DE4342584A1 - Einzelmotorischer Antrieb eines schaftlosen Spinnrotors einer Offenend-Spinnmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen einzelmotorischen Antrieb eines schaftlosen Spinnrotors einer Offenend-Spinnmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Bei der Weiterentwicklung von Rotorspinnmaschinen kommt es neben einer Qualitätsverbesserung der erzeugten Garne vor allem auch darauf an, die Produktionsleistung zu erhöhen. Eine Schlüsselposition bezüglich der Produktionsleistungserhöhung nimmt dabei die Drehzahl des Spinnrotors ein. Aus diesem Grunde wurden verschiedenste Antriebs- und Lagervarianten für Spinnrotoren entwickelt, um Drehzahlen von deutlich über 100.000 U/min zu erreichen. Die Verminderung des Rotordurchmessers und seiner Masse sowie der Reibungsverluste gestattet nicht nur eine höhere Drehzahl, sondern auch eine reduzierte Energieaufnahme beim Antrieb.

Als besonders vorteilhaft in dieser Hinsicht können schaftlose Spinnrotoren eingestuft werden, die als Läufer eines Axialfeldmotors ausgebildet sind. Ein kombiniertes Magnet-Gaslager sorgt für relativ geringe Reibungsverluste.

Gegenüber einer anfänglichen Entwicklung von schaftlosen Spinnrotoren, bei denen am Umfang des Rotors mit konisch verlaufender Umfangsfläche längs dessen Oberfläche ein Magnetspulensatz zum Antrieb angeordnet ist (zum Beispiel DE 24 37 667 B2) haben sich Axialfeldmotoren hinsichtlich der Einfachheit des Aufbaues sowie der einfacheren Montage als vorteilhaft erwiesen.

Ein zum Beispiel durch die DE 42 07 673 C1 bekannter Axialfeldmotor besitzt eine im Zentrum des Rotors und des Stators angeordnete Führungsmagnetkombination, die axiale und radiale Kräfte erzeugt und für eine sichere Führung des Spinnrotors sorgt. Durch ein der magnetischen Anziehungskraft entgegenwirkendes Gaspolster werden Rotor und Stator auf Abstand gehalten. Da es jedoch unter Extrembedingungen, zum Beispiel einer Unwucht, dazu kommen kann, daß die Führungskraft der Führungsmagnetanordnung nicht ausreicht, ist bei der bekannten Lösung der Spinnrotor unter Bildung eines Ringspaltes von einem Führungsring umgeben, der die Rotorauslenkung begrenzt. Diese Sicherheitsmaßnahme ist erforderlich, um in derartigen Extremfällen größere Schäden zu vermeiden. Da der Luftspalt zwischen den Lagerflächen sehr gering ist, das heißt, üblicherweise weniger als 1 mm beträgt, kann es bei Verschmutzung oder Wärmedehnung im Zentralbereich der Lagerung zur Beschädigung der sehr empfindlichen Düsenaustritte der Gasdüsen kommen. Dabei ist auch davon auszugehen, daß die Luft im wesentlichen radial nach außen abströmt, so daß im zentrischen Bereich die Kühlung durch das ausströmende Gas geringer ist und auch Verunreinigungen aus diesem Bereich schlechter nach außen gefördert werden können. Hinzu kommt dabei noch, daß durch den erwähnten Führungsring das Gas nicht geradlinig abströmen kann.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, die bekannte Vorrichtung so weiterzuentwickeln, daß die Beschädigungsgefahr, insbesondere der Austrittsöffnungen der Gasdüsen, unter Beibehaltung der Sicherheit gegenüber einer unzulässigen Rotorauslenkung reduziert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erfüllt.

Durch die abgesetzte Lagerfläche kann auf einen den Außenumfang des Rotors umgebenden Führungsring verzichtet werden. Die im Extremfall erforderliche mechanische Führung des Rotors wird im Bereich der abgesetzten Lagerfläche, das heißt, im zentralen Bereich des einzelmotorischen Antriebes, übernommen. Dadurch kann das Gas ungehindert radial abströmen. Außerdem ist es möglich, in diesem zentralen Bereich einen größeren axialen Luftspalt auszubilden, als im Bereich der übrigen Lagerfläche. Dadurch wirken sich thermisch bedingte Dimensionsänderungen sowie auch Verschmutzungen in diesem Bereich weniger aus beziehungsweise können entsprechende Schäden vermieden werden. Darüber hinaus ist bei gleicher Drehzahl im zentrischen Ringspalt, der sich bei der abgesetzten Lagerfläche ergibt, aufgrund des wesentlich geringeren Radius′ die Umfangsgeschwindigkeit deutlich geringer als bei dem bekannten Außenring. Demzufolge lassen sich auch mechanische Beschädigungen im Extremfall des mechanischen Kontaktes reduzieren.

