-
Lageranordnung, insbesondere bei Spinnzentrifugen Die Erfindung bezieht
sich auf eine Lageranordnung für vertikal angeordnete Wellen schnell laufender Elektromotoren,
insbesondere bei Spinnzentrifugen. Da es nicht möglich ist, die umlaufenden Teile
so genau auszuwuchten, wie es für eine starre Lagerung der Welle erforderlich wäre,
hat man die Welle derart gelagert, daß sie mehr oder weniger große Schwingungen
ausführen kann (Abb. z). Eine bekannte, vorteilhafte, schwingungsfähige Lagerung
der Wellen für Motoren, bei denen der Läufer unmittelbar auf der Welle angebracht
ist, besteht darin, daß ein Lager als elastisches Lager ausgebildet ist, und das
andere Lager als festes Pendellager in der geometrischen Mitte des Läufers angeordnet
ist. Hierbei kann der Luftspalt des Motors verhältnismäßig klein gehalten werden,
ohne daß bei den Schwingungsbewegungen: der Welle ein Streifen des Läufers am Stator
zu befürchten wäre.
-
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, diese bekannte Lageranordnung
weiter zu verbessern. Sie besteht darin, daß zwischen dem inneren Laufring des elastischen
Lagers und der Welle ein elastisches Zwischenglied mit großer Nachgiebigkeit angeordnet
ist, wobei der äußere Laufring dieses Lagers mittelbar oder unmittelbar durch elastische
Glieder von, geringerer Nachgiebigkeit abgestützt ist. Durch die Anwendung dieser
beiden Mittel wird ermöglicht, für Antriebe mit sehr hohen Drehzahlen einen außerordentlich
ruhigen Lauf zu erzielen, ohne daß durch zu große Beanspruchungen der elastischen
Zwischenglieder ein sicherer Dauerbetrieb in Frage gestellt wird. Bei der Anordnung
des elastischen Zwischengliedes zwischen dem inneren Laufring und der Welle läuft
das elastische Zwischenglied mit um. Hierdurch wird erreicht, daß unter Beibehaltung
der Schwingungsfähigkeit die Welle keine relative Bewegung zum elastischen Glied
ausführt, so daß Formänderungsarbeit und Abnutzung des elastischen Gliedes weitgehend
herabgesetzt werden. Zweckmäßig besteht das elastische Zwischenglied zwischen dem
inneren Laufring und der Welle aus einer schraubenförmig gewickelten Feder. Daß
durch die gekennzeichnete Anordnung von elastischen Zwischengliedern verschiedener
Nachgiebigkeit ein besonders ruhiger Lauf bei sehr hohen Drehzahlen erzielt wird,
ergibt sich aus folgender Überlegung.
-
Ein rotierender Körper läuft bei hoher Drehzahl bekanntlich dann am
ruhigsten, wenn seine Drehachse mit der Schwerpunktachse zusammenfällt. Am idealsten
ist diese Bedingung erfüllt bei einem vertikalen Kreisel, dessen Achse auf einer
Spitze läuft. Da die Achse oberhalb der Unterstützung keine Lagerung besitzt, so
können auch keine
Seitenkräfte auftreten, welche die freie Einstellung
der Achse beeinflussen. Praktisch ist aber eine solche Anordnung für maschinelle
Betriebe, wie z. B. Spinnzentrifugen, nicht brauchbar. Es muß hier eine doppelte
Lagerung der Welle vorgesehen werden. Um nun eine dem obigen Kreiselbeispiel in
weitem Maße nahekommende Anordnung zu erhalten, ist es notwendig, das obere Lager
mit einem nachgiebigen (elastischen) Zwischenglied zu versehen, welches eine freie
Einstellung der Achse innerhalb seiner Führung durch das Lager gestattet, ohne daß
wesentliche Seitendrücke auftreten. Diese Anordnung hat aber den \Tachteil, daß
beim Anlauf der Zentrifuge in der kritischen Drehzahl sehr große Ausschläge auftreten,
für welche man aus konstruktiven Gründen das Lager nicht vorsehen kann. Wird aber
der Ausschlag begrenzt, indem die Welle sich gegen die Wandung des Lagers legt,
so treten starke Erschütterungen und Lagerdrücke auf; die Welle hat außerdem keine
Möglichkeit, sich von ihrem Anschlag abzuheben und frei einzustellen, selbst wenn
die Drehzahl bereits so hoch ist, daß sie über der Schwingungsperiode liegt, welche
das System Feder-Masse besitzt. Man kann nun eine freie Einstellung erzwingen, indem
man vorübergehend die Welle durch eine äußere Führung in die Mittellage zurückbringt.
Die Welle läuft dann als freie Achse weiter. Praktisch ist aber eine solche Einrichtung
mit Schwierigkeiten verknüpft.
