DE4442384C1

DE4442384C1 - Well balanced aerostatic spindle in OE-spinner, avoids wear and overload

Info

Publication number: DE4442384C1
Application number: DE19944442384
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Wanger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-11-29
Filing date: 1994-11-29
Publication date: 1995-12-07
Anticipated expiration: 2014-11-30
Also published as: DE19528452A1; DE19528452C2; DE19538624B4; DE19538624A1

Abstract

An open end spinning rotor has an aerostatic bearing spindle consisting of a housing which contains a rotating shaft having aerostatic axial and radial bearings. Here the shaft (5) has an attachment (2) which is free to oscillate and where the spinning rotor (1) is fastened at one end. Support of the attachment is achieved by a bearing formed as a slide or roller bearing which has at least the two-fold play (10) of the radial aerostatic bearing (11).

Description

Bisher wurde zur Lagerung eines Spinnrotors hauptsächlich die bekannte und bewährte Twin Disk Lagerung (Rollenlagerung) eingesetzt. Hierbei befindet sich der Spinnrotor am Ende einer Welle, die zwischen dem Antriebsriemen und zwei Rollen läuft, welche beide den mindestens 10fachen Durchmesser der Welle haben und mit Gummi beschichtet sind. Durch dieses Übersetzungsverhältnis von 1 : 10 konnte die Lebensdauer der Kugellager erheblich verlängert werden; gegenüber einer direkten Kugellagerung der Spinnwelle, wobei eine 10fach höhere Drehzahl der Kugellager notwendig ist. Dennoch müssen in etwa alle 20 000 Stunden die Rollen und die Kugellager wegen Verschleiß erneuert werden. Die Twin Disk Lagerung bietet jedoch eindeutige Vorteile, denn sie hält relativ hohen Belastungen stand und durch die Gummibeschichtung auf den Rollen und dem Antrieb über einen Riemen läuft die Welle mit dem Spinnrotor im überkritischen Schwingungsbereich, so daß die Unwuchtskräfte auf die Lagerung wesentlich geringer sind.So far, the well-known and proven twin disk bearing (roller bearing) was mainly used for the storage of a spinning rotor. The spinning rotor is located at the end of one Shaft that runs between the drive belt and two rollers, both of which are at least Have 10 times the diameter of the shaft and are coated with rubber. Because of this gear ratio The life of the ball bearings could be extended considerably by 1:10; compared to a direct ball bearing of the spinning shaft, with a 10 times higher speed the ball bearing is necessary. Nevertheless, the roles and the ball bearings are replaced due to wear. However, the twin disk storage offers unique Advantages, because it withstands relatively high loads and thanks to the rubber coating The shaft with the spinning rotor runs on the rollers and the drive via a belt supercritical vibration range, so that the unbalance forces on the bearing essential are lower.

Diese Lagerung ist z. B. in der Auslegeschrift DE 25 25 435 B1 ausführlich beschrieben. Hier ist auch ein Stützlager (siehe Spalte 4, oberster Absatz) vorhanden, jedoch in einem völlig anderen Zusammenhang als das in den Patentansprüchen angegebene Lager 4.This storage is e.g. B. described in detail in DE 25 25 435 B1. There is also a support bearing (see column 4, top paragraph), but in a completely different context than the bearing 4 specified in the claims.

Bei diesem Anwendungsfall wurde schon oft der Einsatz von aerostatischen Lagern angestrebt, da hier kein Verschleiß der Lagerung stattfindet. Wie z. B. durch die Auslegeschrift DE-AS 23 49 072 bekannt, ist hier der Rotor starr mit der aerostatisch gelagerten Welle verbunden, somit kann dieses Lager der hohen Belastung durch Unwuchtkräfte bei Fadenriß im Spinnrotor nicht standhalten.In this application, the use of aerostatic bearings has often been sought, since there is no wear on the bearings. Such as B. by the specification DE-AS 23 49 072 known, here the rotor is rigidly connected to the aerostatically mounted shaft, thus this bearing cannot withstand the high load caused by unbalance forces if the thread breaks in the spinning rotor withstand.

