WO2017064613A1 - Spindelunterteil für spindeln einer ringspinnmaschine - Google Patents

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WO2017064613A1
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spindle
spindle lower
magnet
hollow cylinder
reinforced plastic
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Hanspeter KAPPELER
Rudolf Brand
Benedikt Ingold
Lukas ZIMMERMANN
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Maschinenfabrik Rieter AG
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Maschinenfabrik Rieter AG
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Definitions

  • the present invention relates to a spindle lower part for spindles of a ring spinning machine.
  • Ring spinning machines with single spindle drive as an alternative to tape drive have been known for some time, even if they could not prevail today in practice for various reasons compared to the conventional tape drive. Accordingly, there are numerous publications in this field, which inter alia with the drive concept, the bearing concept or with the attachment of such spindle units on the machine frame, d. H. deal with the spindle bank.
  • ring spinning machines to bespulende sleeves are held on spindle upper parts.
  • the drive belt usually wraps around a spindle lower part, wherein spindle upper part and lower spindle part are made in one piece and form the spindle.
  • each individual spindle is driven by a motor assigned to it.
  • DE 198 420 C1 discloses a single motor driven spindle.
  • the spindle is mounted on a shaft which simultaneously forms the motor axis.
  • the motor is designed as an external rotor motor.
  • the stator is rotatably held on the shaft and the rotor rotates, being taken through the rotor, a spindle top part via a coupling.
  • On the spindle upper part is the sleeve to bespulende is attached.
  • the spindle upper part is provided on the shaft with a bearing independent of the spindle lower part.
  • EP 1 156 141 A1 discloses a single-motor driven spindle in which the rotor is fastened to the spindle lower part.
  • the stator is firmly anchored to the spindle bank. This turns the motor shaft, which simultaneously represents the spindle lower part.
  • the spindle upper part is designed as an extension of the spindle lower part and serves as a receptacle for the sleeve to bespulende.
  • the spindle lower part is mounted below the motor in a bearing sleeve.
  • the CH 701 482 A2 a possible magnetic storage of a belt driven or single motor driven spindle can be seen.
  • the proposed therein storage includes a magnetic bearing in combination with a rolling bearing.
  • the invention has for its object to provide a spindle lower part, which allows a compact design and a reduced mass of the rotating components and a correspondingly simple storage energy savings in operation over conventional designs and a high level of user-friendliness.
  • a spindle lower part is proposed with a provided at one end of the spindle lower part receptacle for rotationally fixed a spindle top and a first magnet for a motor and a second magnet for a magnetic thrust bearing and a third magnet for a magnetic radial bearing.
  • the spindle lower part is designed as a cylinder-shaped hollow body produced by injection molding from a fiber-reinforced plastic having a longitudinal axis.
  • the magnets are arranged in the hollow body, wherein the first magnet in a first hollow cylinder and the third magnet in a second hollow cylinder rotatably held are.
  • the hollow cylinders are at least partially enclosed by the fiber-reinforced plastic, wherein a fiber-reinforced plastic facing surface of the hollow cylinder forms a permanent connection with the fiber-reinforced plastic.
  • the hollow cylinders are rotatably held in the hollow body.
  • the spindle lower part is placed in the ring spinning machine on a spindle foot which is rotatably attached to the spindle. On the spindle foot, the counterparts necessary for the motor and the magnetic bearings are applied. Since the spindle root is held against rotation, this forms the stator in the motor region and the spindle lower part is designed accordingly as a rotor. Since the first magnet for the motor forms the rotor and is held in a rotationally fixed manner via the first hollow cylinder in the hollow body of the spindle lower part, the entire spindle lower part is rotated by the motor. The motor is thus operated as a so-called external rotor motor in which the motor axis represents the stator and thus the stationary part of the engine.
  • the arrangement of the various bearings on the spindle root is arbitrary, and it has been shown that advantageously the thrust bearing is to be arranged on a, the receptacle for the spindle top opposite end of the spindle lower part.
  • a magnetic radial bearing is provided in this case between the engine and the thrust bearing.
  • the storage of the spindle lower part on the spindle root with a magnetic thrust bearing and also a magnetic radial bearing can be supplemented to improve the running properties advantageously by another radial bearing.
  • This radial bearing is advantageously not to be integrated in the spindle lower part, but mounted between the spindle top and the spindle root.
  • the radial bearing is provided in the spindle top and is also designed as a magnetic bearing.
  • the first hollow cylinder in which the magnet is held for the motor, formed from a magnetically conductive or ferromagnetic material.
  • the ferromagnetic material traps the magnetic field lines and limits the propagation of the magnetic field.
  • magnetic conductive materials are not austenitic steel alloys with a high content of iron, nickel or cobalt into consideration.
  • the magnet is pressed into the hollow cylinder and is thus held against rotation. To improve ribbing in the axial direction are conceivable, which mounted between the hollow cylinder and the magnet in mutually matching design on the magnet and the hollow cylinder.
  • the ribs of the hollow cylinder and the magnet engage with each other, resulting in an additional anti-rotation lock.
  • annular disc made of a magnetically non-conductive material is provided adjacent to the second magnet.
  • the annular disc is used for manufacturing technical need to keep the second magnet in a predetermined position.