-
Die gleiche Wirkung wird aber erreicht, wenn man dem äußeren feststehenden
Teil der Zentrifuge bzw. des Lagers eine elastische Anordnung gibt, so daß diese
Teile schwingen können. Sobald die Welle sich beim Hochlaufen an den Lagerring legt,
wird die Wirkung der inneren Feder ausgeschaltet. Es tritt nun ein Mitschwingen
des äußeren Lagers bzw. des Motors auf; bei einer bestimmten Drehzahl wird die Welle
durch diese Schwingungen in die Mittellage zurückgeführt und von dem Lagerring abgehoben.
Sie läuft jetzt als freie Achse weiter, und auch die äußeren festen Teile bleiben
nahezu schwingungsfrei.
-
Es ist zwar bekannt, bei horizontal angeordneten Wellen, die mit hoher
Drehzahl betrieben werden, lediglich zwischen dem inneren Laufring des Lagers und
der Welle ein federndes Zwischenglied vorzusehen. Hierbei werden zwar auch starke
Beanspruchungen des elastischen Zwischengliedes vermieden, doch hat sich ergeben,
daß sich mit dieser Art der Lagerung ein ruhiger Lauf des Antriebes bei hohen Drehzahlen
nicht erzielen läßt. Dies wird erst durch die erfindungsgemäße Kombination von elastischen
Gliedern großer Nachgiebigkeit zwischen Weile und innerem Laufring und von elastischen
Gliedern geringerer Nachgiebigkeit zur Abstützung des äußeren Laufringes des Lagers
ermöglicht.
-
Es ist ferner bekannt, bei horizontal angeordneten Wellen von verhältnismäßig
langsam laufenden Maschinen, wie Waschmaschinen, Eisenbahn- und Straßenbahnmotoren,
zwischen dem inneren Ring eines Wälzlagers und der Welle elastische Zwischenglieder
vorzusehen, doch haben diese hierbei nur den Zweck, die starken in senkrechter Richtung
wirkenden Lagerdrücke abzufedern.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Abb. 2 zeigt die Ausbildung des elastischen Lagers, während Abb.3 einen Schnitt
durch eine mit diesem Lager ausgerüstete Spinnzentrifuge darstellt. Die vorteilhafte
Wirkungsweise dieser Anordnungen ist nachstehend an Hand der Abbildungen näher erläutert.
-
Die Welle a ist durch eine zylindrische, schraubenförmig gewickelte
Feder bin dem inneren Laufringe c eines Kugellagers abgestützt. Der äußere Laufring
d dieses Lagers wird durch ein Gummipolster e in dem Lagerschilde des Motors gehalten.
Die Nachgiebigkeit der Feder b gegen seitliche Drücke ist groß gegenüber derjenigen
des Gummipolsters. Beim Anlaufen der Zentrifuge legt sich die Weile a innerhalb
des elastischen Lagers infolge der in dem auf der Welle a sitzenden Spinntopf vorhandenen
Unbalancen seitlich fest an die Feder b und damit an den inneren Laufring c an.
Diese feste seitliche Anlage der Welle erfolgt schon bei sehr niedrigen Drehzahlen,
weil die Feder b eine große Nachgiebigkeit besitzt. Bei weiterer Drehzahlsteigerung
tritt nun das weniger nachgiebige Gummipolster e in Wirksamkeit und dämpft die von
der exzentrisch laufenden Welle verursachten Schwingungen. Nach dem Überschreiten
der kritischen Drehzahl stellt sich die Welle innerhalb des Ringes c und der Feder
b derart frei ein, daß der Schwerpunkt der umlaufenden Teile in der Drehachse liegt.
Infolge der großen Nachgiebigkeit der Feder, b liegt die kritische Drehzahl sehr
niedrig. Aus demselben Grunde sind die seitlichen Drücke, welche die sich einseitig
einstellende Welle auf das Lager ausübt, bei den hohen Drehzahlen sehr klein. Eine
Zentrifuge mit dieser Lageranordnung läuft daher noch bei Drehzahlen von mehr als
zo ooo in der Minute außerordentlich ruhig.
-
Um zu verhindern, daß der Läufer g (Abb. 3) des Antriebsmotors in
dem Stator h beim seitlichen Ausschwingen der Welle schleift, wird das untere Lager
i zweckmäßig in bekannter Weise in der geometrischen Mitte des Läufers angeordnet.
An
Stelle des Gummipolsters e um den äußeren Lagerring d läßt sich zur Erzielung der
gleichen Wirkung eine elastische Aufstellung des ganzen Antriebsmotors anwenden.
So ist beispielsweise in Abb. 3 das Motorgehäuse k mittels der Zwischenlagen l aus
Gummi aufgehängt.
-
Die Feder b kann in einer von der Zeichnung abweichenden Form aus
mehreren übereinanderliegenden, im entgegengesetzten Sinne gewickelten Windungen
bestehen oder auch durch ein anderes geeignetes elastisches Mittel ersetzt werden.