Aufgabe war es nun, eine aerostatische Lagerung des Spinnrotors zu erreichen, die im überkritischen Schwingungsbereich läuft. Nach zahlreichen Versuchen wurde festgestellt, daß hierzu große Lagerspalte (im 1/10-mm-Bereich) notwendig sind, dies hat aber einen extrem hohen Luftverbrauch zur Folge, so daß die Energiekosten untragbar sind. Es wurde nun nach einer Möglichkeit gesucht, trotz engem Lagerspalt (8-12 µm) eine überkritische Lagerung des Spinnrotors zu gewährleisten. Durch elastisches Aufhängen der Lagerringe (bzw. Lagerschalen) in O-Ringen konnte zwar der überkritische Lauf erreicht werden, da aber der Luftlagerspalt innerhalb des Schwingungsbereiches liegt und somit die Massenausgleichskräfte übertragen muß, konnten auch hierbei nicht die notwendigen Unwuchtmassen aufgenommen werden. The task now was to achieve an aerostatic bearing for the spinning rotor, which was supercritical Vibration range is running. After numerous attempts, it was found that this large bearing gaps (in the 1/10 mm range) are necessary, but this is extremely high Air consumption as a result, so that the energy costs are prohibitive. It was now after one Possibility sought, despite the narrow bearing gap (8-12 µm) a supercritical bearing of the spinning rotor to guarantee. By elastic suspension of the bearing rings (or bearing shells) in O-rings Although the supercritical run could be achieved, the air bearing gap within of the vibration range and must therefore transfer the mass balancing forces, the necessary unbalance masses could not be recorded here either.

Eine überkritische Aufhängung des Spinnrotors selbst in der aerostatisch gelagerten Welle wurde nun als letzte Möglichkeit in Betracht gezogen. Hierzu wurde der Spinnrotor an einem freischwingenden Fortsatz (z. B. Stange) aufgehängt, der von seinen Abmessungen so gestaltet war, daß ein Durchfahren der ersten Eigenschwingung (Schwingungsresonanz) schon bei relativ niedriger Drehzahl möglich war. Die Schwingungsausschläge beim Resonanzdurchfahren waren jedoch so groß, daß die aerostatische Lagerung überlastet wurde. Ein Lager am Ende des Fortsatzes mit genügend Spiel, um ein freies Schwingen des Fortsatzes im überkritischen Drehzahlbereich zu ermöglichen, brachte letztlich die Lösung des Problems (Anspruch 1). Dieses Lager tritt also erst dann in Funktion, wenn die Schwingungsausschläge am Ende des Fortsatzes mit Spinnrotor größer als das Spiel des Lagers sind. Sobald der Spinnrotor überkritisch läuft muß eine Berührung zwischen Lager und Fortsatz ausgeschlossen sein, dazu ist für das Lager mindestens das zweifache Lagerspiel der aerostatisch radialen Lagerung notwendig. Durch diese Aufhängung des Spinnrotors konnte neben dem Vorteil der gering verschleißenden Lagerung auch eine durch Unwuchtskräfte nicht überlastbare aerostatische Lagerung geschaffen werden.A supercritical suspension of the spinning rotor was found even in the aerostatically mounted shaft now considered as a last resort. For this purpose, the spinning rotor on a free-swinging Extension (e.g. rod) suspended, which is so designed from its dimensions was that driving through the first natural vibration (vibration resonance) was already relative low speed was possible. The vibration deflections when driving through the resonance were however, so large that the aerostatic storage was overloaded. A camp at the end of the Extension with enough play to allow the extension to swing freely in the supercritical speed range to enable, ultimately brought the solution to the problem (claim 1). This Bearing therefore only comes into operation when the vibration deflections at the end of the extension with spinning rotor are larger than the clearance of the bearing. As soon as the spinning rotor runs supercritically a contact between the bearing and the extension must be excluded, this is for the bearing at least twice the bearing clearance of the aerostatically radial bearing is necessary. Through this Suspension of the spinning rotor was able to take advantage of the low wear bearing aerostatic bearings that cannot be overloaded by unbalance forces are also created.

