können, so, daß das Verhalten des Läufers und seine Standzeiten wesentlich verbessert und die Leistung der mit solchen Läufern arbeitenden Maschinen erheblich gesteigert werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß der Läufer in jedem aerodynamischen Kräfte erzeugenden Profil mindestens einen Hohlraum aufweist

Man hat vor Jahrzehnten bereits Läufer aus Metall so hergestellt, daß man den Läufer aus einem geraden Rohrstück von kreisförmigem Querschnitt gebogen und Anlageflächen dadurch geschaffen hat. daß man den Rohrquerschnitt bereichsweise plattgedrückt hat (US-Patentschriften 17 88 051 und 17 88 052).

Dagegen handelt es sich bei der neuen Ausbildung des Läufers um einen solchen, bei dem durch die Profilgebung im Betrieb zur Ringmitte weisende aerodynamische Kräfte erzeugt werden. Durch die Weiterentwicklung eines solchen Läufers gelingt es, den für die aerodynamischen Kräfte maßgeblichen Querschnitt des Läufers erheblich zu vergrößern, ohne dabei das Gewicht des Läufers gegenüber den üblichen Läufern zu erhöhen. Der Grundgedanke besteht dabei darin, durch die neuen Maßnahmen das Verhältnis von Oberflächengröße des Läufers zu seinem Gewicht gegenüber bekannten Läufern gerade in den Bereichen zu vergrößern, in denen bei Betrieb aerodynamische Kräfte erzeugt werden. Durch die Maßnahmen wird es

•ίο möglich, das Verhältnis der gezielt erzeugten aerodynamischen Kräfte zu den sonstigen an dem Läufer angreifenden Kräften erheblich zu verbessern, wodurch man einen entscheidenden Einfluß auf das Verhalten des Läufers während des Betriebes und eine merkliche Verlängerung der Standzeit gewinnen kann.

Der Läufer kann an den angegebenen Bereichen jeweils einen zusammenhängenden Hohlraum aufweisen. Es ist aber auch möglich, eine Vielzahl kleiner Hohlräume in den betreffenden Läuferquerschnitten vorzusehen, und diese Querschnittsbereiche durch ein Material mit offenen oder geschlossenen Poren zu bilden. Um trotz der Ausbildung mit hohlen Querschnittsbereichen die für den Betrieb erforderliche Festigkeit des Läufers zu gewährleisten, werden wenigstens in den Läuferbereichen hoher Beanspruchung Verstärkungsfasern aus einem aromatischen Polyamid eingebettet.

Es ist an sich bekannt bei einem Läufer, der aus einem thermoplastischen Kunststoff und einer Metallverbin-

w) dung, wie Metalloxid, Metallnitrit, Metallborid oder Metallcarbid besteht, zusätzlich Glasfasern in den Kunststoff einzubetten (vgl. DF-OS 22 07 478). Durch die Einbettung von Metallverbindungen, die eine größere Härte als das Kunststoffmaterial besitzen,

Hi sollen die Härte und der Verschleißwidersland derjenigen Bereiche, die intensiven Reibeinflüssen unterliegen, verbessert werden. H erbei wurde es als ungünstig angesehen, daß hauptsächlich irr. Bereich der Faden-

durchlaufzone die härteren Einlagerungen vom Faden freigelegt werden, so daß in diesem Bereich der Läufer zunehmend eine rauhe Oberfläche bekommt, deren scharfkantige Partikeln a!s sog. Kornausbrüche den Faden beschädigen können. Besonders gefürchtet ist dabei der sog. Kapillarbruch, der bei eingelagerten Glasfasern auftreten kann. Um hier Abhilfe zu schaffen, ist es bekannt, die Oberflächenrauhigkeit dadurch zu verbessern, daß die hochbeanspruchten Fadenführungsteile aus Metall oder Keramik mit künstlich aufgerauhter Oberfläche versehen werden. Bei Verwendung eines Füllstoffes wird diese Oberflächenrauhigkeit dadurch erreicht, daß man in einem thermoplastischen Kunststoff Kohlenstoffasern als Füllstoff dispergiert, wobei die einer intensiven Reibbeanspruchung unterliegenden Läuferzonen eine strukturierte Oberfläche von definierter Rauhigkeit erhalten (vgl. DE-OS 24 08 070).

