EP0109573A1 - Spindel zum Drehen, Zwirnen oder Umwinden von Garnen - Google Patents

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EP0109573A1
EP0109573A1 EP83110588A EP83110588A EP0109573A1 EP 0109573 A1 EP0109573 A1 EP 0109573A1 EP 83110588 A EP83110588 A EP 83110588A EP 83110588 A EP83110588 A EP 83110588A EP 0109573 A1 EP0109573 A1 EP 0109573A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
spindle
pot
yarn
rotating
casing
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP83110588A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Fritjof Dr.-Ing. Maag
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
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Priority claimed from DE19823239385 external-priority patent/DE3239385C1/de
Priority claimed from DE19833330275 external-priority patent/DE3330275A1/de
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01H—SPINNING OR TWISTING
    • D01H1/00—Spinning or twisting machines in which the product is wound-up continuously
    • D01H1/14—Details
    • D01H1/42—Guards or protectors for yarns or threads, e.g. separator plates, anti-ballooning devices
    • D01H1/427—Anti-ballooning cylinders, e.g. for two-for-one twist machine
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01H—SPINNING OR TWISTING
    • D01H4/00—Open-end spinning machines or arrangements for imparting twist to independently moving fibres separated from slivers; Piecing arrangements therefor; Covering endless core threads with fibres by open-end spinning techniques
    • D01H4/04—Open-end spinning machines or arrangements for imparting twist to independently moving fibres separated from slivers; Piecing arrangements therefor; Covering endless core threads with fibres by open-end spinning techniques imparting twist by contact of fibres with a running surface
    • D01H4/08—Rotor spinning, i.e. the running surface being provided by a rotor

Definitions

  • the invention relates to a spindle or a spindle rotor for turning, twisting or winding yarns, the spindle being firmly connected to a pot rotating therewith and arranged coaxially to the spindle axis, which in turn is at a short distance from a fixed jacket which is likewise arranged coaxially is surrounded.
  • a fiber sliver is drawn to the desired fineness and then rotated so high that there is sufficient stability of the fiber structure as a result of the higher friction caused by the rotation between the individual fibers.
  • This rotation is often obtained by winding the spun yarn onto a rapidly rotating winding body, the winding speed being very much lower than the peripheral speed of the winding body at the winding diameter.
  • the winding body can be constructed so that the yarn is wound to the largest winding diameter.
  • the sliver can also be broken down into individual fibers as in the OE spinning process, placed on the inner surface of a rotor, pulled out of the rotor while imparting rotation, and wound onto a spool as finished yarn.
  • the winding structure in a pot can advantageously be used for depositing filament yarn spun at very high speed.
  • the yarn twist that is inevitably achieved can be very low and is of subordinate importance.
  • Filament yarns can also be post-twisted to adapt their properties to the needs of the specific application.
  • the yarn is drawn off a standing bobbin, passed through its hollow axis, brought to the outside in a rapidly rotating spindle rotor and guided to the take-up bobbin in a balloon surrounding the standing bobbin.
  • the yarn receives two turns per revolution of the spindle rotor.
  • a first and a second yarn are drawn off from a standing bobbin when cabling.
  • the second yarn is passed through the hollow axis and a radial bore of the spindle rotor in a balloon around the standing bobbin with the first yarn and then the two yarns are brought together.
  • the second thread wraps around the first.
  • a bobbin wound with the yarn to be twisted is set in rapid rotation and the yarn is pulled off the bobbin overhead. It gets its twist.
  • a core yarn which can also be a fiber sliver
  • the core yarn is pulled through the hollow axis of a rapidly rotating spindle with a bobbin, on which the winding yarn is located, and is combined with it.
  • the wrapping yarn wraps around the core yarn.
  • the drive energy required for such systems is quite high compared to their production output.
  • the energy share in the manufacturing costs of yarns and twists is correspondingly large.
  • a yarn balloon is also often required to impart twists.
  • a yarn tensile force arises in the balloon, which increases with increasing speed and with increasing balloon dimensions. If these forces are too high, the yarn will be damaged or the yarn will break. The speed and dimensions of the coil are therefore limited.
  • the drive power of the pot of a spinning centrifuge can be significantly reduced by sheathing with a freely rotating or standing pot at a short distance.
  • the drive power is also lower if the diameter is reduced and the length is increased accordingly for the same pot volume, as is proposed in DE-PS 813 427 and 917 562.
  • DE-AS 11 36 251 mentions a pot rotating with the thread spool, which significantly reduces the influence of air friction and centrifugal force on the thread balloon.
  • DE-OS.18 13 801 describes a supply sink which is conical at its upper end in accordance with the balloon shape.