Um die Spindel in ihrer Länge zu kürzen und die Unwuchtskräfte, die vom Spinnrotor ausgehen näher an die aerostatische Lagerung heranzubringen, wird der schwingungsfreie Fortsatz größtenteils in eine zentrische Bohrung der aerostatisch gelagerten Welle untergebracht. Damit die erste Eigenschwingung des Fortsatzes bereits bei niedriger Drehzahl durchfahren werden kann, muß die Länge des Fortsatzes mindestens viermal so groß wie der kleinste Durchmesser des Fortsatzes sein. Da die zweite Eigenschwingung des Fortsatzes weit genug von der Betriebsdrehzahl entfernt sein muß, ist eine Durchmesserzunahme des Fortsatzes von der Befestigungsstelle aus zum Spinnrotor hin notwendig (Anspruch 2).To shorten the length of the spindle and the unbalance forces emanating from the spinning rotor The vibration-free extension becomes closer to the aerostatic bearing mostly housed in a central bore of the aerostatically mounted shaft. In order to the first natural vibration of the extension can be traversed at a low speed can, the length of the extension must be at least four times the smallest diameter of the extension. Because the second natural vibration of the extension is far enough from the operating speed must be removed is an increase in diameter of the extension from the attachment point out to the spinning rotor necessary (claim 2).

Ein weiteres Problem stellte die Befestigung des Fortsatzes im Bohrungsgrund der Welle dar. Zuerst wurde ein Gewinde eingesetzt, was bei längerem Betrieb durch die hohe dynamisch-wechselnde Beanspruchung ein Lockern durch Setzungserscheinungen im Gewinde zur Folge hatte. Eine Preßverbindung herzustellen war mit äußerst hohen Herstellungskosten verbunden, da die Prellung mit sehr engen Maßtoleranzen (5 bis 10 µm) hergestellt werden mußte, um ein Knicken des Fortsatzes durch zu hohe Einpreßkräfte zu verhindern.Another problem was the attachment of the extension in the bottom of the shaft. First, a thread was used, which is due to the high dynamic-changing during longer operation Stress results in loosening due to subsidence in the thread would have. Establishing a press connection was associated with extremely high manufacturing costs, since the bruise had to be made with very tight dimensional tolerances (5 to 10 µm) in order to Prevent the extension from buckling due to excessive press-in forces.

Indem entweder auf dem Fortsatz oder in der Welle ein Gewinde auf- bzw. eingebracht wurde, konnte erreicht werden, daß mit weiten Maßtoleranzen von 1/10 mm die Einpreßkraft immer noch in akzeptablen Grenzen liegt, ohne ein Knicken des Fortsatzes befürchten zu müssen (Anspruch 3). By threading either on the extension or in the shaft, could be achieved that with wide dimensional tolerances of 1/10 mm, the press-in force always is still within acceptable limits without fear of kinking the extension (Claim 3).

Auch bei der aerostatischen Lagerung muß ein Auswechseln des Spinnrotors gewährleistet sein. Deshalb wurde bei bisherigen Ausführungen eine lösbare Verbindung zwischen Welle und Spinnrotor hergestellt. Dies hat aber zur Folge, daß bei jedem Wechsel des Spinnrotors die Spindel neu gewuchtet werden muß, oder eine hochpräzise, teure Passung zwischen Welle und Spinnrotor eingerichtet werden muß (Toleranzfeldbreite 0,002 mm), weil bereits bei geringem exzentrischen Sitz des Spinnrotors die Umwuchtkraft die Grenzlast des aerostatischen Lagers übersteigt.A replacement of the spinning rotor must also be ensured for aerostatic storage. For this reason, a detachable connection between shaft and spinning rotor has been used in previous versions manufactured. However, this has the consequence that with each change of the spinning rotor the spindle must be rebalanced, or a high-precision, expensive fit between the shaft and spinning rotor must be set up (tolerance field width 0.002 mm) because even with a small eccentric Seat of the spinning rotor the balancing force exceeds the limit load of the aerostatic bearing.

