DE4018541A1 - Magnetlagerung fuer einen rotor - Google Patents
Magnetlagerung fuer einen rotorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Magnetlagerung für einen Rotor aus
magnetisierbarem Material, der in seiner Axialrichtung mittels
eines ihn umgebenden, axial magnetisierten Permanentmagnetrin
ges schwebend gehalten und in radialer Richtung mittels ring
förmig um ihn herum angeordneter, elektromagnetischer Mittel
stabilisiert ist, die mittels einer elektronischen Regelein
richtung erregbar sind, die mit Sensoren verbunden ist, die
radiale Abweichungen des Rotors erfassen.
Eine Magnetlagerung der eingangs genannten Art ist bekannt
(Vortrag Karl Boden "Wide gap, electro-permanentmagnetic
bearing system with radial transmission of radial and axial
forces", anläßlich eines Symposiums vom 06. bis 08. Juni 1988
in Zürich). Bei der bekannten Magnetlagerung wird ein Rotor mit
Hilfe eines axial magnetisierten Permanentmagnetringes in axia
ler Richtung schwebend gehalten. Zusätzlich zu dieser passiven
axialen Lagerung wird eine aktive, radiale Stabilisierung vor
gesehen. Diese radiale Stabilisierung enthält elektromagneti
sche Mittel in Form von paarweise einander gegenüberliegenden
und verketteten Segmentspulen, die einen gemeinsamen ringförmi
gen Kern aufweisen, der den Rotor umgibt. Die Segmentspulen,
die radial gerichtete magnetische Felder erzeugen, sind über
eine elektronische Regeleinrichtung erregbar, an die Sensoren
angeschlossen sind, die radiale Positionsabweichungen des Ro
tors erfassen. Die Signale dieser Sensoren werden ausgewertet,
um die Segmentspulen so zu erregen, daß radiale Stabilisierungs
kräfte erhalten werden. Die bekannte Magnetlagerung wird so
verwendet, daß zwischen zwei derartigen Magnetlagerungen ein
Stator eines Elektromotors angeordnet wird, der einen magnetge
lagerten Rotor antreibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die bekannte Mag
netlagerung ein neues Anwendungsgebiet zu erschließen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Rotor eine im we
sentlichen zylindrische Hülse ist, die als ein von einem Faden
mitschleppbarer Ballonbegrenzer ausgebildet ist und die zen
trisch zu einer Spinn- oder Zwirnspindel angeordnet ist.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß es mit einer
Magnetlagerung der eingangs genannten Art nicht nur möglich
ist, elektromotorisch angetriebene Rotoren zu lagern, sondern
auch eine Hülse, obwohl diese Hülse durch Fadenschleppkräfte
angetrieben wird, die nicht nur in Umfangsrichtung wirken, son
dern auch eine radiale Kraftkomponente aufweisen. Die aktive
Stabilisierung in radialer Richtung bringt ausreichend große
Kräfte auf, um die Hülse mit der erforderlichen Genauigkeit
zentriert zu halten. Die schwebend gehaltene Hülse läßt sich
somit berührungsfrei lagern.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen,
daß die Hülse unabhängig von einer mit der Spindel mitrotieren
den Scheibe gelagert ist. Dadurch ist es möglich, für eine Dop
peldrahtspinn- oder -Zwirnspindel einen Ballonbegrenzer zu
schaffen, der unabhängig von der Scheibe ist und unabhängig von
der Scheibe rotiert, wobei er von der Reibungskraft des Fadens
mitgenommen wird.
Mitrotierende Ballonbegrenzer sind bei Doppeldrahtzwirnspindeln
bekannt (CH-PS 4 17 418, DE-PS 27 00 820), jedoch sind bei die
sen Bauarten die Ballonbegrenzer fest an der rotierenden Schei
be angebracht, so daß sie mit dieser Scheibe rotieren.