Die Erfindung ist vorteilhaft durch die Merkmale der Ansprüche 2 bis 11 weitergebildet.

Die axiale Ausdehnung des zentrischen Luftspaltes läßt sich durch Variation der axialen Ausdehnung der Vertiefung in der einen Lagerfläche gegenüber der aus der anderen Lagerfläche heraustretenden rotationssymmetrischen Einheit variieren. Dementsprechend kann eine Optimierung der Spaltbreite vorgenommen werden, die einerseits eine noch ausreichende magnetische Anziehung sichert, andererseits Dimensionsänderungen ohne Auswirkungen bleiben läßt.

Um Beschädigungen im Bereich des radialen Ringspaltes der abgesetzten Lagerfläche im Falle des mechanischen Kontaktes bei einer radialen Rotorauslenkung zu vermeiden, ist es von Vorteil, diese Anlaufsicherheitsflächen verschleißfest auszubilden. Die verschleißfeste Oberfläche besitzt im Vergleich zum Stand der Technik eine wesentlich geringere Ausdehnung.

Wird die Vertiefung auf der Statorseite angeordnet, ergibt sich die vorteilhafte Möglichkeit, in den Boden dieser Vertiefung die Austrittsöffnungen für das Druckgas des Magnetgaslagers münden zu lassen. Dadurch sind diese Austrittsöffnungen in einem größeren Abstand zur gegenüberliegenden Lagerfläche angeordnet, als er bei einer Anordnung in einer Ebene mit dem Hauptteil der Lagerfläche gegeben wäre. Damit ist eine Gefahr der Beschädigung dieser Austrittsöffnungen im Grunde nicht mehr vorhanden, da selbst nach einem direkten Kontakt der gegenüberliegenden Lagerflächen im Hauptteil der Lagerung die Austrittsöffnungen noch immer durch einen Luftspalt von ihrer gegenüberliegenden Lagerfläche getrennt wären.

Durch die Anordnung der Austrittsöffnungen im Randbereich der Vertiefung wird das Gas, üblicherweise Luft, direkt in den Ringspalt im Bereich der abgesetzten Lagerfläche geblasen, wodurch sich zusätzlich eine zentrierende Luftpolsterung in diesem Bereich ergibt.

Die spezifische Anordnung von Permanentmagneten ist besonders geeignet, eine Halte- und Zentrierfunktion effektiv auszuüben. Vorteilhaft wird zum Leiten des Magnetflusses der konzentrischen Magnetanordnung ein Joch verwendet.

Um die Magnetflüsse von Antriebsmagneten und Führungsmagneten zu entkoppeln, wird zwischen diesen eine Sperrschicht angeordnet. Dadurch wird der Einfluß der Wechselkomponente der Antriebsmagnetfelder im Bereich der Führungsmagnetfelder minimiert. So können Wirbelströme in der Rotationsfrequenz des Rotors, insbesondere auf der Statorseite, signifikant reduziert werden. Vor allen wird eine asymmetrische Aufmagnetisierung des zentralen Bereiches der Führungsmagnetfelder und damit eine Verschiebung der magnetischen Achse vermieden. Eine solche Verschiebung führt unmittelbar zu einer Abweichung zwischen der mechanischen Rotationsachse um den Rotorschwerpunkt und der magnetischen Achse, die die Einstellung des Rotors auf ein Minimum des Magnetpotentials des Feldes anstrebt. Die Abweichung der beiden Achsen würde zu Taumel- und Schwingbewegungen führen, die die Gefahr eines häufigeren mechanischen Kontaktes der Anlaufsicherheitsflächen im Bereich der abgesetzten Lagerfläche hervorrufen könnte.

Die aus der Lagerfläche hervortretende Anordnung der Magnete zur Erzeugung der Führungsmagnetfelder läßt sich besonders günstig fertigen, wenn das zugehörige Joch in einer Ebene mit dem Hauptteil der Lagerfläche des Spinnrotors liegt.

Weitere spezifische Vorteile werden im Zusammenhang mit dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel erläutert. Die Zeichnung zeigt einen Schnitt durch einen Axialfeldmotor zum einzelmotorischen Antrieb eines schaftlosen Spinnrotors.