Dagegen geht es bei dem neuen Läufer darum, die Größe der Oberfläche im Vergleich zum Gewicht des Läufers in aerodynamisch wirksam gestalteten Querschnitten wesentlich zu verbessern und üurch die Einbettung von Verstärkungsfasern aus einem aromatischen Polyamid dennoch wenigstens die Wandungen der hochbeanspruchten Läuferbereiche mit einer für eine hohe Standzeit ausreichenden Festigkeit auszugestalten.

Dort, wo bei dem neuen Läufer die Vergrößerung der Oberfläche ohne Erhöhung des Gewichtes durch Einsatz eines porigen Materials erreicht wird, hand elt es sich um entsprechend schwammige oder geschäumte Kunststoffe von geringem spezifischem Gewicht. Dabei kann das porige Material nach außen wenigstens im Bereich der Gleit- und/oder Führungsflächen des Läufers durch eine geschlosssene Mantelschicht abgedeckt sein.

Bei Verwendung von Verstärkungsfasern aus einem aromatischen Polyamid sind diese bevorzugt parallel zur Grundform des Läufers ausgerichtet in dem Kunststoff eingebettet. Die Fasern können als Fasern, Verstärkungsfäden oder Verstärkungsgarne eingebettet sein. Durch die eingebetteten Verstärkungsfasern erhält man gleichzeitig einen erhöhten Verschleißwiderstand im Bereich der Führungsflächen. Außerdem können die aus vollem Material verbleibenden Wände des Läufers aufgrund der Verstärkung durch die Fasern im Querschnitt wesentlich dünner ausgebildet werden, was weiterhin erheblich zur Verringerung des Gesamtgewichtes und damit zur Vergrößerung des Verhältnisses von Größe der Oberfläche zum Gewicht des Läufers beiträgt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Fig.' bis 6 erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Läufer mit Blickrichtung entgegen der Umlaufrichtung,

Fig. 2 den Läufer nach Fig. 1 mit Blickrichtung zur Ringmitte,

Fig. 3 im Querschnitt das Querschnittsprofil eines abgewandelten Läufers,

Fig. 4 in ähnlicher Darstellung wie Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel,

F i g. 5 einen Schnitt parallel zur Ebene der größten Ausdehnung des Läufers und

F i g. 6 eine Ansicht des Läufers nach F i g. 5 mit Blickrichtung zur Ringmitte hin.

hi Fig. I ist bei 1 ein Abschnitt eines Ringes herkömmlicher Form dargestellt, dessen radial nach außen weisende Seite mit 3 bezeichnet ist. In diesem Rina läuft der Läufer 2. wobei die senkrecht zur Ringebene verlaufende Führungsfläche 4 des Läufers der Innenseite des Ringes zugewandi ist. Eine an der Unterseite des Ringes anliegende Führungsfläche des Läufers ist mit 5 bezeichnet, während der Faden 7 in der bei 6 angedeuteten Führung gleitet Der Faden übt auf den Läufer 2 unter anderem eine nach oben gerichtete Kraft aus, deren Komponente mit 9 bezeichnet ist. Aufgrund des Gewichtes und der Umlaufgeschwindigkeit wirken an dem Läufer Zentrifugalkräfte, die durch

ίο den Pfeil 8 angedeutet sind und die den Läufer mit seiner Führungsfläche 4 gegen die Innenseite des Ringes drücken.

