DE3717492C1

DE3717492C1 - Shaft with two bearings

Info

Publication number: DE3717492C1
Application number: DE19873717492
Authority: DE
Inventors: Erich Dr-Ing Lenk; Eberhard Fenger
Original assignee: Barmag AG; Barmag Barmer Maschinenfabrik AG
Current assignee: Oerlikon Barmag AG
Priority date: 1987-05-23
Filing date: 1987-05-23
Publication date: 1988-12-08

Abstract

Rotating shafts have critical speeds, and cannot therefore be operated within the range of these critical speeds. As a result of harmonic vibration occurrences, several critical speeds can follow one another in very close succession, thereby adversely affecting hypercritical operation. To make hypercritical operation possible within wide speed ranges, the shaft is weakened in the longitudinal area in which the reversal point of its second critical bending vibration lies. This weakening can be effected particularly by equipping the shaft with a flexible intermediate section (3). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine zweifach gelagerte Welle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a double bearing shaft according to the Preamble of claim 1.

Es ist bekannt, daß rotierende Wellen biegekritische Dreh zahlen besitzen. Das kann insbesondere dann zu Schwingungspro blemen führen, wenn diese Wellen nicht mit einer einzigen Drehzahl betrieben werden, sondern innerhalb bestimmter Drehzahlbereiche. Dies wird im folgenden am Beispiel einer Treibwalze in Aufspulmaschinen zum Aufwickeln von Chemie fasern, vgl. z. B. DE-PS 22 61 709, verdeutlicht. Die zweifach gelagerte Treibwalze wird mit einer bestimmten Anpreßkraft auf eine drehbar gelagerte Garnspule gedrückt. Durch Reibschluß zwischen Treibwalze und Garnspule wird die Garnspule angetrie ben, sobald die Treibwalze sich dreht. Die Treibwalze hat also die Funktion, die Garnspule mit einer konstanten Geschwin digkeit an ihrem Umfang anzutreiben. Eine Spreizung des Betriebsdrehzahlbereiches der Treibwalze kann dann erforder lich sein, wenn aufgrund unterschiedlich geforderter Treibge schwindigkeiten unterschiedliche Drehzahlen der Treibwalze realisiert werden müssen. Dies ist nämlich dann der Fall, wenn unterschiedliche Spulgeschwindigkeiten und damit unterschied liche Treibwalzendrehzahlen im Betrieb gefordert sind. Faden geschwindigkeiten von etwa 5000 m/min führen zu Drehzahlen der Treibwalzen, die so hoch sind, daß sie in dem Bereich zwischen der ersten und der zweiten biegkritischen Drehzahl liegen. Da der Resonanzfall unbedingt vermieden werden muß, ist dabei der zulässige Betriebsdrehzahlenbereich durch den Abstand zwischen den ersten und der zweiten biegekritischen Drehzahl eingeengt.It is known that rotating shafts turn critical rotation own numbers. This can lead to vibration problems in particular lead to blemishes if these waves are not a single Speed are operated, but within certain Speed ranges. This is shown in the following using the example of a Driving roller in winding machines for winding up chemicals fibers, cf. e.g. B. DE-PS 22 61 709 clarifies. The double Driven roller is mounted with a certain contact pressure pressed a rotatably mounted spool of thread. By friction the yarn spool is driven between the drive roller and the yarn spool as soon as the drive roller turns. So the drive roller has the function, the thread spool with a constant speed urge to drive on its scope. A spread of the Operating speed range of the drive roller can then be required be due if due to differently required propellants speeds different speeds of the drive roller must be realized. This is the case if different winding speeds and therefore different driving roller speeds during operation are required. Thread speeds of about 5000 m / min lead to speeds of the Drift rollers that are so high that they are in the area between the first and the second bending critical speed lie. Since the resonance case must be avoided at all costs, is the permissible operating speed range through the Distance between the first and the second critical Speed restricted.