  • the magnetically non-conductive material used may be, for example, aluminum or a plastic.
  • a plastic ring is held in the second hollow cylinder in addition to the second magnet.
  • This plastic ring is suitable as an emergency bearing and advantageously made of PA6, PTFE or POM. In the event of failure of the magnetic radial bearing contact with the spindle lower part is avoided by the emergency bearing with the spindle root. Also, the spindle lower part is held at standstill of the system by the emergency bearing in its axial position.
  • the plastic ring can be clamped in the hollow cylinder, for this purpose, the outer diameter of the plastic ring with a slight excess over the inner diameter of the hollow cylinder to manufacture.
  • at least one of the three magnets is formed from a plurality of magnetic elements.
  • a structure of the magnetic radial bearing of at least two magnetic elements has proven to be advantageous.
  • the two magnetic elements are arranged as rings in the axial direction next to each other and are held by the common hollow cylinder.
  • the use of a ferromagnetic material for the hollow cylinder of the radial bearing is not necessary with the use of multiple magnetic elements.
  • the hollow cylinder can, for example, bronze, aluminum or alloys thereof and from Plastic be formed.
  • the magnetic elements are held by pressing or gluing in the hollow cylinder.
  • the thrust bearing is advantageously provided as an active magnetic bearing. Due to the fact that a yarn is wound up in operation on a spinning sleeve placed on the spindle upper part, the axial load of the spindle lower part constantly changes. To take this fact into account, the axial magnetic bearing is designed as an active element. With an active thrust bearing it is possible to keep the axial position of the spindle lower part constant even with changing axial load. In order to enable control of the active axial bearing, the current position of the spindle lower part on the longitudinal axis must be determined. To determine the position or a deviation from a predetermined position, a distance sensor is used, which performs a measurement against a provided in the spindle lower part sensor plate.
  • eddy-current sensors or inductive sensors can be used as sensors.
  • a sensor plate made of steel is provided in the spindle lower part.
  • the sensor plate is annular and held by a permanent connection in the fiber-reinforced plastic of the spindle lower part.
  • the sensor plate is partially enclosed on at least three sides of the fiber-reinforced plastic and is held immovably in the spindle lower part.
  • a surface of the sensor plate facing the fiber-reinforced plastic of the spindle lower part is provided, for example, with a structure which promotes a connection of the steel to the plastic.
  • the surfaces of the hollow cylinder are provided with a structure for surface enlargement.
  • the structure can be formed by a ribbing, knurling or a simple roughening of the surface.
  • the surface enlargement serves to improve the connection of the hollow cylinder with the fiber-reinforced plastic and also to achieve an anti-rotation between fiber-reinforced plastic and the hollow body.
  • depressions in the direction of the longitudinal axis are provided in a wall of the hollow body, wherein the depressions are concentric with the Longitudinal axis arranged.
  • the recesses may be formed in the manufacture of the spindle lower part or introduced at a later date in the form of holes.
  • the recesses are uniformly distributed in the form of individual holes concentrically to the longitudinal axis. For example, an array of fifteen to eighteen wells having a diameter of 2 to 3 mm has proven sufficient.
  • the depressions serve the possibility of a center of gravity correction when balancing the spindle top part.
  • the exact concentricity of the spindle lower part itself, as well as with an attached spindle top part, is essential for reliable operation of a spinning station.
  • the recesses provided for this purpose can be filled in a balancing process if necessary with different materials to achieve an exact concentricity of the spindle top.
  • a depression in the form of an annular gap arranged concentrically to the longitudinal axis can also be provided.
  • the provided in the spindle lower part receptacle for the spindle upper part is formed in a preferred embodiment as a running in the longitudinal axis cylindrical opening.
  • the cylindrical opening preferably has a diameter of 17 to 18 mm over a length of 29 to 30 mm. These dimensions allow an attachment of spindle tops with today's usual diameters, wherein the diameter of a spindle top is matched to the dimensions of the réellesteckenden spin tubes.
  • Alternative embodiments of the receptacle are, for example, a receptacle formed with a polygonal cross-section or threaded. Such a shape would allow a rotationally secure attachment of the spindle top in the spindle lower part.
  • the spindle top part can be pressed into the spindle top part.
  • a safeguard against rotation can be achieved with a corresponding pressing operation, but can also be achieved in another known manner, such as, for example, gluing, welding, pinning or the like.
  • the spindle lower part is produced by injection molding from a fiber-reinforced plastic.
  • the reinforcement of the plastic is formed in a preferred embodiment by glass fibers, aramid fibers or carbon fibers. By adding the fibers, an increase in the strength and dimensional stability of the plastic mass is achieved, which contributes to the components held in the plastic such as hollow cylinder, ring disk, magnets and sensor plate are immovably integrated into the spindle lower part. Due to its mechanical and thermal properties and its suitability for processing in an injection molding process, a plastic material has proven to be a plastic material, for example polypropylene.
  • the spindle lower part To produce the spindle lower part, an injection molding process is used.
  • the hollow cylinders are held with the magnets held therein on a core and molded with a fiber-reinforced Kuststoffmasse.
  • the spindle lower part In the subsequent shaping, the spindle lower part is removed from the core and can be used without further post-processing.
