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Kupplung für schnellaufende Vertikalmotoren, insbesondere zum Antrieb
von Spinntöpfen, " ZwirnspindeIn, Zentrifugen oder ähnlichen schnellaufenden Maschinenteilen
Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Einzelantriebe von Spinntöpfen, Zwirnspindeln,
Zentrifugen oder ähnlichen schnellaufenden Maschinenteilen mit horizontaler Rotationsebene.
Bei diesen Antrieben treten bekanntlich infolge der unvermeidlichen Unbalancen der
umlaufenden Körper große einseitige Lagerdrücke auf, wenn sich die Welle nicht durch
elastische Anordnung der Wellenlagerung in die Schwerpunktachse einstellen kann.
Eine derartige Lageranordnung bedingt aber stets eine besondere, von der normalen
Bauart abweichende Ausbildung des Antriebsmotors. Es ist bekannt, die elastische
Lagerung der Welle durch eine pendelartige Anordnung von Läufer und Welle zu ersetzen
und die infolge der Unbalancen auftretenden. Ausschläge der Welle dadurch zu begrenzen,
daß mit der Welle verbundene, umlaufende, zusätzliche Schwungmassen ein den Unbalancen
entgegenwirkendes Moment ausüben. Aber auch diese Anordnung erfordert eine besondere
Ausbildung des Antqiebsmotors. Es ist auch bekannt, beim Antrieb von Zentrifugen
starr gelagerte Wellen zu benutzen, welche durch elastische Zwischenglieder sowie
durch Gelenke mit der Spinntopf- oder Zentrifugentrommel verbunden sind, so daß
sich die Achse der letzteren gegen die der Welle neigen kann. Diese Antriebe arbeiten
abet nicht über den ganzen Geschwindigkeitsbereich einwandfrei. Werden nämlich die
elastischen Zwischenglieder für den Betrieb mit überkritischer Drehzahl bemessen,
so findet beim Durchgang durch die kritische Drehzahl keine genügende Dämpfung statt.
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Weiterhin sind Lageranordnungen von Spinntöpfen vorgeschlagen worden,
die ebenfalls mit elastischen Zwischengliedern arbeiten. Dabei ist die Welle der
Zentrifuge nicht starr gelagert, so daß sie sich so einstellen kann, daß alle mit
ihr umlaufenden Massen um eine freie Achse rotieren. Die Kupplung zwischen Spinntopf
und Motor ist dabei jedoch nicht als Schwungmasse ausgebildet.
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Die vorliegende Erfindung -vermeidet die Nachteile der bisher
bekanntgewordenen Anordnungen dadurch, daß die als Schwungmasse ausgebildete Kupplung
zwischen - der Antriebswelle und der den Spinntopf o. dgl. tragenden Welle durch
zwei nachgiebige Glieder verschiedener Stärke gedämpft wird, von denen beim Durchgang
durch die kritische Drehzahl beide und bei überkritischem Lauf nur das weichere
Glied wirksam sind. Außerdem ist die Kupplung noch so ausgebildet, daß ihre Schwungmassen
die Wirkung der elastischen Mittel unterstützen. Ausführungsbeispiele
dieser
Art -sind in der Zeichnung dargestellt.
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In Abb. z bedeutet e die starr gelagerte Motorwelle, welche das flanschartige
Kupplungsstück a trägt. Der Spinntopf bzw. die Zentrifugentrommel ist auf der Welle
g befestigt, die mit dem zweiten-Kupplungsstück f und d fest verbunden ist. Dieser
Kupplungsteil enthält vier Gummiringe b, c, m und n. Von diesen vier Gummiringen
sind die inneren, b und c, weicher als die äußeren, m und n. Die Abmessungen der
einzelnen Teile sind so gehalten, daß im zusammengebauten Zustand die Ringe b und
c eine gewisse Pressung erfahren und daß auch- außerdem die Kugel h eine kleine
Pressung erhält, damit ihre Funktion als Gelenk gewährleistet wird. Sofern die beiden
Achsen in einer Flucht liegen, besteht zwischen den freien Stirnflächen der Ringe
m und n und den freien Stirnflächen des Flansches a beiderseits ein kleiner
Abstand x bzw. y. Sobald nun die Wellen eine Drehzahl annehmen, die in Resonanz
miti der durch die Ringe b und c gegebenen Eigenschwingungszahl des abgefederten
Systems steht, wachsen deren Ausschläge so stark, daß einer der Luftspalte x oder
y verschwindet und der tellerförmige Teil der unteren Kupplungshälfte a. mit. der
einen Hälfte den Gummiring m und mit der .anderen Hälfte den Gummiring m berührt.