  • DE-OS 19 62 615 proposes shape the spindle rotor conically and thus accommodate part of the coil in the spindle rotor. In relation to the bobbin volume accommodated in the balloon, this results in a more stable balloon with less yarn tensile strength.
  • DE-GM 68 03 993 it is proposed to guide the yarn around the spindle in a guide channel and thereby to significantly shorten the balloon formation. With this measure, the yarn tensile forces in the balloon can be reduced. At the same time, however, energy consumption increases so much that the economic viability of this measure is in question.
  • the frictional power of a cylinder rotating freely in air becomes about a power of ten smaller if a laminar flow pattern can be achieved instead of the usually prevailing turbulent flow.
  • a laminar flow between two coaxial cylinders, of which the inner one rotates and the outer one is fixed assures itself if the Reynolds number is smaller than the critical Reynolds number (cf. Eck, Technical Fluid Dynamics, 3rd edition, page 113) . If the flow is not influenced by disturbing factors, a laminar flow can still be achieved even with significantly higher Reynolds numbers.
  • the height of the Reynolds number can be influenced by a fixed casing of the rotating cylinder. This is proportional to the width of the air gap between the two cylinders.
  • the level of frictional resistance in the gap between the two cylinders in addition to their relative speed, also depends on the width of the air gap.
  • the frictional resistance increases proportionally to the reciprocal of the gap width.
  • this optimal width of the air gap depends above all on the extent to which it is possible in terms of design to keep interference from the flow in the air gap. It is therefore not possible to specify a generally applicable dimension for the width of the air gap. Rather, it is necessary to determine this for a present construction by tests in which the dependency of the drive power on the spindle speed is measured. When changing from laminar to turbulent flow, the drive power increases suddenly. The width of the air gap must now be chosen so that this change occurs only above the operating speed.
  • Textile spindles are usually stored in a damped oscillating system. This is necessary in order to be able to absorb mass forces arising from an imbalance of the coil or the spindle. As a result of this With practical coil dimensions and spindle speeds, it is not possible for vibrations to make the air gap between pot and jacket so small that a laminar flow is formed in it.
  • the spindle with the rotating pot in a non-elastic manner in the standing jacket.
  • the standing jacket is elastically supported in the spindle bench by means of an attenuator so that the spindle cup and jacket form a system that is stable in itself but vibrates together when damped.
  • the gap width over the pot circumference must also be kept as constant as possible in space and time.
  • the laminar flow in the air gap can also be disturbed by vibrations between the pot and the jacket.
  • vibrations can arise from imbalance in the system consisting of spindle, coil and pot. These have a particularly negative effect if there is resonance between the natural frequency of this system and the orbital frequency. It is therefore advantageous to make the system so stiff that its natural frequency is higher than the operational rotational frequency.
  • Another possibility for reducing the tendency to vibrate is to make the air gap between the pot and the jacket so small in one or more narrow rings that they act as air bearings and thus radial forces can also be transmitted. This further increases the natural frequency of the system and additionally stabilizes the flow in the gap.
  • the spindle (4) is driven by the whirl (46) by a circumferential tangential belt (9).
  • the supply spool (2) is constructed as a cop in the laying winding and connected to the spindle in a rotationally fixed manner.
  • the yarn (1) to be twisted is drawn off over the head of the rotating supply spool and wound onto a spool (not shown).
  • the supply spool is surrounded by a balloon limiting pot (41) rotating with it, which is provided with a cover (42). This cover is shorter than the coil so that a balloon can form above it. The size of this balloon allows the desired thread tension to be set.
  • the balloon limitation top is surrounded by a fixed jacket (6) with the cover (61).
  • the mantle and pot are sealed against each other by means of a labyrinth seal, not shown.
  • the spindle and the pot are rotatably connected to one another by the casing via the bearing (7).
  • the jacket is surrounded by an attenuator (72) made of an elastomer and fastened elastically in the spindle bank (8) with the aid of the hinged prism (81).
  • FIG. 2 shows the embodiment of the spindle of a pot spinning machine.
  • the spindle cup (4) is driven by the tangential belt (9) via a whorl (46).
  • the yarn is from
  • a delivery plant which also e.g. the pair of output cylinders of a conventional drafting system can be fed to the spindle pot through an iridescent thread guide tube (14) and wound up in a Kötzerwick to the twist wrap (21) due to the centrifugal force on the sleeve (5).
  • the spinning safety can be increased by negative pressure in the thread guide tube.
  • the outer diameter of the sleeve (5) is smaller than the inner diameter of the spindle cup and the ratio of the modulus of elasticity to the specific weight is significantly less for the sleeve than for the pot.
  • the sleeve is therefore pressed against the pot under the action of centrifugal forces. When stopped, it reduces its diameter again and presses the yarn package together, so that it becomes more stable and can be removed from the pot with the sleeve.