Um diese Zentrifugalkräfte und andere am Läufer wirkende Kräfte wenigstens zum Teil zu kompensieren, weist der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Läufer ein Querschnittsprofil auf, das bei hoher Umlaufgeschwindigkeit des Läufers aerodynamische, gerichtete Kräfte am Läufer wirksam werden läßt. Bei dem in F i g. 1 und 2 gezeigten Läufer ist der auf der Oberseite des Ringes liegende Bereich des Läufers mit einem Tragflächenprofil versehen, dessen stumpfe Seite 20 in Umlaufrichtung

18 und dessen schmale Seite 21 der Umlaufrichtung entgegenweist. Zieht man durch den Querschnitt dieses Abschnittes eine Linie größter Längenausdehnung, so erkennt man, daß der größere Anteil der Querschnittsfläche unterhalb dieser Linie, also auf der der Ringoberseite zugewandten Seite der Linie liegt. An diesem Bereich werden also nach unten gerichtete aerodynamische Kräfte erzeugt, die durch den Pfeil 50 angedeutet sind. In ähnlicher Weise ist der Querschnitt des unter dem Ring liegenden Läuferabschnittes ausgebildet, wobei auch dieser Profilabschnitt während des Betriebes nach unten gerichtete aerodynamische Kräfte erzeugt, die durch den Pfeil 52 angedeutet sind.

Der auf der Innenseite des Ringes 1 liegende Abschnitt des Läufers weist ebenfalls ein Auftriebsprofil auf. Das durch Schnitte senkrecht zur Zeichenebene erkennbare Profil ist in F i g. 2 zur Vereinfachung in die Zeichenebene geklappt, wobei durch die gestrichelte Linie 41 die Innenseite des Ringes wiedergegeben ist, an der die Führungsfläche 4 anliegt. In dem Profilquerschnitt ist außerdem die Linie 40 strichpunktiert eingezeichnet, welche der größten Längenausdehnung des Querschnitts des Läufers in diesem Bereich, und zwar in Umlaufrichtung gesehen, entspricht. Man erkennt, daß die Linien 40 und 41 in Umlaufrichtung 18 um den Winkel 42 divergieren, wobei die Linie 40 in Richtung zur Ringmitte hin geneigt verläuft. Man erkennt, daß der größere Querschnittflächenanteil des

so Querschnittes in diesem Läuferabschnitt auf der der Ringmitte zugewandten Seite der Linie 40 liegt. Dieses Profil erzeugt damit aerodynamische Kräfte, die am Läufer angreifen und in Richtung auf die Ringmitte weisen, wie durch den Pfeil 51 angedeutet ist.

Der Läufer weist drei größere Hohlräume 14, 15 und

19 auf, und zwar in den oben und unten am Ring angreifenden Bereichen 12 und 11 und im Stegbereich 10. Durch die Hohlräume kann in diesen Bereichen das Auftriebsprofil des Läufers gegenüber den bisherigen

w) Läufern wesentlich vergrößert werden, ohne daß das Gewicht zunimmt. Die vergrößerten Profilbereiche sind ohne weiteres aus F i g. 2 zu erkennen.

Der Läufer, an dem erhebliche Kräfte angreifen, muß eine ausreichende Stabilität und Festigkeit haben. Um

i>> diese Festigkeit zu gewährleisten und die Bereiche aus Vollmaterial so gering wie möglich zu machen, ist vorgesehen, die vollwandigen Bereiche des aus Kunststoff bestehenden Läufers durch gerichtet oder wahllos

in das Vollwandmaterial eingebettete Fasern aus einem aromatischen Polyamid zu verstärken. Besonders geeinget hierfür ist ein Verstärkungsmaterial, das unter dem Warenzeichen »Kevlar« von der Firma Dupont vertrieben wird. Diese Fasern werden auch als Aramid-Fasern bezeichnet. Die Eigenschaften dieser Fasern sind im einzelnen in den technischen Informationen der Firma Dupont unter der Bezeichnung »KEVLAR Aramid Bulletin K-I, vom Dezember 1974« bzw. in der Zeitschrift »Chemiefasern« Textil-lndustrie, Februar 1974, Seiten 97 bis 101, näher beschrieben. Die Verstärkungsfasern 25 liegen in den dem Ring zugewandten Oberflächenbereichen, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist.