Aufgabe der Erfindung ist, eine solche, z. B. als Treibwalze verwendete Welle so auszubilden, daß sie in einem großen, oberhalb der ersten biegekritischen Drehzahl liegenden Betriebsdrehzahlbereich schwingungssicher betrieben werden kann. The object of the invention is e.g. B. used as a drive roller shaft so that it in a large, above the first critical speed operating speed range operated vibration-proof can be.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Maßnahmen des Kennzeichens des Anspruchs 1. Damit wird erreicht, daß die erste kritische Drehzahl verkleinert wird, während die zweite kritische Drehzahl der Welle im wesentlichen unverändert bleibt. Der Abstand zwischen den beiden kritischen Drehzahlen ist dadurch vergrößert.This task is solved by the measures of the license plate of claim 1. This ensures that the first critical Speed is reduced while the second critical Speed of the shaft remains essentially unchanged. The This is the distance between the two critical speeds enlarged.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 7. Die Welle nach Anspruch 4 eignet sich insbesondere als Treibwalze für eine Spulmaschine zum Aufwickeln von Chemiefasern, da hierbei die Auflagelänge der Welle nur unwesentlich beeinträchtigt wird und die beiden lagerseitigen Wellenstücke auf der Wellenoberfläche einen so geringen axialen Spalt von z. B. weniger als 1 mm Weite bilden können, daß der Spalt von dem unter einem Winkel laufenden bzw. auf der Spule abgelegten Faden übersprungen wird.Further developments of the invention result from the claims 2 to 7. The shaft according to claim 4 is particularly suitable as a drive roller for a winding machine for winding Man-made fibers, as this is the length of the shaft is negligibly affected and the two camp-side Shaft pieces on the shaft surface so small axial gap of z. B. can form less than 1 mm width, that the gap from or running at an angle the thread deposited on the bobbin is skipped.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben.Exemplary embodiments of the invention are described below of the drawings.

In Fig. 1 ist eine zweiseitig gelagerte Welle 1, die als Treibwalze 14 dient, dargestellt. Die lagerseitigen Wellen enden 7 tragen die Wellenlagerung. Die Lagerung ist in einem Gehäuse angebracht, wobei dieses Gehäuse mit einer Vorrichtung verbunden ist, die die Treibwalze mit der Kraft F auf die unter ihr dargestellte Garnspule 15 drückt. Die Garnspule befindet sich auf einer Papphülse, die bekannterweise, in dem Zeichnungsbeispiel nicht näher erläutert, auf einen drehbaren Zylindermantel geschoben ist. Innerhalb des Zylindermantels ist eine Haltevorrichtung angeordnet, welche zwei Kugellager für den Zylindermantel trägt. Die Haltevorrichung liegt koaxial zur antreibenden Treibwalze. Die Haltevorrichtung selber befindet sich an einem nicht näher dargestellten Gehäuse. Weiterhin kann eine Bremse vorgesehen werden, um die rotierende, angetriebene Garnspule im Bedarfsfall schnell abbremsen zu können. Diese Einzelheit ist in der Zeichnung ebenfalls nicht näher ausgeführt. Hierzu wird auf die eingangs genannte Patentschrift verwiesen. Durch die symmetrische Lagerung der Treibwalze 14 wird der geschwächte Bereich 6 der Treibwalze etwa in der Mitte zwischen den Lagern bzw. lager seitigen Wellenenden 7 liegen. Da die Erfindung sich allgemein auf Wellen bezieht, werden im folgenden Ausführungsformen für das biegeweiche Wellenstück 3 gezeigt, die allgemein, zweifach gelagerte Wellen darstellen.In Fig. 1, a two-sided shaft 1 , which serves as a drive roller 14 , is shown. The bearing-side shaft ends 7 carry the shaft bearing. The bearing is mounted in a housing, this housing being connected to a device which presses the drive roller with the force F onto the yarn package 15 shown below it. The yarn spool is located on a cardboard tube, which is known to be pushed onto a rotatable cylinder jacket, not explained in the drawing example. A holding device is arranged within the cylinder jacket and carries two ball bearings for the cylinder jacket. The holding device is coaxial with the driving drive roller. The holding device itself is located on a housing, not shown. Furthermore, a brake can be provided in order to be able to brake the rotating, driven bobbin quickly if necessary. This detail is also not shown in the drawing. For this purpose, reference is made to the patent specification mentioned at the beginning. Due to the symmetrical mounting of the drive roller 14 , the weakened region 6 of the drive roller will lie approximately in the middle between the bearings or bearing-side shaft ends 7 . Since the invention relates generally to shafts, the following shows embodiments for the flexible shaft section 3 , which generally represent double-bearing shafts.