  • the spindle cup is surrounded by a fixed casing (6) with a cover (61) and is rotatably fastened in the fixed casing by means of the bearing (7). Pot and jacket are sealed against each other so that none Air can be sucked through the bearing.
  • the jacket is surrounded by an attenuator (72) made of an elastomer and fastened in the spindle bank (8) with the hinged prism (81). The sleeve is positively connected to the pot via the driver (51).
  • FIG 3 shows the embodiment of a double-wire twisting spindle.
  • the folded and pre-twisted yarn (1) is pulled through the axis of the supply spool via a thread brake (12) and fed to the axial bore in the spindle rotor (4).
  • a nozzle (13) is attached therein, the diameter of which is only slightly larger than the yarn diameter. This means that the spindle rotor can only convey a little air through the yarn channel.
  • the stator (62) is adapted to the shape of the turntable and sealed against the shaft of the spindle rotor without contact. It has a cylindrical attachment (63).
  • This and the fixed casing (6) surround the balloon limiting pot (41) concentrically and at a short distance.
  • the fixed casing (6) is also sealed against the shaft of the spindle rotor in a contact-free manner and is designed to be somewhat longer than the balloon limiting pot itself.
  • the spindle rotor is rotatably mounted in the fixed casing and this is elastically connected to the spindle bench (8) via an damping member (72).
  • the spindle rotor is driven by a tangential belt, not shown, via a whorl.
  • the supply spool (2) is located in the stator (62), which in turn is rotatably connected to the spindle rotor (4) via the bearing (71) and which is prevented from rotating by magnets (M).
  • the balloon limiting pot (41) and the turntable (45) are made from a combination of glass and carbon fiber laminates and epoxy resin.
  • the cylindrical attachment (63) of the stator and the fixed jacket (6) are made of epoxy resin reinforced with glass fibers.
  • FIG. 4 shows the embodiment of an OE rotor according to the invention.
  • the OE rotor (4) is rotatably connected to the casing (6) by the bearing (7).
  • the rotor shaft and casing are sealed against each other without contact.
  • the part (64) covering the conical side of the OE rotor is detachably connected to the jacket.
  • the OE rotor is driven by a direct current motor (91), the rotor of which is attached to the rotor shaft and the stator to the fixed casing.
  • the fixed casing is elastically connected to the rotor box (82) by means of the damping member (72) in such a way that the OE rotor, DC motor and casing form a stable system which vibrates against the rotor box.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Antriebsleistung von Spindeln zum Drehen, Zwirnen oder Umwinden von Garnen, die aus der Spindel (4) bzw. dem Spindelrotor, einem mit der Spindel (4) fest verbundenen und mit ihr umlaufenden Topf (41), sowie einem den Topf (41) umgebenden feststehenden Mantel (6) bestehen, kann verringert werden, indem man vehindert, daß vom drehenden Topf (41) in dem Spalt zwischen ihm und dem feststehenden Mantel. (6) Luft gefördert wird.
Die Antriebsleistung wird weiter verringert, wenn die Spaltbreite zwischen rotierendem Topf (41) und feststehendem Mantel (6) so groß gewählt wird, daß bei Betriebsdrehzahl eben noch gesichert eine laminare Strömung im Luftspalt erreicht wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Spindel bzw. einen Spindelrotor zum Drehen, Zwirnen oder Umwinden von Garnen, wobei die Spindel fest mit einem mit ihr rotierenden, koaxial zur Spindelachse angeordneten Topf verbunden ist, der seinerseits von einem ebenfalls koaxial angeordneten, feststehenden Mantel in- geringem Abstand umgeben ist.
  • Zur Herstellung von Spinnfasergarnen wird ein Faserband auf die gewünschte Feinheit verzogen und dann so hoch gedreht, daß sich infolge der durch die Drehung bewirkten höheren Reibung zwischen den einzelnen Fasern eine ausreichende Stabilität des Faserverbandes ergibt.
  • Diese Drehung erhält man vielfach dadurch, daß das gesponnene Garn auf einen sich schnell drehenden Wikkelkörper aufgewunden wird, wobei die Aufwindegeschwindigkeit sehr viel geringer ist als die Umfangsgeschwindigkeit des Wickelkörpers am Aufwindedurchmesser. Der Wickelkörper kann dabei so aufgebaut sein, daß das Garn auf den jeweils größten Wickeldurchmesser aufgewunden wird. Es ist aber auch möglich, das Garn dabei in einen Topf abzulegen, wobei der Wickelaufbau von außen nach innen erfolgt.
