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Lager- und Antriebseinheit für eine
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Offenend-Spinnturbine Die Erfindung betrifft eine Lager- und Antriebseinheit
für eine schnelldrehende Offenendspinnturbine enthaltend ein Statorteil, an dem
das feststehende Teil eines Gleitlagers elastisch gelagert it ein das Statorteil
ungebendes, mit dem Spinntopf verbundenes topfförmiges Rotorteil, das im Zentrum
des Topfes einen Lagerzapfen mit geringem Durchmesser zur Lagerung des Rotors im
feststehenden Gleitlagerteil enthält, auf der Innenwand des topfförmigen otorteils
aufgebrachte Magnete unterschiedlicher Polarität, auf dem Stator aufgebrachte elektrische
Wicklungen, die zusammen mit den Magneten den Antrieb bilden und aufweisend eine
solche Anbringung des feststehenden Lagerteils imlerhalb des topfförmigen Rotorteils
und eine solche Ausbildung des Rotors, daß der Schwerpunkt des Rotors wenigstens
näherungsweise im feststehenden Teil des Gleitlagers liegt nach Patent ..........
(Patentanmeldung P 24 04 241.9).
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Im Hauptpatent ist eine derartige Antriebs- und Lagereinheit beschrieben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, optimale Bemessungsangaben-für die dort
beschriebene Anordnung anzugeben.
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Die erfindungsgemäßen Bemessungsangaben bestehen darin, daß der Lagerzapfen
sowie die entsprechende Öffnung im feststehenden Lagerteil einen Durchmesser kleiner
als 4 mm, insbesondere zwischen 2 und 3 mm, aufweist, daß der Rotor insgesamt derart
kompakt ausgebildet ist, daß das Trägheitsmoment um seine Drehachse am größten ist
und daß der Lagerzapfen und das topfförmige Teil des Rotors derart zueinander bemessen
sind, daß der Lagerzapfen nicht über das kopfende hinausragt.
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Es besteht der Wunsch, die Turbanen von Offenendspinnturbinen bis
60.000 U/min und sogar bis 100.000 U/min laufen zu lassen. Man weiß, daß dies, wenn
man den Lärm erträglich halten will, nur möglich ist, wenn den einzelnen Einheiten
gesonderte Antriebs- und Lagereinheiten zugeordnet werden. Als Lagereinheiten wurden
Magnetlager und Luftlager in Erwägung gezogen; beide Lagerarten verteuern die Lagerung
jedoch so stark, daß deren praktißchar inBtLtz fraglich ist.
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Den an sich wünschenswerten Einsatz einer bi11ien Gleitlagers für
diesen Anwendungszweck lehnt der Fachmann ab, weil in Fachkreisen die Meinung besteht,
daB ein Gleitlager fUr Spinnrotoren derart hoher Drehzahlen nicht einsetzbar ist.
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Die Erfindung überwindet dieses herrschende Vorurteil, indem sie ausgehend
von dem erwähnten Merkmal der elastischen Aufhängung des feststehenden Glsitlagerteils,
den Lagerzapfendurchmesser sowie den entsprechenden Durchmesser der Öffnung des
entsprechenden Lagerbuchsenteils kleiner 4 mm, insbesondere etwa 2 bis 3 mm macht.
Gegen die Verwendung eines solch kleinen Durchmessers des Zapfens bestehend seitens
der Fachwelt
bei den vom Zapfen aufzunehmenden Kräften Bedenken.
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Durch das Zusammenwirken der elastischen Lagerung und des Aufbaus
des Rotors so, daß er um die Drehachse sein größtes Trägheitsmoment hat und daß
sein Schwerpunkt im Bereich der Gleitlagerbuchse liegt, wird jedoch die erwähnte
starke Verkleinerung des Lagerzapfens möglich. Hand in Hand damit geht auch die
weitere Lehre, daß der Zapfen nicht ueber das Topfende des Rotors hinausragen soll,
wodurch einer BeschE-digung des Zapfens im demontierten Zustand, z.B. beim Rotorwechsel
verhindert wird. Alle die genannten Merkmale zusammen ermöglichen die Durchmesserverkleinerung
und damit die Anwendung eines Gleitlagers auch bei solch:hohen Drehzahlen.