Durch das Anbringen der lösbaren Verbindung am Ende des oben genannten Fortsatzes der aerostatisch gelagerten Welle, kann die Verbindung mit einer großzügigen Toleranz (0,05 mm) verwirklicht werden, da sie innerhalb des überkritischen Schwingungsbereiches liegt, der schon bei relativ niedriger Drehzahl erreicht wird.By attaching the detachable connection at the end of the above-mentioned extension aerostatically mounted shaft, the connection can be made with a generous tolerance (0.05 mm) be realized, since it lies within the supercritical vibration range, which already is achieved at a relatively low speed.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform der patentbeanspruchten aerostatischen Lagerung anhand der Zeichnung näher beschrieben.Below is an embodiment of the patented aerostatic bearing described in more detail with reference to the drawing.

Hier ist eine Welle 5 aerostatisch in einem Gehäuse 8 in axialer Richtung gelagert. Die Ausführungsformen von aerostatischen Lagern sind nach dem Stand der Technik bekannt. Die hier eingesetzte aerostatische Lagerung zeichnet sich vor allem durch den niedrigen Luftverbrauch aus, da die Abluft der radialen Lager noch in den axialen Lagern genutzt wird.Here, a shaft 5 is mounted aerostatically in a housing 8 in the axial direction. The embodiments of aerostatic bearings are known in the prior art. The aerostatic bearing used here is characterized above all by the low air consumption, since the exhaust air from the radial bearings is still used in the axial bearings.

Die Welle wird an einem Ende 7 über einen Tangentialriemen angetrieben. In der Welle 5 befindet sich eine zentrische Bohrung, in deren Grund ein Fortsatz 2 durch eine Preßverbindung befestigt ist. Der Fortsatz ist in Form einer Stange 2 ausgebildet, an deren Ende der Spinnrotor 1 durch eine Schraubverbindung angebracht ist. Die Preßverbindung 6 zwischen Stange 2 und Welle 5 wird dadurch hergestellt, daß sich entweder auf der Stange 2 oder in Bohrung der Welle 5 ein Gewinde befindet (das Preßmaß beträgt 0,2 bis 0,3 mm). Die Stange 2 nimmt in ihrem Durchmesser zum Spinnrotor 1 hin stufenweise zu. Der kleinste Durchmesser in der Nähe der Befestigungsstelle 6 zwischen Welle und Stange muß so groß gewählt werden, daß er die Antriebs- und Bremsmomente des Spinnrotors 1 mit ausreichender Sicherheit übertragen kann und so klein gewählt werden, daß die erste Eigenschwingung der Stange 2 schon bei relativ niedriger Drehzahl durchfahren werden kann (bei dieser Ausführung beträgt er 3 mm). Die Gesamtlänge der Stange 2 enthält in etwa 20mal das Maß des kleinsten Durchmessers. The shaft is driven at one end 7 via a tangential belt. In the shaft 5 there is a central bore, in the base of which an extension 2 is fastened by a press connection. The extension is in the form of a rod 2 , at the end of which the spinning rotor 1 is attached by a screw connection. The press connection 6 between the rod 2 and the shaft 5 is produced in that there is a thread either on the rod 2 or in the bore of the shaft 5 (the press dimension is 0.2 to 0.3 mm). The rod 2 increases gradually in diameter towards the spinning rotor 1 . The smallest diameter in the vicinity of the attachment point 6 between the shaft and the rod must be chosen so large that it can transmit the driving and braking torques of the spinning rotor 1 with sufficient certainty and be chosen so small that the first natural vibration of the rod 2 is already relatively low speed can be traversed (in this version it is 3 mm). The total length of the rod 2 contains about 20 times the dimension of the smallest diameter.