Bei langen Hülsen, wie sie für Doppeldrahtzwirnspindeln als
Ballonbegrenzer benötigt werden, wird in zweckmäßiger Ausge
staltung der Erfindung vorgesehen, daß die Hülse im Bereich
ihrer beiden Stirnenden magnetisch gelagert ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird vorgese
hen, daß die als Ballonbegrenzer dienende Hülse oberhalb einer
Ringspindel angeordnet ist.
Es ist bekannt, einen mitrotierenden Ballonbegrenzer bei Ring
spindeln vorzusehen (FR-A 24 50 888), der aerostatisch gelagert
ist. Eine derartige Lagerung hat sich jedoch in praktischen
Maschinen nicht bewährt, was wohl in erster Linie an der in
Spinnereien bestehenden Verflugungsgefahr liegt.
Bei einem derartigen Ballonbegrenzer, der nur eine geringe axi
ale Erstreckung aufweist, genügt eine einzige Magnetlagerung,
die dann zweckmäßigerweise im wesentlichen mittig zu der Hülse
angeordnet wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestell
ten Ausführungsform.
Die Zeichnung zeigt einen axialen Schnitt durch eine Doppel
drahtspinn- oder -Zwirnspindel.
Die dargestellte Doppeldrahtspindel besitzt einen Spindel
schaft (1), dessen oberer Teil (2) mit einer Axialbohrung (3)
versehen ist. Der untere Teil (4) ist mittels einer bekannten
Lagerung in einem Lagergehäuse (5) gelagert. An dem unteren
Teil (4) des vertikal stehenden Spindelschaftes (1) ist ein
Antriebswirtel (6) angebracht, über den der Spindelschaft (1)
mittels eines Tangentialriemens (7) antreibbar ist. Der Tangen
tialriemen (7) läuft in Längsrichtung durch eine Maschine hin
durch und treibt dabei alle Spindelschäfte (1) einer Maschinen
seite an.
Zwischen dem oberen Teil (2) und dem unteren Teil (4) ist dreh
fest an dem Spindelschaft (1) eine Speicherscheibe (8) angeord
net. Die Speicherscheibe (8) besteht aus einem vorzugsweise
nicht metallischen, den Durchtritt von magnetischen Feldlinien
gestattenden Material. Die Speicherscheibe (8) weist eine Radi
albohrung (9) auf, welche die Axialbohrung (3) des oberen Teils
(2) des Spindelschaftes (1) fortsetzt. Mit der Speicherscheibe
(8) ist ein Zwirnteller (10) fest verbunden, der eine schalen
förmige Gestalt mit einem nach oben gewölbten Rand aufweist.
Auf dem oberen Teil (2) des Spindelschaftes (1) ist mittels
Wälzlagern (11, 12) ein Lieferspulenträger (13) drehbar gela
gert. Der eine im wesentlichen rohrförmige Gestalt besitzende
Lieferspulenträger (13) nimmt eine Spulenhülse (14) einer Lie
ferspule (15) auf. Zwischen dem Lieferspulenträger (13) und der
Spulenhülse (14) sind Kupplungselemente in Form von elastischen
Kunststoffringen (16, 17) angeordnet, um eine möglichst kraft
schlüssige, drehfeste Verbindung zu erhalten. Der Lieferspulen
träger (13) ist an seinem unteren, der Speicherscheibe (8) zu
gewandten Ende mit einem Ringbund (18) versehen, an welchem
eine Ringscheibe (19) aus magnetisierbarem Material, insbeson
dere aus Stahl, befestigt ist. Die Ringscheibe (19) trägt auf
ihrer der Speicherscheibe (8) zugewandten Seite gleichmäßig
über den Umfang verteilte Permanentmagnete (20), die in Form
eines Ringes (21) angeordnet sind. Die einzelnen Permanentmag
nete (20) sind so angeordnet, daß ihre Polarität wechselt, d. h.
daß einem Permanentmagneten (20) mit einem nach unten weisenden
Nordpol ein Permanentmagnet (20) mit einem nach unten weisenden
Südpol folgt.