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Die eingangs erwähnten Merkmale der Verwendung eines topfförmigen
Rotorteile und der Anbringung der Motormagnete auf der Innenfläche des Rotortopfes
ermöglichen die bei einer Spinnturbine an sich konträr laufenden Forderungen einmal
den Schwerpunkt in die Gleitlagerbuchse (gemeint ist eine die Gleitlagerbuchse schneidende,
zur Achs senkrechte Ebene) zu legen und andererseits den Rotor Bo auszubilden, daß
das Trägheitsmoment des Rotors um die Drehachse am größten ist.
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Hierbei wird es erforderlich, mit der Gleitlagerbuchse nahe an die
Spinnturbine heranzurücken und dem Topf einen relativ großen Durchmesser zu geben.
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Vorzugsweise erfolgt die elastische Aufhängung. der Lagerbuchse, die
das zur Schmierung benötigte Öl enthält, an zwei axial versetzten Stellen (zwei
O-Ringe) oder aber die elatische Aufhängung ist als breiter Ring elastischen Materials
ausgebildet. Ob der Motor als biirstenloser Gleichstrommotor mit elektronischer
Kommutierung oder als Synchronmotor aufgebaut ist, ist flir die geschilderte Antriebs-
und Bagereinheit gemäß der Erfindung an sich ohne Bedeutung. Zur Verringerung des
Energieb@darfs deo Motors ist der Träger der Spulen vorzugsweise zus nichtmagnetischem
Material. Weiterhin wird zur Einsparung von Energie darauf geachtet, daß im Betrieb
kein Luftstrom in axialer Richtung entlang den Rotoroberflächen zustandekommt. Um
diesen Luftstrom zu beschleunigen,
benötigt man verhältnismäßig
viel Energie, was wieder zu Wärmeproblemen führt. Deshalb wird darauf geachtet,
da kein luftstrom entlang der genannten Oberfläche im Zusammenhang mit der Unterdruckerzeugung
erzeugt wird und daß der Rotor in einen nahezu abgeschlossenen Raum umläuft.
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Hierzu wird der spinntopf wn Außenrand mit nahe an die Spinnturbine
und der topfförmige Rotor in einem Raum umlaufen, der nur durch den kleinen Ringspalt
mit dem sonstigen Raum der Spinneinheit verbunden ist. Um einen engen Ringspalt
und eine Auswechselbarkeit des Rotors zu ermöglichen, ist vorzugsweise ein aufsteckbarer
Ring als unmittelbare Umrandung der Spinnturbine vorgesehen.
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Bei der angesprochenen Ausbildung des Lagers als Gleitlager mit Lagerzapfen
und feststehendem Lagerteil sowie der erwähnten Auswechselbarkeit des Rotorß muß
man darauf achten, daß die Lagerbuchse beim Einführen des Zapfena nicht beschädigt
wird und damit ausfällt. Gemäß weiterer rindung wird deshalb der Lagerzapfen am
einzuführenden Ende kugelförmig ausgebildet, wobei der Durchmesser der Kugel dem
Zapfendurchmeaser entspricht. An dio Kugel schließt sich ein verdünntes Zapfenstück
an.
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In der'Zeichnung ist in Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß
bemessenen OE-Spinneinheit dargestellt.