Fig. 2 zeigt eine zweiseitig kugelgelagerte Welle 1 mit symme trischer Ausbildung der beiden lagerseitigen Wellenenden 7. Im mittleren Bereich, dem biegeweichen Bereich 6, ist zur Schwächung eine Ringnut angebracht. Man kann auch sagen, daß dadurch das biegeweiche Wellenstück 3 entstanden ist. Um die ursprüngliche, durchgehende Auflagelänge der Welle wieder herzustellen, ist die Ringnut aufgefüllt. Die Ringnut ist schwalbenschwanzförmig ausgebildet, damit das Material, mit dem sie aufgefüllt ist, auch bei hohen Drehzahlen nicht wegfliegen kann. Fig. 2 shows a two-sided ball-bearing shaft 1 with symmetrical training of the two bearing-side shaft ends 7th In the central area, the flexible area 6 , an annular groove is provided for weakening. It can also be said that the flexible shaft piece 3 was created. In order to restore the original, continuous contact length of the shaft, the ring groove is filled. The ring groove is dovetail-shaped so that the material with which it is filled cannot fly away even at high speeds.

In Fig. 3 ist ebenfalls eine zweiseitig kugelgelagerte Welle dargestellt, bei der zwischen die lagerseitigen Wellenstücke 7 symmetrisch zu den Kugellagern ein biegeweiches Wellenstück 3 eingepaßt ist. Dieses ist durch in die lagerseitigen Wellen stücke hineinragende Zapfen 2 rechts und links mit den lagerseitigen Wellenenden verbunden. Der Antrieb der Welle 1 erfolgt wie in Fig. 1 bzw. 2 auf der rechten Seite. Die Zapfen werden durch enggepaßte, quer zur Axialrichtung verlaufende Stifte 11 spielfrei und drehfest an den lagerseitigen Wellenenden befestigt. Zur Erhöhung der Betriebssicherheit sind diese Stifte zusätzlich mit den lagerseitigen Wellenenden 7 verschweißt (16).In Fig. 3 is also a two-sided ball-bearing shaft is shown, in which a flexible shaft piece 3 is fitted between the bearing-side shaft pieces 7 symmetrically to the ball bearings. This is connected by pieces protruding into the bearing-side shaft 2 on the right and left with the bearing-side shaft ends. The shaft 1 is driven as in FIGS. 1 and 2 on the right side. The pins are fastened to the bearing-side shaft ends without play and in a rotationally fixed manner by means of closely-fitting pins 11 running transversely to the axial direction. To increase operational reliability, these pins are additionally welded to the bearing-side shaft ends 7 ( 16 ).

Die in Fig. 4 gezeigte Asuführungsform besteht wiederum aus einer mehrteiligen Welle - in diesem Fall sind es drei Teile. Die Welle ist zweifach symmetrisch gelagert und mit dem Antrieb auf der rechten Seite versehen. Das mittlere, biege weiche Wellenstück 3 besitzt an jeder Seite einen Zapfen, der in einer entsprechenden Bohrung in dem angrenzenden lager seitigen Wellenende 7 durch eine Schrumpfverbindung 9 eingepaßt ist. Da die lagerseitigen Wellenenden 7 an ihren Verbindungsstellen zu dem biegeweicheren Wellenstück Bohrungen aufweisen, kann man sie dort auch als zylindermantelförmig bezeichnen. Die Verbindungen müssen immer so ausgeführt werden, daß sie alle normalen, im Betrieb üblichen Belastungen übertragen. Die Stirnflächen der lagerseitigen Wellenenden berühren sich gegenseitig in diesem Ausführungsbeispiel nicht, sondern besitzen einen minimalen Abstand zu den Nachbarstirn flächen, den man auch als Spalt 8 bezeichnen kann.The embodiment shown in FIG. 4 again consists of a multi-part shaft - in this case there are three parts. The shaft has two symmetrical bearings and is provided with the drive on the right side. The middle, soft bend shaft piece 3 has on each side a pin which is fitted in a corresponding hole in the adjacent bearing-side shaft end 7 by a shrink connection 9 . Since the bearing-side shaft ends 7 have bores at their connection points to the more flexible shaft piece, they can also be referred to as cylindrical-shell-shaped there. The connections must always be made in such a way that they transmit all normal loads that are normal in operation. The end faces of the bearing-side shaft ends do not touch each other in this exemplary embodiment, but are at a minimal distance from the neighboring end faces, which can also be referred to as gap 8 .