  • Das Faserband kann aber auch wie beim OE-Spinnverfahren zu Einzelfasern aufgelöst, diese an der Innenfläche eines Rotors abgelegt, unter Drehungserteilung aus dem Rotor abgezogen und als fertiges Garn auf eine Spule aufgewunden werden.
  • Wie in der DE-OS 24 19 647 beschrieben, kann der Wikkelaufbau in einem Topf vorteihaft auch zum Ablegen von mit sehr hoher Geschwindigkeit gesponnenem,Filamentgarn verwendet werden. Die dabei zwangsläufig erreichte Garndrehung kann sehr niedrig sein und ist von-unterge--ordneter Bedeutung.
  • Zur optimalen Anwendung von Garnen kann es nützlich sein, mehrere Garne zusammenzufassen und gemeinsam zum Zwirn zu drehen. Es können auch Filamentgarne nachgezwirnt werden, um ihre Eigenschaften den Bedürfnissen der speziellen Anwendung anzupassen.
  • Zum Zwirnen werden verschiedene Verfahren angewandt. Beim Doppeldraht-Zwirnverfahren wird das Garn von einer stehenden Spule abgezogen, durch deren hohle Achse geführt, in einem schnell umlaufenden Spindelrotor nach außen gebracht und in einem, die stehende Spule umgebenden Ballon zur Aufnahmespule geführt. Pro Umdrehung des Spindelrotors erhält das Garn zwei Drehungen.
  • Ähnlich wird beim Kablieren ein erstes und ein zweites Garn jeweils von einer stehenden Spule abgezogen. Das zweite Garn wird durch die hohle Achse und eine radiale Bohrung des Spindelrotors geleitet in einem Ballon um die stehende Spule mit dem ersten Garn herumgeführt und dann beide Garne zusammengebracht. Dabei umwindet das zweite Garn das erste.
  • Beim Etagenzwirnverfahren wird eine mit dem zu zwirnenden Garn bewickelte Spule in schnelle Drehung versetzt und das Garn von der Spule über Kopf abgezogen. Dabei erhält es seine Zwirndrehung.
  • Neben diesen beiden Verfahren ist es auch bekannt, das Garn in einen umlaufenden Topf hinein oder aus ihm heraus zu zwirnen.
  • Weiter ist es möglich, ein Kerngarn, das auch eine Faserlunte sein kann, mit einem zweiten Garn zu umwinden. Dazu wird das Kerngarn durch die hohle Achse einer sich schnell drehenden Spindel mit einer Spule, auf der sich das Umwindungsgarn befindet, hindurchgezogen und mit diesem vereinigt. Dabei umwindet das Umwindungsgarn das Kerngarn.
  • Allen diesen Verfahren ist gemeinsam, daß dazu entweder eine Spindel mit dem Garnkörper, oder wie beim OE-Spinnen oder beim Doppeldraht-Zwirnen, ein Spindelrotor mit hoher Drehzahl in Umlauf gebracht werden muß. Zur Reduzierung des Bedienungsaufwandes sollte dabei der Garnkörper möglichst groß sein.
  • Die für derartige Systeme benötigte Antriebsenergie ist im Vergleich zu deren Produktionsleistung recht hoch. Entsprechend groß ist auch der Energieanteil an den Fertigungskosten von Garnen und Zwirnen. Dieser wird umso höher, je feiner das Garn und je höher dessen Drehung ist. Dies gilt in besonderem Maße für diejenigen Systeme, bei denen die Spule mit der Spindel rotiert, oder bei denen, wie beim Doppeldrall-Zwirnverfahren und beim Kablieren ein großer Ballon mit hoher Drehzahl umläuft.
  • Oft wird zur Drehungserteilung auch ein Garnballon benötigt. Infolge der Zentrifugalkräfte und des Luftwiderstandes entsteht im Ballon eine Garnzugkraft, die mit zunehmender Drehzahl und mit wachsenden Ballonabmessungen zunimmt. Werden diese Kräfte zu hoch, so kommt es zu Garnschädigungen oder Fadenbrüchen. Drehzahl und Abmessungen der Spule sind deshalb begrenzt.
  • Einer Erhöhung der Produktivität bei der Drehungserteilung stehen also neben dem technischen Problem der Lagerausbildung für höhere Drehzahlen auch technologische Schwierigkeiten und der höhere Energieverbrauch entgegen. Mit den steigenden Energiepreisen können Wirtschaftlichkeitsüberlegungen sogar Anlaß zu einer Reduzierung der Drehzahlen sein.
  • In Kenntnis dieser Zusammenhänge wurden eine Reihe von Maßnahmen zur Verringerung der Leistungsaufnahme der Spindel und der Garnzugkraft im Ballon vorgeschlagen.