  • This cost-effective method of manufacture allows true to scale production of the spindle lower parts with the simultaneous integration of the magnets and other components. Subsequent necessary complex assembly of the individual components by means of fasteners is unnecessary.
  • Figure 1 Schematic representation of a spindle of a ring spinning machine
  • FIG. 2 Schematic representation of an inventive spindle lower part in a longitudinal section
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a spindle 25 of a ring spinning machine.
  • Today's ring spinning machines are equipped with several hundred spinning stations, each spinning station being provided with a spindle 25.
  • the spindle 25 is composed of a spindle upper part 20 and a lower spindle part 1.
  • the upper spindle part 20 is rotatably fixed in the lower spindle part 1 in a designated would take 28 held.
  • the spindle lower part 1 which rotates with the spindle upper part 20 about a common longitudinal axis 5, is in turn rotatably mounted together with the spindle upper part 20 on a stationary spindle spindle 21 mounted on a spindle base 22.
  • the bearing of the spindle 25 via a magnetic thrust bearing 27 and two spaced radial bearings 26, 29.
  • the spindle rail 21 facing radial bearing 29 is designed as a magnetic radial bearing 29 and arranged in the spindle lower part.
  • the radial bearing 26 facing away from the spindle rail 21 can likewise be designed as a magnetic bearing and is arranged in the spindle upper part 20.
  • the drive of the spindle 25 is provided, with the rotatably anchored on the spindle root 22 stator 23 and built-in spindle base 1 rotor 24. A necessary enclosure of the rotating at high speed spindle lower part 1 is not here shown.
  • the spindle lower part 1 is made as a cylindrical hollow body 6 made of a fiber-reinforced plastic. Embedded in the hollow body 6 are necessary for the storage and the drive elements. By embedded is meant that the elements are partially surrounded by the fiber reinforced plastic and thereby held in place. In the manufacturing process, the elements are applied to a core corresponding to the inner contour of the spindle lower part 1 and then encapsulated with the fiber-reinforced plastic in an injection molding process.
  • a receptacle in the form of a cylindrical opening 16 is provided for a spindle upper part.
  • the cylindrical opening 16 has a length L of 29 mm to 30 mm a diameter D of 17 mm to 18 mm.
  • the sensor plate 13 is an annular disk made of steel, which is immovably integrated into the hollow body 6 of the spindle lower part 1.
  • the sensor plate 13 serves to determine the position of the spindle lower part 1 on the longitudinal axis 5 with respect to the spindle root and the spindle bank. With the help of this position determination, the regulation of an active magnetic axial allagers possible.
  • a first hollow cylinder 7 made of a ferromagnetic material is integrated, which holds the magnet 2 for the motor.
  • the hollow cylinder 7 with the magnet 2 form the rotor of the motor for driving the spindle lower part 1.
  • the longitudinal axis 5 facing away from the surface 9 of the hollow cylinder 7 is provided with a structure for surface enlargement. This contributes to a better connection and thus rotationally fixed anchoring of the hollow cylinder 7 in the hollow body 6.
  • a second magnet 3 is provided for a thrust bearing in the form of a ring in the hollow body 6. Adjacent to the magnet 3 on the side facing the magnet 2, an annular disk 11 consisting of a non-magnetically conductive material is installed. This annular disc 1 1 serves to hold the magnet 3 in the manufacturing process. Furthermore, a second hollow cylinder 8 is integrated in the hollow body 6. Analogous to the first hollow cylinder 7, the surface 9 of the second hollow cylinder 8 facing away from the longitudinal axis 5 is also provided with a structure for surface enlargement. This second hollow cylinder 8 carries two annular magnetic elements 4a, 4b, which together form the magnet 4 for a radial bearing.
  • the hollow cylinder 8 does not have to consist of a ferromagnetic material and merely serves to hold the annular magnetic elements 4a, 4b. Also held in the hollow cylinder 8 is a plastic ring 12. This serves as an emergency bearing, so that in case of failure of the magnetic radial bearing, the spindle lower part 1 does not or only slightly diverges from the longitudinal axis 5.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Spindelunterteil (1) für Spindeln einer Ringspinnmaschine mit einer an einem Ende des Spindelunterteils (1) vorgesehenen Aufnahme (28) zur drehfesten Halterung eines Spindeloberteils (20) und mit einem ersten Magnet (2) für einen Motor (23, 24) und einem zweiten Magnet (3) für ein magnetisches Axiallager (27) und einem dritten Magnet (4) für ein magnetisches Radiallager (26). Das Spindelunterteil (1) ist als ein im Spritzgussverfahren hergestellter zylinderförmiger Hohlkörper (6) aus einem faserverstärkten Kunststoff mit einer Längsachse (5) ausgebildet und die Magnete (2, 3, 4) sind im Hohlkörper (6) angeordnet. Der erste Magnet (2) ist in einem ersten Hohlzylinder (7) und der dritte Magnet ist in einem zweiten Hohlzylinder (8) drehfest gehalten Die Hohlzylinder (7, 8) sind zumindest teilweise vom faserverstärkten Kunststoff umschlossen, wobei eine dem faserverstärkten Kunststoff zugewandte Oberfläche (9, 10) der Hohlzylinder (7, 8) mit dem faserverstärkten Kunststoff eine unlösbare Verbindung ausbildet und dadurch die Hohlzylinder (7, 8) drehfest im Hohlkörper (6) gehalten sind.