Auf der in axialer Richtung gegenüberliegenden Seite der Spei
cherscheibe (8) ist ein Ring (22) mit weiteren Permanentmagne
ten (23) angeordnet, die von einem stationären Halter (24) ge
halten sind. Die Permanentmagneten (23) besitzen ebenfalls eine
abwechselnde Polarität, wobei sie so angeordnet sind, daß je
weils ein Pol eines Permanentmagneten (20) einem gegensinnigen
Pol eines Permanentmagneten (23) gegenüberliegt. Mittels der
Permanentmagnetringe (21, 22) wird der Lieferspulenträger (13)
mit der Lieferspule (15) trotz rotierendem Spindelschaft (1)
stillstehend gehalten.
Im Betrieb wird von der Lieferspule (15) ein Faden (25) in
Richtung des Pfeiles (A) abgezogen, der in die Axialbohrung (3)
einläuft. Der Faden (25) verläßt dann den Spindelschaft (1)
über die Radialbohrung (9) der Speicherscheibe (8) und wird an
schließend in Pfeilrichtung (B) nach oben zurück zu einem Fa
denführer (26) geführt, der zentrisch über dem Spindelschaft
(1) angeordnet ist. Anschließend wird der Faden (25) auf eine
nicht dargestellte Spule aufgewickelt. Der von dem Zwirnteller
(10) umgelenkte Faden (25) bildet einen Ballon (27), dessen
Durchmesser von einem Ballonbegrenzer (28) begrenzt wird. Der
Ballonbegrenzer (28) ist zentrisch zum Spindelschaft (1) ange
ordnet und erstreckt sich über die Höhe der Lieferspule (15)
und bis zu dem Bereich des Zwirntellers (10).
Der Ballonbegrenzer (28) besteht aus einer zylindrischen Hülse
aus ferromagnetischem Material, die mit einer Magnetlagerung
unabhängig von dem Spindelschaft (1) und der Speicherscheibe
(8) an einem nicht dargestellten Teil eines Maschinengestelles
gelagert ist.
Die Magnetlagerung enthält zwei Magnetlager (31, 32), die im
Bereich der Stirnenden (29 und 30) angeordnet sind. Jedes die
ser Magnetlager (31, 32) enthält zunächst einen axial magneti
sierten Permanentmagnetring (33), der einen im wesentlichen
quadratischen Querschnitt aufweist. Die beiden Permanentmagnet
ringe (33) halten den Ballonbegrenzer (28) in seiner axialen
Richtung in der Schwebe. Die beiden Permanentmagnetringe (33),
die vorzugsweise aus Bariumferrit bestehen, sind jeweils, auf
der oberen oder unteren Stirnseite mit einer der Konzentration
der magnetischen Feldlinien dienenden Stahlplatte (34) abge
deckt. Jeder dieser Stahlplatten (34) enthält mehrere gleich
förmig in Umfangsrichtung verteilte Sensoren (35), deren Anzahl
zwischen drei und acht liegen kann. Diese Sensoren (35), die
von den magnetischen Feldlinien geschnitten werden, bestehen
aus einem Material, das seinen Widerstand in Abhängigkeit von
der Stärke der Feldlinien ändert. Da die Stärke der Feldlinien
abhängig von der Größe des Ringspaltes zwischen den Sensoren
(35) und dem Ballonbegrenzer (28) ist, geben diese Sensoren
(35) Signale ab, die für den Ringspalt und insbesondere eine
Änderung des Ringspaltes repräsentativ sind. Diese Signale wer
den einer elektronischen Regeleinrichtung (38) zugeführt, die
diese Signale für eine radiale Stabilisierung des Ballonbegren
zers (28) auswertet.
Jede Magnetlagerung (31, 32) enthält einen ringförmigen Weich
eisenkern (36), der den Ballonbegrenzer (28) zentrisch umgibt.