  • So ist z.B. in der DE-AS 11 04 653 beschrieben, daß die Antriebsleistung des Topfes einer Spinnzentrifuge durch Ummanteln mit einem frei drehenden oder stehenden Topf in geringem Abstand wesentlich reduziert werden kann. Die Antriebsleistung wird auch geringer, wenn bei gleichem Topfvolumen der Durchmesser verringert und die Länge entsprechend erhöht wird, wie dies in den DE-PS 813 427 und 917 562 vorgeschlagen wird.
  • In DE-AS 11 36 251 wird ein mit der Zwirnspule umlaufender Topf erwähnt, der den Einfluß der Luftreibung und der Zentrifugalkraft auf den Fadenballon wesentlich verringert.
  • Die Kenntnis der Verringerung der Antriebsleistung eines rotierenden Zylinders durch einen diesen konzentrisch umgebenden, feststehenden Mantel, wird in DE-pS 23 10 002 auch für die spezielle Ausführung einer Zwirnspindel verwertet. Dabei wird weiterhin vorgeschlagen, zur Abführung von Staub und Faserflug in dem rotierenden Zylinder Luftschlitze anzubringen, damit staubhaltige Luft aus dem Zylinder in den Raum zwischen Zylinder und Mantel gelangen kann, und diese dort abzusaugen.
  • Für das Doppeldraht-Zwirnverfahren wurden zur Verringerung der Fadenzugkraft im Ballon und zur besseren Ausnutzung des Balloninnenraumes durch die Garnspule weitere Maßnahmen vorgeschlagen. So beschreibt die DE-OS.18 13 801 eine Vorlagespüle, die an ihrem oberen Ende entsprechend der Ballonform konisch ausgebildet ist. Ferner wird in der DE-OS 19 62 615 vorgeschlagen, den Spindelrotor konisch zu formen und so einen Teil der Spule im Spindelrotor unterzubringen. Bezogen auf das im Ballon untergebrachte Spulenvolumen erhält man damit einen stabileren Ballon mit geringerer Garnzugkraft.
  • Im DE-GM 68 03 993 wird vorgeschlagen, das Garn in einem Führungskanal um die Spindel herumzuführen und dadurch die Ballonausbildung wesentlich zu verkürzen. Mit dieser Maßnahme können die Garnzugkräfte im Ballon verringert werden. Gleichzeitig steigt jedoch der Energieverbrauch derart stark an, daß die Wirtschaftlichkeit dieser Maßnahme infrage steht.
  • Nach der DE-OS 29 52-283 wird der Garnballon von einem mit dem Spindelrotor'umlaufenden Topf aufgenommen; der beidseitig gelagert ist. Auch damit kann die Fadenzugkraft wesentlich verringert werden. Der Energieverbrauch nimmt aber eher noch stärker zu, als mit der oben beschriebenen Anordnung. In der Zusatzanmeldung DE-OS 30 23 073 wird versucht, den Luftreibungswiderstand des rotierenden Zylinders durch Ummantelung mit einem feststehenden Topf und einer Spaltbreite zwischen beiden von weniger als 5, vorzugsweise weniger als 2 mm zu verringern. Der Erfolg dieser Maßnahme wird mit 10% Einsparung angegeben und reicht deshalb nicht aus, um deren Wirtschaftlichkeit zu sichern.
  • Mit den bisher vorgeschlagenen Maßnahmen ist es zwar möglich, die einer Drehzahlerhöhung entgegenstehenden höheren Garnzugkräfte im Ballon zu vermeiden. Eine ausreichende Reduzierung der Leistungsaufnahme von Spindeln ist damit aber nicht möglich. Deshalb besteht in weiten Bereichen die wirtschaftliche Notwendigkeit, bei weiter steigenden Strompreisen die Produktivität der Drehungserteilungsverfahren zu reduzieren. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, Möglichkeiten aufzuzeigen, wie der Energiebedarf beim Drehen, Zwirnen oder Umwinden von Garnen weiter reduziert werden kann und wie damit die Wirtschaftlichkeit dieser Prozesse verbessert werden kann.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch Maßnahmen, wie sie in den Patentansprüchen beschrieben sind.
  • Es hat sich gezeigt, daß die für einen von einem feststehenden Mantel umgebenen Zylinder erforderliche Antriebsleistung verringert wird, wenn durch den Luftraum zwischen beiden keine Luft hindurchgefördert werden kann. Deshalb ist es zweckmäßig, den feststehenden Mantel gegen den Spindelschaft luftdicht abzuschließen und den rotierenden Topf für Luft undurchlässig zu gestalten. Wegen der meist sehr hohen Spindeldrehzahlen ist es dabei vorteilhaft, diese Abdichtung berührungsfrei, etwa als Labyrinthdichtung, vorzusehen.