Am Ende der Stange, wo der Spinnrotor 1 angebracht ist, befindet sich ein zusätzliches radiales Lager 4 mit dem zwanzigfachen Lagerspiel 10 des aerostatischen radialen Lagers 11. Dieses Lager 4 ist hier als fettgeschmiertes Gleitlager ausgeführt. Ebenso kann ein Wälzlager mit genügend Lagerspiel eingesetzt werden. Um eine gute Dämpfung des Lagers beim Durchfahren der ersten Eigenschwingung zu erreichen, ist das Gleitlager 4 auf O-Ringen 3 im Gehäuse aufgehängt.At the end of the rod, where the spinning rotor 1 is attached, there is an additional radial bearing 4 with the twenty-fold bearing play 10 of the aerostatic radial bearing 11 . This bearing 4 is designed here as a grease-lubricated plain bearing. A rolling bearing with sufficient bearing play can also be used. In order to achieve good damping of the bearing when driving through the first natural vibration, the plain bearing 4 is suspended on O-rings 3 in the housing.

Da der Spinnrotor 1 wegen Verschleißes alle 10 000 Betriebsstunden ausgewechselt werden muß, ist es kein großer Aufwand, das fettgeschmierte und teilweise verschließende Gleitlager 4 mit auszuwechseln. Zum jetzigen Zeitpunkt können noch keine Aussagen über die wirklichen Standzeiten des Gleitlagers 4 gemacht werden.Since the spinning rotor 1 has to be replaced every 10,000 operating hours because of wear, it is not a great effort to replace the grease-lubricated and partially occluding slide bearing 4 . At this point in time, no statements can be made about the actual service life of the plain bearing 4 .

Die Spindel ist für eine Betriebsdrehzahl von 120 000 U/min ausgelegt. Die erste Eigenschwingung der Stange 2 wird bereits bei der Drehzahl 12 000 U/min durchfahren. Danach läuft der Spinnrotor im überkritischen Schwingungsbereich, d. h. die Massenkräfte im Spinnrotor sind stets ausgeglichen und die Kräfte auf die aerostatische Lagerung sind selbst bei großen Unwuchtsmassen gering. Bis zur Drehzahl 11 000 U/min läuft der Spinnrotor unterkritisch.The spindle is designed for an operating speed of 120,000 rpm. The first natural vibration of rod 2 is traversed at a speed of 12,000 rpm. The spinning rotor then runs in the supercritical vibration range, ie the mass forces in the spinning rotor are always balanced and the forces on the aerostatic bearing are low even with large unbalanced masses. The spinning rotor runs subcritically up to a speed of 11,000 rpm.

Claims

1. Spindle for the aerostatic mounting of an open-end spinning rotor, consisting of a rotating shaft which is mounted aerostatically in a housing in the axial and radial directions, characterized in that the shaft ( 5 ) has a freely oscillating extension ( 2 ), on one of which End of the spinning rotor ( 1 ) is attached and that the bearing of this extension ( 2 ) at the rotor end is carried out by a slide or roller bearing ( 4 ), this bearing ( 4 ) at least twice the bearing clearance ( 10 ) of the aerostatically radial Storage ( 11 ) has.

2. Bearing according to claim 1, characterized in that the shaft ( 5 ) comprises a central bore ( 6 ) in which the extension ( 2 ) is fastened and the diameter of the extension ( 2 ) increases towards the rotor-side end, the smallest Diameter of the extension to the total length of the extension has at least a ratio of 1: 4.

3. Bearing according to claim 2, characterized in that the extension ( 2 ) in the bore ( 6 ) is fastened by a press connection, wherein in each case only in the bore ( 6 ) or only on the portion of the extension ( 2 ), which a thread is pressed into the bore ( 6 ).

4. Bearing according to one of claims 1-3, characterized in that between the extension ( 2 ) of the shaft and the spinning rotor ( 1 ) there is a releasable connection which enables easy replacement of the spinning rotor.