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Mit 1 ist der Stator bezeichnet, der in einer Öffnung 3 eine mittels
O-llingen 4 elastisch (schwimmend) aufgehängte Lagereinheit 2 aufnimmt. Diese Lagereinheit
enthält (gestrichelt angedeutet) die eigentliche Lagerbuchse 2a, die darin fest
gelagert ist und ein Schmierölreservoir, das die Lagerbuchse 2a wenigstens teilweise
umgibt, z.B. in Form von ölgetränktem Filz. Die Lagerbuchse 2a kann neben der radialen
auch der axialen Lagerung des Rotors dienen. Der Rotor besteht aus der Spinnturbine
5 und dem daran angesetzten flotorteil 6, das mit einem Teil der Spinnturbine 5
den erwahnten Topf bildet und dem Lagerzapfen 8, der in die
Öffnung
der Lagerbuchae 2a eingesteckt ist. An der inneren Oberfläche des Rings 6 sind auf
einem Rückschlußring 6a Magnete 7 abwechselnder Polarität aufgebracht. Diese bilden
zusammen mit den auf dem Stator aufgebrachten Wicklungen 13 den Antriebsmotor. Das
die Spulen tragende Statorteil 1 ist vorzugsweise eisenfrei oder nur mit einem nicht
dargestellten dünnen Eisenring versehen, Man kann der bis jetzt beschriebenen Figur
die entscheidenden und zusammen die Realisierung der Lagerung ermöglichenden Merkmale
der Erfindung entnehmen; a) die elastische Lagerung der Lagerbuchse 2a am Stator,
b) der sehr dünne, nur etwa 2,5 me starke Durchmesser des Lagerzapfens (Darstellung
doppelte Größe) um die Relativgeschwindigkeit der Teile zueinander klein zu halten),
c) die Ausbildung des Rotors und Anbringung der Lagerbuchse 2a so, das der Schwerpunkt
des Gesamtrotors 5/6/6a/7/8 innerhalb der Lagerbuchse 2a und zwischen den beiden
elastischen Ringen 4 liegt, d) die in axialer Richtig kompakte und in radialer Richtung
(Ring 6) ausgedehnte Ausbildung des Rotors so, daß das Trägheitsmoment um die Achse
des Zapfens 8 das größte Trägheitsmoment des Rotors 5 - 8 ist. Unterstützend zur
Erzielung dieser Ausbildung wirt ph die Anbringung der Magnete 7 aus, e) die Länge
des Zapfens 8 ist kurzer, als die Breite des Rings 6 gewählt, so daß man nach dem
Herausnehmen des Rotors 5 - 8 diesen auf der Stirnfläche des Rings 6 abstellen kann,
ohne daß der dünne Zapfen dabei beschädigt oder verbogen werden kann.
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Eine weitere Optimierung des Antriebsstroms wird durch die folgende
Ausbildung erzielt: Durch die Öffnung 9, durch die der Faden austritt und eine nicht
sichtbare seitliche Öffnung, durch die die Fasern eintreten, kann Luft ins Innere
der Einheit strömen. An die Öffnung 10 ist eine Unterdruckquelle angeschlossen,
so daß vom Innern des Spinntopfs über die Aussparungen 12 im Deckel 11 der Einheit
ein Luftstrom zur Öffnung 10 fließt. Um die Luftreibungsverluste herabzusetzen,
ist auf den Stator 1 ein Ring 14 aufgesetzt, der in seiner Kontur der Kontur der
Außenfläche des Spinntopfs angepaßt ist und in einem nur geringen Abstand dazu angeordnet
ist. Der Ring 14 ist so angebracht, daß nur der kleine Spalt 15 den Ringraum 16
mit dem Raum 17 verbindet. Es besteht somit keine Möglichkeit für den durch das
Absaugen erzeugten Luftstrom, mit den Außenflächen des Spinntopf 5 und des Rotors
6 in Berührung zu kommen. Hierdurch wird eine wesentliche Herabsetzung des Leistungsbedarfs
gegenüber einem nicht abgeschirmten Rotor erreicht.
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Der Ring 14 kann aufgeschraubt sein oder - wie in der Zeichnung bei
18 angedeutet - mittels eines Bajonettverschlusses am Stator 1 befestigt sein.
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Der Figur 2 der Zeichnung ist eine kugelförmige Ausbildung des Endes
des Zapfens 8 zu entnehmen. Hieran schließt sich ein Verbindungeteil 20 mit verkleinertem
Radius un. Der Kugeldurchmesser und Zapfenstärke sind gleich groß. Hierdurch'wird
eine Beschädigung der Lagerbuehre 2a beim Einstecken des Rotors in den Stator, auch
bei anfänglich schrägem Einführen* vermieden. Hilfreich wirkt sich hier noch die
schräge Flanke 21 des Zapfens aus. Durch die Verdünnung des Zapfens im Anschluß
an die kugelfrmige Ausbildung des
Zapfens ist sichergestellt, daß,
was wichtig ist, die kugelförmige Ausbildung auf jeden Fall mehr als eine Halbkugel
umfaßt. Weiterhin läßt die Kugel mit der anschließenden Verdünnung des Zapfens eine
Sicherung des Rotors zu, indem ein federndes, am Stator befestigtes Element den
Zapfen an der dünnen stelle umgreift. Vorzugsweise ist das federnde Element ähnlich
einer Haarnadel ausgebildet, die beim Einschieben des auswechselbaren Rotors durch
die Kugel auseinander gedrückt wird und dsnn an der Verdünnung den Zapfen umfaßt.
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- Patentansprüche -
L e e r s e i t e