  • Die Reibungsleistung eines in Luft frei drehenden Zylinders wird unter sonst gleichen Bedingungen etwa eine Zehnerpotenz kleiner, wenn anstelle der üblicherweise herrschenden turbulenten Strömung ein laminares Strömungsbild erreicht werden kann. Zwischen zwei koaxialen Zylindern, von denen der innere rotiert und der äußere feststeht, stellt sich dann gesichert eine laminare Strömung ein, wenn die Reynoldssche Zahl kleiner ist als die kritische Reynoldssche Zahl (vgl. Eck,Technische Strömungslehre, 3. Auflage, Seite 113). Wird die Strömung nicht durch Störfaktoren beeinflußt, so kann auch bei wesentlich höheren Reynoldsschen Zahlen noch eine laminare Strömung erreicht werden.-Durch eine feststehende Ummantelung des drehenden Zylinders kann die Höhe der Reynoldsschen Zahl beeinflußt werden. Diese ist dabei proportional zur Breite des Luftspaltes zwischen den beiden Zylindern.
  • Andererseits ist die Höhe des Reibungswiderstandes im Spalt zwischen den beiden Zylindern neben deren Relativgeschwindigkeit ebenfalls von der Breite des Luftspaltes abhängig. Der Reibungswiderstand wächst dabei proportional zum Kehrwert der Spaltbreite.
  • Die niedrigste Antriebsleistung für eine aus einem mitrotierenden Topf und einem diesen umgebenden feststehenden Mantel bestehende Spindel erhält man bei vorgegebenen Abmessungen und Drehzahlen deshalb dann, wenn die Breite des Luftspaltes zwischen Topf und Mantel so groß wird, daß sich eben noch gesichert eine laminare Strömungsform im gesamten Spalt einstellt.
  • Diese optimale Breite des Luftspaltes ist neben der Spindeldrehzahl und dem Topfdurchmesser vor allem davon abhängig, inwieweit es konstruktiv gelingt, Störungseinflüsse von der Strömung im Luftspalt fernzuhalten. Es ist deshalb nicht möglich, für die Breite des Luftspaltes ein allgemein gültiges Maß anzugeben. Vielmehr ist es notwendig, diese für eine vorliegende Konst'ruk- tion durch Versuche zu ermitteln, bei denen die Abhängigkeit der Antriebsleistung von der Spindeldrehzahl gemessen wird. Beim Umschlag von laminarer in turbulente Strömung erhöht sich die Antriebsleistung sprunghaft. Die Breite des Luftspaltes muß nun so gewählt werden, daß dieser Umschlag erst oberhalb der Betriebsdrehzahl erfolgt.
  • Textilspindeln sind in der Regel in einem abgedämpft schwingenden System gelagert. Dies ist notwendig, um durch eine Unwucht der Spule bzw. der Spindel entstehende Massenkräfte aufnehmen zu können.. Infolge dieser Schwingungen ist es bei praxisgerechten Spulenabmessungen und Spindeldrehzahlen nicht möglich, den Luftspalt zwischen Topf und Mantel so klein zu machen, daß sich darin eine laminare Strömung ausbildet.
  • Deshalb ist es vorteilhaft, die Spindel mit dem drehenden Topf im stehenden Mantel unelastisch zu lagern. Zur Aufnahme der Massenkräfte wird der stehende Mantel in der Spindelbank mittels eines Dämpfgliedes elastisch so gelagert, daß Spindel Topf und Mantel ein in sich stabiles, zusammen aber abgedämpft schwingendes System bilden.
  • Der Luftspalt zwischen Topf und Mantel kann umso größer werden, je weniger die Strömung im Spalt gestört wird. Deshalb muß auch die Spaltbreite über den Topfumfang räumlich und zeitlich möglichst konstant gehalten werden.
  • Eine konstante Spaltbreite ist nicht gegeben, wenn Topf oder Mantel unrund sind, wenn deren Achsen exzentrisch versetzt sind, sich schneiden oder auch, wenn der drehende Topf·unrund läuft. Es ist deshalb unbedingt notwendig, für derartige Abweichungen Mindesttoleranzen einzühalten. Diese müssen jeweils weniger als 1/10 mm betragen. Vorteilhaft ist es aber, sie kleiner als 1/100 mm zu halten.
  • Auch durch Schwingungen zwischen Topf und Mantel kann die laminare Strömung im Luftspalt gestört werden. Derartige Schwingungen können durch Unwucht in dem aus Spindel, Spule und Topf bestehenden System entstehen. Diese wirken sich besonders negativ aus, wenn Resonanz zwischen der Eigenfrequenz dieses Systems und der Umlauffrequenz eintritt. Deshalb ist es vorteilhaft, das System so steif auszuführen, daß dessen Eigenfrequenz höher als die betriebsmäßige Umlauffrequenz ist.