Diese Gummiringe m und m sind so hart, daß sie ein weiteres beträchtliches Ausschwingen
der äußeren Kupplungsteile f und d (und mit diesen aller umlaufenden -Massen,
die sich auf der oberen Spindel befinden) verhindern. Das System" hat jetzt bei
zunehmender Drehzahl eine zweite -kritische Drehzahl - zu durchlaufen, nämlich diejenige,
bei welcher Resonanz zwischen der Eigenschwingung .des abgefederten Systems durch
die Ringe m und n und der vorhandenen Drehzahl besteht. Die Härte der äußeren
Gummiringe m -und n ist so gewählt, daß diese zweite kritische Drehzahl ohne ein
beträchtliches Ausschwingen der Kupplungsteile f und d überwänden wird. Bei der
überkritischen normalen Betriebsdrehzahl heben sich die Stirnflächen des Flansches
a wieder von den harten- Gummiringen m-undn ab, so d'aß lediglich die Gummiringe
c und b in Funktion bleiben. Da diese verhältnismäßig weich sind, entstehen nur
geringe'LagerabdrÜcke, wodurch -die Maschine eine lange Lebensdauer erhält.
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Um möglichst kleine Pressungen des als elastisches Zwischenglied-
zwischen Träger-und Motorspindel dienenden Gummiringes zu erzielen, kann man auch
innerhalb der hohl ausgebildeten Motorspindel ein kugelartiges Gelenk zwischen Träger-
und Motorspindel anordnen, wobei die Pressungen des Gummiringes in radialer Richtung
erfolgen. Auch bei dieser Ausbildung können im wesentlichen normale Vertikalmotoren
mit normalen Einzelteilen verwendet werden. Nur die Motorwelle und das Antriebslagerschild
sind anormal.
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Abb.2 zeigt eine derartige Ausführung. Die Trägerspindel g ragt mit
einer Verlängerung in die hohe Motorwelle e. Die Verlängerung der Welle g besitzt
am Ende einen kegelförmigen Ansatz, der entweder mittelbar in einer entsprechenden
Pfanne der Welle e oder, wie in der Abbildung dargestellt, in einem elastischen
Mittel k beweglich gelagert ist. Die elastischen Glieder sind in diesem Falle zwischen
dem Kupplungsteil d und einer in der Hohlwelle e befestigten Buchse p angeordnet.
Sie wirken also in radialer Richtung. Der weichereGummiring m führt eine dauernde
federnde Abstützung der Trägerspindel zur Motorwelle e herbei. Der härtere Gummiring
c tritt erst dann in Funktion, wenn die Ausschläge der Spindel g so groß geworden
sind, daß der bei völlig ruhigem Lauf bestehende Abstand zwischen der Innenkante
des Gummiringes c und der Außenfläche des in der Motorwelle e festsitzenden
Teiles p überwunden wird, d. h. wenn diese genannten Flächen sich berühren. Da das
System zwei verschieden harte Gummiringe besitzt, die dem abgefederten Teil der
umlaufenden Massen zwei verschiedene Eigenschwingungszahlen geben, so besitzt der
Motor mithin auch zwei kritische Drehzahlen. Der Ausschlag der Trägerspindel, hervorgerufen
durch die erste kritische Drehzahl, wird durch den zweiten härteren Gummiring begrenzt.
Während des weiteren Teiles der Anlaufperiode, und zwar von der ersten bis zur zweiten
kritischen Drehzahl, wird sich der Ausschlag der Trägerspindel nur unwesentlich
vergrößern. In der zweiten kritischen Drehzahl tritt ein weiteres schnelles Ausschwingen
der Trägerspindel ein, das jedoch infolge der größeren Härte des zweiten Gummiringes'
einen bestimmten noch zulässigen Grenzwert nicht überschreiten kann. Beim danach
folgenden überkritischen, betriebsmäßigen Lauf geht der Ausschlag der Trägerspindel
dann auf einen kleinen Wert zurück, der unterhalb desjenigen Wertes liegt, der notwendig
ist, um den Luftspalt zu überbrücken. -Im übrigen ist; wie bei den bisher beschriebenen
Ausführungen, auch bei dieser Ausbildung darauf geachtet, daß die mit der Trägerspindel
- fest verbundenen, auf einem großen Umfang angeordneten Massen ein verhältnismäßig
hohes Schwungmoment in der Horizontalebene der Gummischeiben ergeben, um auch hierdurch
nach Möglichkeit ein zu weites
Ausschwingen der Trägerspindel bei
kritischem Lauf zu vermeiden.
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Der untere Stützpunkt i zwischen Trägerspindel und Motorwelle, der
in die hohl gebohrte Motorwelle hineingelegt ist, kann starr (beispielsweise als
Kugelgelenk) oder auch elastisch ausgebildet sein. Das Ausführungsbeispiel zeigt
eine elastische' Abstützung mittels eines Gummipfropfens k.