Wesentliche Bauelemente des Axialfeldmotors sind der Spinnrotor 1 und der Statur 2. Hauptbestandteil des Spinnrotors 1 ist die Spinntasse 3, die eine umlaufende Fasersammelrinne 3′′ besitzt, in die aufgelöste Fasern eingespeist und unter Bildung eines Fadens durch die Drehung des Rotors wieder abgezogen werden. Die Faserzuführeinrichtung sowie die Abzugsdüse für den Faden sind aus Übersichtsgründen hier nicht dargestellt. Sie sind auch ohne Einfluß auf den Gegenstand vorliegender Erfindung.

Im Bereich der Rotationsachse 11 ist am Spinnrotor 1 ein Zentriermagnet 7 und durch eine Trag- und Isolierschicht 19 beabstandet ein Magnetring 8 so angeordnet, daß sie aus der durch einen Magnetträger 5 aus zum Beispiel durch die gattungsbildende WO 92/01097 bekannten festen Laminaten gebildeten rotorseitigen Lagerfläche heraustreten.

Dieses rotationssymmetrische Gebilde taucht in eine Aussparung des Stators 2 unter Ausbildung eines axialen Luftspaltes 14 und eines radialen Luftspaltes 15 ein.

Axial schließt sich an den Luftspalt 14 statorseitig eine entsprechende Magnetanordnung aus einem zentrischen Magneten 22 und einem Ringmagneten 21 an. Ringmagnet 21 und zentrischer Magnet 22 sind auch hier durch eine Trag- und Isolierschicht voneinander getrennt. Die Polung der Magnete 21 und 22 im Bereich des Luftspaltes 14 ist entgegengesetzt zur Polung der Magnete 7 und 8 auf der Rotorseite. Dadurch ergibt sich eine gegenseitige Anziehung der Magnete.

Auf den dem Luftspalt 14 entgegengesetzten Seiten der Magnete 7, 8, 21 und 22 sind Jochscheiben 6 und 23 zum Leiten der Magnetflüsse angeordnet. Mindestens auf der Statorseite kann die Jochscheibe 23 direkt auf den Magneten 21 und 22 aufliegen, da diese Magnetanordnung feststehend ist und demzufolge an die dortige Trag- und Isolierschicht 20 keine besonderen Anforderungen bezüglich der Halterung gestellt werden müssen. Allerdings ist es auch auf der Rotorseite möglich, die Magnete 7 und 8 durch eine Klebeverbindung an ihrem Joch 6 zu befestigen. In diesem Falle ist es nicht notwendig, daß sich auch zwischen den Magneten 7 und 8 und dem Joch 6 ein Teil der Trag- und Isolierschicht 19 mit erstreckt.

Das Joch 6 für die Führungsmagnetfelder des Spinnrotors 1 ist über den oben genannten Magnetträger 5 gemeinsam mit Antriebsmagneten 4 und 4′ mit der Spinntasse 3 verbunden. Die Antriebsmagnete 4 und 4′ bestehen beispielhaft aus segmentförmigen, achssymmetrischen Magnetplatten abwechselnder Polarität. Im einfachsten Fall reichen zwei Antriebsmagnete 4, 4′ aus, die in der Ebene der Lagerfläche voneinander magnetisch isoliert sind. Da diese Magnetanordnung jedoch bereits in der gattungsbildenden WO 92/01097 beschrieben ist, braucht an dieser Stelle nicht näher darauf eingegangen zu werden.

Zum weichmagnetischen Rückschluß der Antriebsmagente 4, 4′ wird als Joch unmittelbar der Rotorboden 3′ der Spinntasse 3 verwendet, der deshalb aus einem ferromagnetischen Material besteht. Die Antriebsmagnete 4 und 4′ sind mit diesem Rotorboden 3′ verklebt. Das Joch 6 für die Magnete 7 und 8 des Führungsmagnetfeldes ist axial durch einen entsprechend breiten Luftspalt vom als Joch für die Antriebsmagnete 4 und 4′ wirkenden Rotorboden 3′ beabstandet. Dieser Luftspalt 9 bildet eine Sperrschicht, die für die Entkopplung der Antriebs- und Führungsmagnetfelder voneinander ausreichend ist. Damit bleibt die Wechselkomponente des drehenden Antriebsmagnetfeldes ohne signifikaten Einfluß auf das Führungsmagnetfeld. Dadurch wird sowohl das Entstehen von Wirbelströmen im Bereich der Rotationsachse deutlich reduziert, als auch ein "Auseinanderlaufen" der magnetischen und der mechanischen Rotationsachse mit der Folge des Entstehens von Schwingungen verhindert.