Über den Umfang des Kerns (36) sind Segmentspulen (37) angeord
net, die diametral gegenüberliegend paarweise verkettet sind.
Vorzugsweise werden insgesamt vier derartige, paarweise verket
tete Segmentspulen (37) vorgesehen, die symmetrisch angeordnet
sind. Diese Segmentspulen (37) werden in von der elektronischen
Regeleinrichtung (38) geregelter Weise erregt, um radiale Ab
weichungen des Ballonbegrenzers (28) aus seiner radialen Be
triebsposition auszugleichen und diesen damit zu stabilisieren.
Der Ballonbegrenzer (28) ist somit berührungsfrei gelagert. Er
kann daher relativ einfach von dem laufenden Faden (25) in Um
fangsrichtung aufgrund der auftretenden Reibungskräfte mitge
nommen werden. Aufgrund des mitrotierenden Ballonbegrenzers
(28) ergeben sich relativ geringe Relativgeschwindigkeiten zwi
schen dem Faden (25) und dem Ballonbegrenzer (28), die im we
sentlichen auf die Abzugsgeschwindigkeit des Fadens beschränkt
sind. Dadurch wird erreicht, daß nur eine relativ geringe Er
wärmung des Fadens (25) auftritt, so daß insbesondere das bei
synthetischen Fäden gefürchtete "Verbrennen" vermieden wird.
In Abweichung von dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird
bei einer anderen Ausführungsform vorgesehen, daß nur ein
Permanentmagnetring (33) vorgesehen ist. Dieser wird dann
zweckmäßigerweise auf beiden Stirnseiten mit Stahlplatten (34)
und Sensoren (35) versehen, so daß dann die Kerne (36) mit den
Segmentspulen (37) auch auf Kippbewegungen reagieren können.
Bei Ballonbegrenzern (28) , die nur eine relativ geringe axiale
Erstreckung benötigen, wie dies beispielsweise bei Ringspindeln
der Fall ist, genügt unter Umständen auch eine einzige Magnet
lagerung (31 oder 32), um einen derartigen Ballonbegrenzer (28)
sicher zentrisch zu halten.
Claims (5)
1. Magnetlagerung für einen Rotor aus magnetisierbarem Ma
terial, der in seiner Axialrichtung mittels eines ihn umgeben
den, axial magnetisierten Permanentmagnetringes schwebend ge
halten und in radialer Richtung mittels ringförmig um ihn herum
angeordneter elektromagnetischer Mittel stabilisiert ist, die
mittels einer elektronischen Regeleinrichtung erregbar sind,
die mit Sensoren verbunden ist, die radiale Abweichungen des
Rotors erfassen, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor eine im
wesentlichen zylindrische Hülse ist, die als ein von einem Fa
den (25) mitschleppbarer Ballonbegrenzer (28) ausgebildet ist
und die zentrisch zu einer Spinn- oder Zwirnspindel angeordnet
ist.
2. Magnetlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die als Ballonbegrenzer (28) dienende Hülse unabhängig von
einer mit dem Spindelschaft (1) mitrotierenden Scheibe (8) ge
lagert ist.
3. Magnetlagerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die als Ballonbegrenzer (28) dienende Hülse im Bereich ihrer
beiden Stirnenden (29, 30) magnetisch gelagert ist.
4. Magnetlagerung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die als Ballonbegrenzer (28) dienende Hülse die
Scheibe (8) bis wenigstens zu dem Bereich eines radialen Kanals
(9) der Scheibe (8) übergreift.
5. Magnetlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die als Ballonbegrenzer dienende Hülse oberhalb einer Ring
spindel angeordnet ist.
Priority Applications (2)
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DE4018541A1 true DE4018541A1 (de) | 1991-12-12 |
Family
ID=6408129
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE4018541A Withdrawn DE4018541A1 (de) | 1990-06-09 | 1990-06-09 | Magnetlagerung fuer einen rotor |
Country Status (2)
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