  • Durch Radialbelastungen, wie sie z.B. bei Änderungen der Spaltbreite durch die Strömung auftreten können, wird der Topf und der Mantel verformt und zu Schwingungen angeregt. Deshalb ist es vorteilhaft, Topf und Mantel so auszubilden, daß sie derartigen
  • Radialbelastungen einen möglichst hohen Widerstand entgegensetzen. Wegen der Gewichtsersparnis empfiehlt es sich, für den Topf z.B. mit Kohlefasern verstärkten Kunststoff zu verwenden.
  • Eine weitere Möglichkeit zur Verringerung der Schwingungsneigung besteht darin, in einem oder mehreren schmalen Ringen den Luftspalt zwischen Topf und Mantel so gering zu machen, daß diese als Luftlager wirken und damit auch radiale Kräfte übertragen werden können. Dadurch wird die Eigenfrequenz des Systems weiter erhöht und die Strömung im Spalt zusätzlich stabilisiert.
  • Anhand von Ausführungsbeispielen sei der Erfindungsgedanke noch näher erläutert:
    • Fig.1 zeigt das Ausführungsbeispiel einer Etagen-Zwirnspindel.
  • Die Spindel (4) wird über den Wirtel (46) von einem umlaufenden Tangentialriemen (9) angetrieben. Die Vorlagespule (2) ist als Kops in Verlegerwicklung aufgebaut und mit der Spindel drehfest verbunden. Das zu zwirnende Garn (1) wird über den Kopf der sich drehenden Vorlagespule abgezogen und auf eine nicht gezeigte Spule aufgewunden. Die Vorlagespule ist von einem mit ihr rotierenden Ballonbegrenzungstopf (41) umgeben, der mit einem Deckel (42) versehen ist. Dieser Deckel ist kürzer als die Spule, sodaß sich oberhalb desselben ein 'Ballon ausbilden kann. Durch die Größe dieses Ballons kann die gewünschte Fadenzugkraft eingestellt werden.
  • Der Ballonbegrenzungstopl' ist von einem feststehenden Mantel (6) mit dem Deckel (61) umgeben. Mantel und Topf sind mittels einer nicht gezeigten Labyrinthdichtung gegeneinander abgedichtet. Die Spindel und der Topf sind mit dem Mantel über das Lager (7) drehbar miteinander verbunden. In Höhe dieser Lagerung ist der Mantel mit einem Dämpfungsglied (72) aus einem Elastomer umgeben und mit Hilfe des aufklappbaren Prismas (81) in der Spindelbank (8) elastisch befestigt.
  • Fig.2 zeigt das Ausführungsbeispiel der Spindel einer Topfspinnmaschine.
  • Der Spindeltopf (4) wird über einen Wirtel (46) vom Tangentialriemen (9) angetrieben. Das Garn wird von
  • einem nicht dargestellten Lieferwerk, das auch z.B. das Ausgangszylinderpaar eines herkömmlichen Streckwerkes sein kann, durch ein changierendes Fadenführerrohr (14) dem Spindeltopf zugeführt und infolge der Zentrifugalkraft auf die Hülse (5) in einer Kötzerwicklung zum Zwirnwickel (21) aufgewunden. Durch Unterdruck im Fadenführerrohr kann die Spinnsicherheit erhöht werden.
  • Der Außendurchmesser der Hülse (5) ist kleiner als der Innendurchmesser des Spindeltopfes und das Verhältnis von Elastizitätsmodul zu spezifischem Gewicht ist bei der Hülse wesentlich geringer als beim Topf. Deshalb wird die Hülse unter der Einwirkung der Zentrifugalkräfte an den Topf gepreßt. Beim Stillsetzen verringert sie ihren Durchmesser wieder und preßt dabei den Garnwickel zusammen, sodaß dieser in sich stabiler wird und mit der Hülse aus dem Topf entnommen werden kann.
  • Der Spindeltopf ist von einem feststehenden Mantel (6) mit Deckel (61) umgeben und mittels des Lagers (7) in dem feststehenden Mantel drehbar befestigt. Topf und Mantel sind gegeneinander so abgedichtet, daß keine Luft durch das Lager hindurchgesAugt werden kann. In Höhe des Lagers ist der Mantel mit einem Dämpfungsglied (72) aus einem Elastomer umgeben und mit dem aufklappbaren Prisma (81) in der Spindelbank (8) befestigt. Die Hülse ist mit dem Topf über den Mitnehmer (51) formschlüssig verbunden.
  • Die Fig.3 zeigt das Ausführungsbeispiel einer Doppeldraht-Zwirnspindel.