Hauptbestandteil des Stators 2 ist eine Statorwicklung 24 mit einem ringförmigen Weicheisenkern 25. Innerhalb dieses durch den Weicheisenkern 25 mit Statorwicklung 24 gebildeten Ringes ist, wie bereits erwähnt, die statorseitige Magnetanordnung der Magnete 21 und 22 für die Führungsmagnetfelder vorgesehen. In den Luftspalt 14 treten Luftdüsen 16 axial aus. Durch die ausströmende Luft wird zwischen Spinnrotor 1 und Stator 2 entgegen der Magnetkraft der Magnete immer ein entsprechender Luftspalt 10 eingehalten, um einen direkten Kontakt der gegenüberliegenden Lagerflächen 5′, 24′ zu vermeiden. Die aus den Luftdüsen 16 austretende Luft strömt radial durch den Luftspalt 10 ab, wodurch eine gleichmäßige Luftpolsterung über die gesamte Lagerfläche erreicht wird. Luftdruck beziehungsweise Luftmenge sind dabei so auf die Magnetkraft abzustimmen, daß sich im Hauptlagerbereich, das heißt, zwischen der ringförmigen Anordnung von Statorwicklung 25 und dem gegenüberliegenden Teil des Spinnrotors 3 der Luftspalt 10 im Bereich von 1 mm oder etwas geringer ergibt. Auf diese Weise läßt sich der Luftverbrauch in vertretbaren Grenzen halten, die magnetische Wechselwirkung zwischen Spinnrotor 1 und Stator 2 maximieren sowie andererseits eine ausreichende Sicherheit gegen einen direkten Kontakt der Lagerflächen 5′, 24′ erreichen.

Der relativ zum Luftspalt 10 etwas breitere Luftspalt 14 läßt es zu, daß Maßabweichungen der Magnetanordnungen für die Führungsmagnetfelder, zum Beispiel aufgrund von Erwärmung durch über Oberwellen induzierte Wirbelströme, ohne Folgen bleiben. Vor allem aber kann gesichert werden, daß die empfindliche Düsenanordnung der Luftdüsen 16 im Bereich von deren Austrittsöffnungen 16′ in jedem Fall geschützt wird.

Die Luftdüsen 16 werden hier mittels eines Ringkanales 17 mit Luft versorgt, während der Ringkanal über eine Anschlußleitung 18 mit einer nicht dargestellten Druckluftquelle verbunden ist.

Der radiale Luftspalt 15 wird von zwei Anlaufsicherheitsflächen 12 und 13 begrenzt, die eine verschleißfeste Oberfläche aufweisen. Dabei ist zu bemerken, daß die statorseitige Anlaufsicherheitsfläche 12 durch einen vor allem die Statorwicklung überdeckenden Ring gebildet ist. Dieser Ring besteht beispielsweise, ebenso wie die Anlaufsicherheitsfläche 13, vorteilhaft aus einem keramischen Material. Vor allem muß gesichert werden, daß der die Anlaufsicherheitsfläche 12 bildende Ring mindestens so massiv ist, daß eine Beschädigung der Wicklung ausgeschlossen wird. Der Ring kann beispielsweise mittels eine Laminates befestigt sein. Die Anlaufsicherheitsflächen dienen der radialen Positionssicherung des Spinnrotors 1.

Wenngleich normalerweise durch die Führungsmagnetfelder zuverlässig abgesichert wird, daß der Spinnrotor 1 zuverlässig zentriert wird, kann es unter Extrembedingungen, zum Beispiel bei einer plötzlichen Unwucht des Rotors oder einer Verschmutzung im Bereich der Lagerflächen, zur Verschiebung der Rotationsachse kommen. In diesem Falle wird durch die Anlaufsicherheitsflächen 12 und 13 dafür Sorge getragen, daß die Auslenkung des Rotors in engen Grenzen gehalten wird. Durch die ringförmige Anordnung der Luftdüsen 16 und den Austritt der Luft in den Luftspalt 15 wird dafür gesorgt, daß über die magnetische Zentrierung hinaus ohne Kontakt der Anlaufsicherheitsflächen 12 und 13 zueinander eine Zentrierung des Spinnrotors 1 erfolgt.

Gegenüber einer bekannten Anordnung von den Außenumfang des Rotors umgebenden ringförmigen Anlaufsicherheitsflächen ist hier der Vorteil zu verzeichnen, daß die Umfangsgeschwindigkeit der rotorseitigen Anlaufsicherheitsfläche 13 durch den wesentlich geringeren Radius bei gleicher Drehzahl deutlich geringer ist und demzufolge die Reibwerte extrem unter denen der bekannten Lösung liegen.