Die Fig. 5 zeigt eine dreiteilige Welle 1, die symmetrisch in Kugellagern gelagert ist, mit dem Antrieb wiederum auf der rechten Seite. Der biegeweiche Bereich 6 liegt symmetrisch in der Mitte zwischen den Lagern. Das besonders Vorteilhafte dieser Ausführungsform ist, daß die Welle im mittleren Bereich aus zylindrischen Mänteln 5 besteht, die durch ein biegewei ches Wellenstück 3 verbunden sind. Das biegeweiche Wellenstück ist ein Zapfen, der mit seinen Enden 2 spielfrei und drehfest mittels Schrumpfverbindung 9 in die lagerseitigen Wellenstücke 7 eingepaßt ist. Wie man erkennt, bilden die beiden, im mittleren Bereich zylindermantelförmig ausgebildeten, lager seitigen Wellenenden 7 radial außerhalb des Zapfens an ihren sich gegenseitig zugewandten Stirnflächen einen so geringen Spalt 8, daß dieser - im Falle, daß die Welle als Treibwalze verwendet wird - von einem unter einem Winkel zugeführten Faden bzw. von dem auf der Spule abgelegten Faden übersprungen wird. Fig. 5 shows a three-part shaft 1 , which is mounted symmetrically in ball bearings, with the drive again on the right side. The flexible area 6 lies symmetrically in the middle between the bearings. The particularly advantageous of this embodiment is that the shaft in the central region consists of cylindrical jackets 5 , which are connected by a biegewei ches shaft piece 3 . The flexible shaft piece is a pin which is fitted with its ends 2 without play and in a rotationally fixed manner by means of shrink connection 9 into the shaft pieces 7 on the bearing side. As can be seen, the two, in the central region cylindrical-shaped, bearing-side shaft ends 7 radially outside of the journal at their mutually facing end faces form a gap 8 so small that this - in the case that the shaft is used as a drive roller - by one thread fed at an angle or is skipped by the thread deposited on the bobbin.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Schwächung der Welle besteht darin - wie in Fig. 6 gezeigt - daß der Zapfen Bestandteil eines Wellenstücks ist. Das linke Wellenstück 2 weist hierzu zwei verschiedene Außendurchmesser auf, so daß der Zapfen 4 entsteht. Dieser kann z. B. durch Abdrehen des linken Wellenstücks hergestellt werden. Der so entstandene Zapfen ist durch eine Schrumpfverbindung 9 mit dem rechten Wellenstück 2 spielfrei und drehfest verbunden. Beide Wellen stücke bilden zwischen ihren Stirnflächen den Spalt 8, der von dem unter einem Winkel laufenden Faden übersprungen wird, wenn diese Welle als Treibwalze verwendet wird. Um eine symme trische Biegelinie einer so geschwächten symmetrisch gelager ten Welle, zu erhalten, kann es empfehlenswert sein, die Schwächung der Welle symmetrisch zur Lagermitte anzuordnen. Another exemplary embodiment for weakening the shaft consists - as shown in FIG. 6 - that the journal is part of a shaft piece. For this purpose, the left shaft piece 2 has two different outer diameters, so that the pin 4 is formed. This can e.g. B. be produced by turning off the left shaft piece. The pin thus created is connected by a shrink connection 9 to the right shaft piece 2 without play and in a rotationally fixed manner. Both shaft pieces form between their end faces the gap 8 , which is skipped by the thread running at an angle when this shaft is used as a drive roller. In order to obtain a symmetrical bending line of a weakened symmetrically mounted shaft, it may be advisable to arrange the weakening of the shaft symmetrically to the center of the bearing.

List of reference symbols 1 shaft
2 shaft piece, pin
3 more flexible shaft piece
4 pins
5 cylinder jacket, flexible shaft section
6 flexible area
7 shaft ends on the bearing side, shaft piece on the bearing side
8 gap
9 shrink fit
11 clamp or wedge connection
14 drive roller
15 spool of thread
16 weld seam

Claims

1. Double-bearing shaft for operation with operating speeds above the first bending-critical speed, characterized in that the bending stiffness of the shaft in the longitudinal region, in which the turning point of its second critical bending oscillation lies, is reduced compared to the other longitudinal wavelength regions.

2. shaft according to claim 1, characterized in that the reduction of the bending stiffness of the shaft by a rotationally symmetrical reduction in cross-sectional area, is preferably achieved by an outer circumferential groove.

3. shaft according to claim 1, characterized in that the reduction in bending stiffness achieved the shaft is divided axially, and that the parts of the shaft have a flexible shaft are play-free and non-rotatably connected.

4. shaft according to claim 3, characterized in that the flexible shaft piece is a pin that one smaller diameter than the rest of the shaft, and that the end faces of those connected via the peg Shaft parts form a gap.

5. shaft according to claim 4, characterized in that the pin ends fit into the bores of the shaft parts are.

6. shaft according to claim 5, characterized, that pin ends with shrink fit in the holes to sit.

7. Shaft according to one of claims 1 to 6, characterized in that a drive roller for a winding machine for Is winding up man-made fibers.