Description

Spindelunterteil für Spindeln einer Ringspinnmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spindelunterteil für Spindeln einer Ringspinnmaschine.
Ringspinnmaschinen mit Einzelspindelantrieb als Alternative zum Bandantrieb sind schon seit längerer Zeit bekannt, auch wenn sich diese bis heute in der Praxis aus verschiedenen Gründen gegenüber dem herkömmlichen Bandantrieb noch nicht durchsetzen konnten. Dementsprechend existieren zahlreiche Publikationen auf diesem Gebiet, welche sich unter anderem mit dem Antriebskonzept, dem Lagerkonzept oder mit der Befestigung solcher Spindelaggregate am Maschinengestell, d. h. an der Spindelbank befassen. In Ringspinnmaschinen werden zu bespulende Hülsen auf Spindeloberteilen gehalten. Bei einem Bandantrieb werden mehrere Spindeln über einen gemeinsamen Antriebsriemen in Drehung versetzt. Dabei umschlingt der Antriebsriemen meist einen Spindelunterteil, wobei Spindeloberteil und Spindelunterteil einstückig ausgeführt sind und die Spindel bilden. Bei einem Einzelspindelantrieb wird jede einzelne Spindel durch einen ihr zugewiesenen Motor angetrieben.
Beispielsweise offenbart die DE 198 420 C1 eine einzelmotorisch angetriebene Spindel. Dabei ist die Spindel auf einem Schaft gelagert, welcher gleichzeitig die Motorachse bildet. Der Motor ist als ein Aussenläufermotor ausgebildet. Der Stator ist dabei drehfest auf dem Schaft gehalten und der Rotor dreht, wobei durch den Rotor ein Spindeloberteil über eine Kupplung mitgenommen wird. Auf dem Spindeloberteil ist die zu bespulende Hülse befestigt ist. Das Spindeloberteil ist auf dem Schaft mit einer vom Spindelunterteil unabhängigen Lagerung versehen.
Die EP 1 156 141 A1 hingegen offenbart eine einzelmotorisch angetriebene Spindel, bei welcher der Rotor am Spindelunterteil befestigt ist. Der Stator ist an der Spindelbank drehfest verankert. Damit dreht die Motorwelle, die gleichzeitig den Spindelunterteil darstellt. Der Spindeloberteil ist als Verlängerung des Spindelunterteils ausgeführt und dient als Aufnahme für die zu bespulende Hülse. Die Lagerung des Spindelunterteils erfolgt unterhalb des Motors in einer Lagerhülse. Weiter ist der CH 701 482 A2 eine mögliche Magnetlagerung einer bandgetriebenen oder einzelmotorisch getriebenen Spindel zu entnehmen. Die darin vorgeschlagene Lagerung umfasst ein Magnetlager in Kombination mit einem Wälzlager. Auch die in der CH 701 482 A2 offenbarte Ausführung der Spindel zeigt einen in Lagern gehaltenen Spindelunterteil, welcher in einen Spindeloberteil übergeht, dabei bilden Spindelunterteil und Spindeloberteil zwei Teilbereiche einer Spindel.
Die zahlreich bekannten Konzepte der einzelmotorisch angetriebenen Spindeln von Ringspinnmaschinen sind jedoch mit verschiedenen Mängeln behaftet, so dass deren wirtschaftliche Umsetzung bis anhin fehlgeschlagen ist. Nachteilig an den bekannten Ausführungen ist die aufwändige Konstruktion von Motor und Spindelunterteil in Verbindung mit dem Spindeloberteil und die dadurch bedingte Lagerung der drehenden Bauteile. Ebenfalls ergibt sich durch die aufwändige Konstruktion ein erhöhter Wartungsaufwand und ein grosser Platzbedarf für die einzelnen Spindeln, was sich negativ auf die Bedienerfreundlichkeit auswirkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spindelunterteil vorzuschlagen, welcher durch eine kompakte Bauart und eine reduzierte Masse der sich drehenden Bauteile und einer entsprechend einfachen Lagerung eine Energieeinsparung im Betrieb gegenüber herkömmlichen Konstruktionen und eine hohe Bedienerfreundlichkeit ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil der unabhängigen Ansprüche.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Spindelunterteil vorgeschlagen mit einer an einem Ende des Spindelunterteils vorgesehenen Aufnahme zur drehfesten Halterung eines Spindeloberteils und einem ersten Magnet für einen Motor und einem zweiten Magnet für ein magnetisches Axiallager und einem dritten Magnet für ein magnetisches Radiallager. Das Spindelunterteil ist als ein im Spritzgussverfahren hergestellter zylinderförmi- ger Hohlkörper aus einem faserverstärkten Kunststoff mit einer Längsachse ausgebildet. Die Magnete sind im Hohlkörper angeordnet, wobei der erste Magnet in einem ersten Hohlzylinder und der dritte Magnet in einem zweiten Hohlzylinder drehfest gehalten sind. Die Hohlzylinder sind zumindest teilweise vom faserverstärkten Kunststoff umschlossen, wobei eine dem faserverstärkten Kunststoff zugewandte Oberfläche der Hohlzylinder mit dem faserverstärkten Kunststoff eine unlösbare Verbindung ausbildet. Dadurch sind die Hohlzylinder drehfest im Hohlkörper gehalten.