Die Breite des Luftspaltes 14 sollte zwar aufgrund der magnetisch isolierenden Eigenschaften der Luft nicht wesentlich größer gewählt werden als die des Luftspaltes 10. Allerdings ist davon auszugehen, daß sich jeweils entgegengesetzte Magnetpole gegenüberstehen und keine Voraussetzungen gegeben sind, den Magnetfluß durch einen anderen weichmagnetischen Rückschluß umzulenken. Demzufolge hat auch der Luftspalt 9 hinsichtlich der magnetischen Isolation eine wesentlich einschneidendere Wirkung als der Luftspalt 14, da der Luftspalt 9 durch magnetischen Rückschluß in sich geschlossene Magnetfelder trennt.

Claims (11)

1. Einzelmotorischer Antrieb eines schaftlosen Spinnrotors (1) einer Offenend-Spinnmaschine, der als Läufer eines Axialfeldmotors ausgebildet ist, mit einer rotorseitigen, der Rotoröffnung abgewandten Lagerfläche (5′) sowie einer gegenüberliegenden, durch einen Luftspalt (10) beabstandeten statorseitigen Lagerfläche (24′) eines kombinierten Magnet-Gaslagers und Mitteln (3′, 6, 23, 24) zum Leiten des Magnetflusses für Antriebs- und Führungsmagnetfelder, wobei zur Erzeugung der Führungsmagnetfelder eine bezüglich der Rotorachse (11) konzentrische Magnetanordnung (7, 8, 21, 22) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrische Magnetanordnung (7, 8, 21, 22) eine aus einer der beiden Lagerflächen (5′, 24′) heraustretende rotationssymmetrische Einheit und eine in der gegenüberliegenden Lagerfläche eingelassene entsprechende rotationssymmetrische Vertiefung besitzt und daß die rotationssymmetrischen Gegenstücke so bemessen sind, daß sich auch in diesem Bereich sowohl axial als auch radial Luftspalte (14, 15) ausbilden.

2. Einzelmotorischer Antrieb eines schaftlosen Spinnrotors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung in der einen Lagerfläche (24′) eine gegenüber der aus der anderen Lagerfläche (5′) heraustretenden rotationssymmetrischen Einheit größere axiale Ausdehnung besitzt.

3. Einzelmotorischer Antrieb eines schaftlosen Spinnrotors nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radial durch einen konzentrischen Luftspalt (15) beabstandeten Flächen (12, 13) zur Verwendung als Anlaufsicherheitsflächen verschleißfest ausgebildet sind.

4. Einzelmotorischer Antrieb eines schaftlosen Spinnrotors nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung in die statorseitige Lagerfläche (24′) eingelassen ist und die rotationssymmetrische Einheit aus der rotorseitigen Lagerfläche (5′) heraustritt.

5. Einzelmotorischer Antrieb eines schaftlosen Spinnrotors nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den konzentrischen Luftspalt (15) axial gerichtete Austrittsöffnungen (16′) von Luftdüsen (16) für das Druckgas des Magnet-Gaslagers münden.

6. Einzelmotorischer Antrieb eines schaftlosen Spinnrotors nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrische Magnetanordnung aus auf beiden Lagerseiten angeordneten, sich gegenüberstehenden Permanentmagneten (7, 8, 21, 22) mit jeweils entgegengesetzter Polarität besteht.

7. Einzelmotorischer Antrieb eines schaftlosen Spinnrotors nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete auf jeder Lagerseite aus einem zentrischen scheibenförmigen Magneten (7, 22) und einem von diesem beabstandeten konzentrisch angeordneten ringförmigen Magneten (8, 21) jeweils entgegengesetzter Polarität bestehen.

8. Einzelmotorischer Antrieb eines schaftlosen Spinnrotors nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrische Magnetanordnung mindestens rotorseitig auf der der Lagerfläche (5′) abgewandten Seite ein Joch (6) aufweist.

9. Einzelmotorischer Antrieb eines schaftlosen Spinnrotors nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (6) der konzentrischen Magnetanordnung durch eine Sperrschicht (9) von den Mitteln (3′) zum Leiten des Magnetflusses für die Antriebsmagnetfelder getrennt ist.

10. Einzelmotorischer Antrieb eines schaftlosen Spinnrotors nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Leiten des Magnetflusses für die Antriebsmagnetfelder ebenfalls ein Joch (3′) aufweisen und daß die Joche (3′, 6) als konzentrisch zueinander liegende axial beabstandete Scheiben ausgeführt sind.

11. Einzelmotorischer Antrieb eines schaftlosen Spinnrotors nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Jochfläche des Joches (6) der konzentrischen Magnetanordnung (7, 8) zum Erzeugen der Führungsmagnetfelder in einer Ebene mit dem Hauptteil der rotorseitigen Lagerfläche (5′) liegt.