Der Querschnitt gemäß Fig.3 zeigt einen Bereich des Läufers 26, in dem ein großer Hohlraum 27 vorgesehen ist, der bezogen auf die Umlaufrichtung hinter der Führungs!lache 4 an der der Ringinnenseite zugewandten Endfläche bei 28 mündet. Ähnlich ist die offene Ausbildung bei den Hohlräumen 15 und 19 in den F i g. 1 und 2, wobei diese Öffnungen entsprechend der öffnung 28 jeweils nach oben weisen. Der die Führungsfläche 4 enthaltende Wandabschnitt ist durch gerichtet eingebettete Verstärkungsfasern 25 in seiner Festigkeit erhöht.

Der Läufer 30 nach F i g. 4 ist durch eine geschlossen Mantelschicht 31 mit eingelagerten Verstärkungsfaserr 33 abgedeckt. In F i g. 4 ist der das aerodynamisch wirkende Profil bestimmende Zusatzkörper mit 32 bezeichnet.

Ein nach dem Grundprinzip des Beispieles nach Fig. 4 aufgebauter Läufer ist in den F i g. 5 und 6 wiedergegeben. Auch hier ist ein Läufer mit einem Grundkörper 36 und Verstärkungsfasern 37 vorgesehen. Die Wandstärke und damit auch das Gewichi dieses Grundkörpers 36 ist gegenüber üblichen Läufern wesentlich verringert und geht nicht über die Dicke einer üblichen Verschleißschicht hinaus. Um in bestimmten Bereichen, insbesondere im unteren Schenkel und im Siegbereich hohe aerodynamische, gerichtete Kräfte zu erzeugen, welche das Verhalten des Läufers während des Betriebes bestimmen, ist auf diese Bereiche ein einheitlicher, nach innen zu offener schalenförmiger Körper 38 aufgesetzt. Dieser Zusatzkörper 38 erhöhl die Oberfläche in den Auftriebsprofilabschnitien, ohne nennenswert zu einer Erhöhung des Gewichtes des Läufers beizutragen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Läufer für Ringspinn- oder -zwirnmaschinen mit — bezogen auf seine Umlaufrichtung — stromlinienförmig gestaltetem Querschnitt sowie mit Führungsflächen zur Anlage am Ring und zur Führung des Fadens, bei dem wenigstens auf dem auf der Innenseite des Ringes liegenden Abschnitt in zur Ringebene parallelen Querschnitten eine Querschnittsfläche vorgesehen ist, deren größerer Teil auf der der Ringmitte zugewandten Seite der Linie größter Längenausdehnung des Läufers liegt, derart, daß das Profil im Betrieb zur Ringmitte weisende aerodynamische Kräfte erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (2; 26; 30; 35) in jedem aerodynamische Kräfte (50,51,52) erzeugenden Profil (10, 11, 12) mindestens einen Hohlraum (14,15,19; 27) aufweist

2. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (2; 26; 30; 35) bereichsweise aus einem porigen Material besteht.

3. Läufer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (14,15,19) eine in der Läuferoberfläche liegende Mündung zur Außenatmosphäre aufweist.

4. Läufer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens in den Läuferbereichen hoher Beanspruchung Verstärkungsfasern (25; 33) aus einem aromatischen Polyamid eingebettet sind.

5. Läufer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern (25; 33; 37) parallel zur Grundform des Läufers (2; 26; 30) ausgerichtet sind.

6. Läufer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das porige Material nach außen wenigstens im Bereich der Gleit- und/oder Führungsflächen des Läufers (30) durch eine geschlossene Mantelschicht (31) abgedeckt ist.

7. Läufer nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (27) zu einem der Umlaufrichtung entgegenweisenden Oberflächenbereich des Läufers (26) hin offen (28) ist.