Das Spindelunterteil wird in der Ringspinnmaschine auf einen Spindelfuss aufgesetzt, welcher an der Spindelbank drehfest befestigt ist. Auf dem Spindelfuss sind die für den Motor und die magnetischen Lagerungen notwendigen Gegenstücke aufgebracht. Da der Spindelfuss drehfest gehalten ist, bildet dieser im Motorbereich den Stator und das Spindelunterteil ist entsprechend als Rotor ausgebildet. Da der erste Magnet für den Motor den Rotor bildet und drehfest über den ersten Hohlzylinder im Hohlkörper des Spindelunterteils gehalten ist, wird das gesamte Spindelunterteil durch den Motor in Drehung versetzt. Der Motor wird damit als ein sogenannter Aussenläufermotor betrieben, bei welchem die Motorenachse den Stator und damit den ruhenden Teil des Mo- tors darstellt.
Die Anordnung der verschiedenen Lagerungen auf dem Spindelfuss ist beliebig, wobei es sich gezeigt hat, dass vorteilhafterweise das Axiallager an einem, der Aufnahme für das Spindeloberteil entgegengesetzten, Ende des Spindelunterteils anzuordnen ist. Ein magnetisches Radiallager ist in diesem Fall zwischen dem Motor und dem Axiallager vorgesehen. Die Lagerung des Spindelunterteils auf dem Spindelfuss mit einem magnetischen Axiallager und einem ebenfalls magnetischen Radiallager kann zur Verbessrung der Laufeigenschaften vorteilhafterweise durch ein weiteres Radiallager ergänzt werden. Dieses Radiallager ist vorteilhafterweise nicht in das Spindelunterteil zu integrie- ren, sondern zwischen dem Spindeloberteil und dem Spindelfuss angebracht. Vorteilhafterweise wird das Radiallager im Spindeloberteil vorgesehen und ist ebenfalls als ein Magnetlager ausgeführt.
In einer bevorzugten Ausführung ist der erste Hohlzylinder, in welchem der Magnet für den Motor gehalten ist, aus einem magnetisch leitenden respektive ferromagnetischen Werkstoff gebildet. Durch den ferromagnetischen Werkstoff werden die magnetischen Feldlinien gefangen und eine Ausbreitung des Magnetfeldes begrenzt. Als magnetisch leitfähige Werkstoffe kommen nicht austenitische Stahllegierungen mit einem hohen Anteil an Eisen, Nickel oder Kobalt in Betracht. Der Magnet ist in den Hohlzylinder ein- gepresst und wird dadurch drehfest gehalten. Zur Verbesserung sind auch Verrippun- gen in axialer Richtung denkbar, welche zwischen dem Hohlzylinder und dem Magnet in wechselseitig passender Ausführung am Magnet und Hohlzylinder angebracht. Die Ver- rippungen von Hohlzylinder und Magnet greifen ineinander und ergeben dadurch eine zusätzliche Verdrehsicherung.
In einer weiteren Ausführung ist angrenzend an den zweiten Magneten eine Ringscheibe aus einem magnetisch nicht leitenden Werkstoff vorgesehen ist. Die Ringscheibe dient der fertigungstechnischen Notwendigkeit den zweiten Magneten in einer vorgegebenen Position zu halten. Der verwendete magnetisch nicht leitende Werkstoff kann beispielsweise Aluminium oder ein Kunststoff sein. Bevorzugterweise ist im zweiten Hohlzylinder neben dem zweiten Magneten ein Kunststoffring gehalten. Dieser Kunststoff ring ist als Notlauflager geeignet und vorteilhafterweise aus PA6, PTFE oder POM gefertigt. Im Falle eines Versagens des magnetischen Radiallagers wird durch das Notlauflager eine Berührung des Spindelunterteils mit dem Spindelfuss vermieden. Auch wird das Spindelunterteil bei Stillstand der Anlage durch das Notlauflager in seiner axialen Position gehalten. Der Kunststoffring kann in den Hohlzylinder geklemmt werden, dazu ist der Aussendurchmesser des Kunststoffrings mit einem leichten Übermass gegenüber dem Innendurchmesser des Hohlzylinders zu fertigen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest einer der drei Magneten aus mehreren Magnetelementen gebildet. Für die Stabilität der Lagerung hat sich ein Aufbau des magnetischen Radiallagers aus zumindest zwei Magnetelementen als vorteilhaft erwiesen. Die beiden Magnetelemente sind dabei als Ringe in Achsrichtung nebeneinander angeordnet und werden durch den gemeinsamen Hohlzylinder gehalten. Die Verwendung eines ferromagnetischen Werkstoffes für den Hohlzylinder des Radiallagers ist mit dem Einsatz von mehreren Magnetelementen nicht notwendig. Der Hohlzylinder kann beispielsweise aus Bronze, Aluminium oder Legierungen davon sowie aus Kunststoff gebildet sein. Die Magnetelemente werden durch Einpressen oder Einkleben im Hohlzylinder gehalten.