  • Von der Vorlagespule (2). die in Parallelwicklung aufgebaut ist, wird das gefachte und vorgezwirnte Garn (1) über eine Fadenbremse (12) durch die Achse der Vorlagespule hindurchgezogen und der axialen Bohrung im Spindelrotor (4) zugeführt. Darin ist eine Düse (13) angebracht, deren Durchmesser nur wenig größer als der Garndurchmesser ist. So kann der Spindelrotor nur wenig Luft durch den Garnkanal fördern.
  • Durch die radiale Bohrung (43) gelangt das Garn in den Raum zwischen Drehteller (45) und Ballonbegrenzungstopf (41), der mit Spindelrotor und Drehteller umläuft. Der Stator (62) ist der Form des Drehtellers angepaßt und gegen den Schaft des Spindelrotors berührungsfrei abgedichtet. Er hat einen zylindrischen Aufsatz (63).
  • Dieser und der feststehende Mantel(6) umgeben den Ballonbegrenzungstopf (41) konzentrisch und in geringem Abstand. Der feststehende Mantel (6) ist ebenfalls gegen den Schaft des Spindelrotors berührungsfrei abgedichtet und etwas länger ausgeführt als der Ballonbegrenzungstopf selbst. Der Spindelrotor ist in dem feststehenden Mantel drehbar gelagert und dieser über ein Dämpfungsglied (72) mit der Spindelbank (8) elastisch verbunden. Der Spindelrotor wird·von einem nicht gezeigten Tangentialriemen über einen Wirtel angetrieben.
  • Die Vorlagespule (2) sitzt im Stator (62), der seinerseits über das Lager (71) drehbar mit dem Spindelrotor (4) verbunden ist und der von Magneten (M) am Drehen gehindert wird.
  • Der Ballonbegrenzungstopf (41) und der Drehteller (45) sind aus einer Kombination von Glas- und Kohlefaser-Laminaten und Epoxidharz hergestellt. Der zylindrische Aufsatz (63) des Stators und der feststehende Mantel (6) sind aus mit Glasfasern verstärktem Epoxidharz hergestellt.
  • Die Fig.4 zeigt das Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen OE-Rotors.
  • Der OE-Rotor (4) ist mit dem Mantel (6) durch das Lager (7) drehbar verbunden. Rotorschaft und Mantel sind berührungsfrei gegeneinander abgedichtet. Das die konische Seite des OE-Rotors abdeckende Teil (64) ist mit dem Mantel abnehmbar verbunden. Der Antrieb des OE-Rotors erfolgt durch einen Gleichstrommotor (91), dessen Rotor am Rotorschaft und dessen Stator am feststehenden 'Mantel befestigt ist. Der feststehende Mantel ist mit der Rotorbox (82) mittels des Dämpfungsgliedes (72) elastisch so verbunden, daß OE-Rotor, Gleichstrommotor und Mantel ein in sich stabiles, gegen die Rotorbox abgedämpft schwingendes System bilden.

Claims (6)

1. Spindel bzw. Spindelrotor zum Drehen, Zwirnen oder Umwinden von Garnen, wobei die Spindel fest mit einem mit ihr rotierenden, koaxial zur Spindelachse angeordneten Topf verbunden ist, der seinerseits von einem ebenfalls koaxial angeordneten, feststehenden Mantel in geringem Abstand umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß der feststehende Mantel gegen den Spindelschaft gegebenenfalls berührungsfrei abgedichtet und der rotierende Topf luftundurchlässig gestaltet ist, sodaß in dem -Spalt zwischen Topf und Mantel keine Luft gefördert werden kann.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt zwischen rotierendem Topf und feststehendem Mantel so bemessen wird, daß sich darin bei der Betriebsdrehzahl eben noch gesichert eine laminare Strömung einstellt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel und der rotierende Topf mit dem feststehenden Mantel drehbar verbunden sind und dieser seinerseits über ein Dämpfungsglied in der Spindelbank befestigt ist, sodaß Spindel, rotierender Topf und feststehender Mantel ein einheitliches, in sich stabiles, zusammen aber abgedämpft schwingendes System bilden.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugewandten Flächen von Topf und Mantel eine Feinstbearbeitung aufweisen und die Toleranzen für Exzentrizität und Rundlauf weniger als 1/10, vorzugsweise aber weniger als 1/100 mm betragen.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenfrequenz von Spindel mit Spule und Topf höher als die Umlauffrequenz bei Betriebsdrehzahl ist.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Topf zur Erhöhung des Widerstandes gegen Verformung in radialer Richtung aus mit Kohlefasern verstärktem Kunststoff hergestellt ist.
EP83110588A 1982-10-25 1983-10-24 Spindel zum Drehen, Zwirnen oder Umwinden von Garnen Withdrawn EP0109573A1 (de)

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