Das Axiallager ist vorteilhafterweise als ein aktives Magnetlager vorgesehen. Bedingt dadurch, dass im Betrieb auf eine auf dem Spindeloberteil aufgesetzte Spinnhülse ein Garn aufgewickelt wird, verändert sich die axiale Belastung des Spindelunterteils ständig. Um diesem Umstand Rechnung zu tragen wird das axiale Magnetlager als aktives Element ausgeführt. Mit einem aktiven Axiallager gelingt es die axiale Position des Spindelunterteils auch bei wechselnder axialer Belastung konstant zu halten. Um eine Regelung des aktiven Axiallagers zu ermöglichen muss die aktuelle Position des Spindelunterteils auf der Längsachse bestimmt werden. Zur Bestimmung der Position respektive einer Abweichung von einer vorgegebenen Position wird ein Abstandssensor verwendet, welcher eine Messung gegen eine im Spindelunterteil vorgesehene Sensorplatte vornimmt. Als Sensoren können dabei beispielsweise Wirbelstromsensoren oder induktive Sensoren zur Anwendung kommen. Im Spindelunterteil ist eine Sensorplatte aus Stahl vorgesehen. Die Sensorplatte ist ringförmig und durch eine unlösbare Verbindung im faserverstärkten Kunststoff des Spindelunterteils gehalten. Hierzu ist die Sensorplatte auf mindestens drei Seiten teilweise vom faserverstärkten Kunststoff umschlossen und ist so unverrückbar im Spindelunterteil gehalten. Eine dem faserverstärk- ten Kunststoff des Spindelunterteils zugewandte Oberfläche der Sensorplatte ist beispielsweise mit einer Struktur versehen, welche eine Verbindung des Stahls mit dem Kunststoff fördert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind die Oberflächen der Hohlzylinder mit einer Struktur zur Oberflächenvergrösserung versehen. Die Struktur kann durch eine Verrippung, Rändelung oder eine einfache Aufrauhung der Oberfläche gebildet werden. Die Oberflächenvergrösserung dient dazu die Verbindung des Hohlzylinders mit dem faserverstärkten Kunststoff zu verbessern und auch eine Verdrehsicherung zwischen faserverstärktem Kunststoff und dem Hohlkörper zu erreichen.
In einer bevorzugten Ausführung sind in einer Wandung des Hohlkörpers Vertiefungen in Richtung der Längsachse vorgesehen sind, wobei die Vertiefungen konzentrisch zur Längsachse angeordnet. Die Vertiefungen können bei der Herstellung des Spindelunterteils angeformt sein oder in einem späteren Zeitpunkt in Form von Bohrungen eingebracht werden. Dabei sind die Vertiefungen in Form von einzelnen Löchern gleichmäs- sig konzentrisch zur Längsachse verteilt. Beispielsweise hat sich eine Anordnung von fünfzehn bis achtzehn Vertiefungen mit einem Durchmesser von 2 bis 3 mm als ausreichend erwiesen. Die Vertiefungen dienen der Möglichkeit einer Schwerpunktskorrektur bei einer Auswuchtung des Spindeloberteils. Der exakte Rundlauf des Spindelunterteils selbst wie auch bei aufgesetztem Spindeloberteil ist für einen zuverlässigen Betrieb einer Spinnstelle wesentlich. Daher muss eine Möglichkeit bestehen eine sich aus der Herstellung ergebende Unwucht durch Korrekturen am fertigen Bauteil zu korrigieren. Die hierzu vorgesehenen Vertiefungen können in einem Auswuchtprozess wenn nötig mit verschiedenen Materialen befüllt werden um einen exakten Rundlauf des Spindeloberteils zu erreichen.
Alternativ zu einer bestimmten Anzahl von einzelnen Vertiefungen kann auch eine Ver- tiefung in Form eines konzentrisch zur Längsachse angeordneten Ringspaltes vorgesehen sein.
Die im Spindelunterteil vorgesehene Aufnahme für das Spindeloberteil ist in einer bevorzugten Ausführung als eine in der Längsachse verlaufende zylindrische Öffnung ausgebildet. Die zylindrische Öffnung hat bevorzugterweise einen Durchmesser von 17 bis 18 mm auf einer Länge von 29 bis 30 mm. Diese Abmessungen ermöglichen eine Befestigung von Spindeloberteilen mit heute üblichen Durchmessern, wobei der Durchmesser eines Spindeloberteils auf die Dimensionen der darauf aufzusteckenden Spinnhülsen abgestimmt ist. Alternative Ausführungen der Aufnahme sind beispielswei- se eine mit einem vieleckigen Querschnitt geformte oder mit einem Gewinde versehene Aufnahme. Auch eine derartige Form würde eine verdrehsichere Befestigung des Spindeloberteils im Spindelunterteil ermöglichen.
Das Spindeloberteil kann in das Spindeloberteil eingepresst sein. Eine Sicherung gegen Verdrehen kann mit einem entsprechenden Pressvorgang erreicht werden, jedoch auch auf eine andere bekannte Art erreicht werden, wie beispielsweise ein Verkleben, Ver- schweissen, Verstiften oder Ähnliches. Das Spindelunterteil wird in einem Spritzgussverfahren aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt. Die Verstärkung des Kunststoffes ist in einer bevorzugten Ausführung durch Glasfasern, Aramidfasern oder Karbonfasern gebildet. Durch die Beigabe der Fasern wird eine Erhöhung der Festigkeit und Formstabilität der Kunststoffmasse erreicht, was dazu beiträgt, dass die im Kunststoff gehaltenen Bauteile wie Hohlzylinder, Ringscheibe, Magnete und Sensorplatte unverrückbar in das Spindelunterteil eingebunden sind. Als Kunststoff hat sich aufgrund seiner mechanischen und thermischen Eigenschaften bei einer guten Eignung zur Verarbeitung in einem Spritzgussverfahren ein thermoplastischer Kunststoff als zu bevorzugendes Material herausgestellt, wie bei- spielsweise Polypropylen.
Zur Herstellung des Spindelunterteils kommt ein Spritzgussverfahren zur Anwendung. Dabei werden die Hohlzylinder mit den darin gehaltenen Magneten auf einen Kern aufgebracht und mit einer faserverstärkten Kuststoffmasse umspritzt. Bei der anschliessenden Ausformung wird das Spindelunterteil vom Kern abgezogen und ist ohne weitere Nachbearbeitung verwendbar. Diese kostengünstige Art der Herstellung ermöglicht eine massgetreue Fertigung der Spindelunterteile mit der gleichzeitigen Einbindung der Magnete und weiterer Bauteile. Ein im Nachgang notwendiger aufwändiger Zusammenbau der einzelnen Bauteile mit Hilfe von Befestigungsmitteln erübrigt sich.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer beispielhaften Ausführungsform erklärt und durch Zeichnungen näher erläutert.
Figur 1 Schematische Darstellung einer Spindel einer Ringspinnmaschine
Figur 2 Schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Spindelunterteils in einem Längsschnitt
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Spindel 25 einer Ringspinnmaschine. Ringspinnmaschinen heutiger Bauart sind mit mehreren hundert Spinnstellen ausgerüs- tet, wobei jede einzelne Spinnstelle mit einer Spindel 25 versehen ist. Die Spindel 25 setzt sich zusammen aus einem Spindeloberteil 20 und einem Spindelunterteil 1 . Das Spindeloberteil 20 ist drehfest im Spindelunterteil 1 in einer dafür vorgesehenen Auf- nähme 28 gehalten. Das Spindelunterteil 1 , welches mit dem Spindeloberteil 20 um eine gemeinsame Längsachse 5 rotiert, ist gemeinsam mit dem Spindeloberteil 20 wiederum drehbar auf einem ortsfest auf einer Spindelbank 21 angebrachten Spindelfuss 22 gelagert. Die Lagerung der Spindel 25 erfolgt über ein magnetisches Axiallager 27 und zwei beabstandete Radiallager 26, 29. Dabei ist zumindest das der Spindelbank 21 zugewandte Radiallager 29 als ein magnetisches Radiallager 29 ausgeführt und im Spindelunterteil angeordnet. Das der Spindelbank 21 abgewandte Radiallager 26 kann ebenfalls als Magnetlager ausgeführt sein und ist im Spindeloberteil 20 angeordnet. Zwischen den Lagerstellen 26, 27, 29 ist der Antrieb der Spindel 25 vorgesehen, mit dem auf dem Spindelfuss 22 drehfest verankerten Stator 23 und den im Spindelunterteil 1 eingebauten Rotor 24. Eine notwendige Umhüllung des im Betrieb mit hoher Drehzahl rotierenden Spindelunterteils 1 ist hier nicht gezeigt.
In Figur 2 ist eine Ausführungsform eines Spindelunterteils 1 in einem Längsschnitt schematisch dargestellt. Das Spindelunterteil 1 ist als ein zylindrischer Hohlkörper 6 aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt. In den Hohlkörper 6 eingebunden sind die für die Lagerung und den Antrieb notwendigen Elemente. Unter eingebunden ist zu verstehen, dass die Elemente teilweise vom faserverstärkten Kunststoff umgeben sind und dadurch in ihrer Position gehalten werden. Die Elemente werden im Herstellungspro- zess auf einen der inneren Kontur des Spindelunterteils 1 entsprechenden Kern aufgebracht und anschliessend in einem Spritzgussverfahren mit dem faserverstärkten Kunststoff umspritzt.
An einem Ende des Spindelunterteils 1 ist eine Aufnahme in Form einer zylindrischen Öffnung 16 für ein Spindeloberteil vorgesehen. Die zylindrische Öffnung 16 weist auf eine Länge L von 29 mm bis 30 mm einen Durchmesser D von 17 mm bis 18 mm auf. Ausgehend von der zylindrischen Öffnung 16 folgt in Richtung der Längsachse 5 eine eingebundene Sensorplatte 13. Die Sensorplatte 13 ist eine ringförmig ausgebildete Scheibe aus Stahl, welche unverrückbar in den Hohlkörper 6 des Spindelunterteils 1 eingebunden ist. Die Sensorplatte 13 dient der Bestimmung der Position des Spindelunterteils 1 auf der Längsachse 5 in Bezug zum Spindelfuss respektive der Spindelbank. Mit Hilfe dieser Positionsbestimmung ist die Regelung eines aktiven magnetischen Axi- allagers möglich. Weiter ist im Hohlkörper 6 ein erster Hohlzylinder 7 aus einem ferro- magnetischen Material eingebunden, welcher den Magneten 2 für den Motor hält. Der Hohlzylinder 7 mit dem Magneten 2 bilden dabei den Rotor des Motors zum Antrieb des Spindelunterteils 1 . Die der Längsachse 5 abgewandte Oberfläche 9 des Hohlzylinders 7 ist mit einer Struktur zur Oberflächenvergrösserung versehen. Dies trägt zu einer besseren Verbindung und damit drehfesten Verankerung des Hohlzylinders 7 im Hohlkörper 6 bei.
Ebenfalls konzentrisch zur Längsachse 5 ist ein zweiter Magnet 3 für ein Axiallager in Form eines Ringes im Hohlkörper 6 vorgesehen. Angrenzend an den Magneten 3 auf der dem Magneten 2 zugewandten Seite ist eine aus einem nicht magnetisch leitenden Material bestehende Ringscheibe 1 1 eingebaut. Diese Ringscheibe 1 1 dient der Halterung des Magneten 3 im Fertigungsprozess. Des Weiteren ist im Hohlkörper 6 ein zweiter Hohlzylinder 8 eingebunden. Analog dem ersten Hohlzylinder 7 ist auch die der Längsachse 5 abgewandte Oberfläche 9 des zweiten Hohlzylinders 8 ist mit einer Struktur zur Oberflächenvergrösserung versehen. Dieser zweite Hohlzylinder 8 trägt zwei ringförmige Magnetelemente 4a, 4b, welche zusammen den Magneten 4 für ein Radiallager bilden. Der Hohlzylinder 8 muss nicht aus einem ferromagnetischen Material bestehen und dient lediglich der Halterung der ringförmigen Magnetelemente 4a, 4b. Ebenfalls im Hohlzylinder 8 gehalten ist ein Kunststoffring 12. Dieser dient als Notlauflager, sodass bei Ausfall der magnetischen Radiallagerung das Spindelunterteil 1 nicht oder nur geringfügig aus der Längsachse 5 ausweicht.
In einer Wandung des Hohlkörpers 6 sind Vertiefungen 15 in Richtung der Längsachse 5 vorgesehen. Die Vertiefungen 15 sind als kreisförmige Löcher auf einem konzentrisch zur Längsachse 5 angeordneten Durchmesser ausgebildet. Um die Längsachse sind achtzehn derartige Vertiefungen 15 gleichmässig verteilt angeordnet. Die Vertiefungen 15 werden in einem Auswuchtvorgang genutzt. Durch unterschiedliches Befüllen der einzelnen Vertiefungen 15 können aus der Herstellung des Spindelunterteils 1 entstandene Unwuchten ausgeglichen werden. Legende
1 Spindelunterteil
2 Erster Magnet
3 Zweiter Magnet
4 Dritter Magnet
4a, 4b Magnetelemente
5 Längsachse
6 Hohlkörper
7 Erster Hohlzylinder
8 Zweiter Hohlzylinder
9 Oberfläche erster Hohlzylinder
10 Oberfläche zweiter Hohlzylinder
1 1 Ringscheibe
12 Kunststoffring
13 Sensorplatte
15 Vertiefung
16 Zylindrische Öffnung
17 Lagersitz
20 Spindeloberteil
21 Spindelbank
22 Spindelfuss
23 Stator
24 Rotor
25 Spindel
26 Radiallager
27 Magnetisches Axiallager
28 Aufnahme
29 Magnetisches Radiallager
D Durchmesser zylindrische Öffnung
L Länge zylindrische Öffnung

Claims

Patentansprüche
1 . Spindelunterteil (1 ) für Spindeln einer Ringspinnmaschine mit einer an einem Ende des Spindelunterteils (1 ) vorgesehenen Aufnahme (28) zur drehfesten Halterung ei- nes Spindeloberteils (20) und mit einem ersten Magnet (2) für einen Motor (23, 24) und einem zweiten Magnet (3) für ein magnetisches Axiallager (27) und einem dritten Magnet (4) für ein magnetisches Radiallager (29), dadurch gekennzeichnet, dass das Spindelunterteil (1 ) als ein im Spritzgussverfahren hergestellter zylinderförmiger Hohlkörper (6) aus einem faserverstärkten Kunststoff mit einer Längsachse (5) ausgebildet ist und die Magnete (2, 3, 4) im Hohlkörper (6) angeordnet sind, und dass der erste Magnet (2) in einem ersten Hohlzylinder (7) und der dritte Magnet in einem zweiten Hohlzylinder (8) drehfest gehalten sind und die Hohlzylinder (7, 8) zumindest teilweise vom faserverstärkten Kunststoff umschlossen sind, wobei eine dem faserverstärkten Kunststoff zugewandte Oberfläche (9, 10) der Hohlzylinder (7, 8) mit dem faserverstärkten Kunststoff eine unlösbare Verbindung ausbildet und dadurch die Hohlzylinder (7, 8) drehfest im Hohlkörper (6) gehalten sind.
2. Spindelunterteil (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste
Hohlzylinder (7) aus einem ferromagnetischen Werkstoff gebildet ist.
3. Spindelunterteil (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass angrenzend an den zweiten Magneten (3) eine Ringscheibe (1 1 ) aus einem magnetisch nicht leitenden Werkstoff vorgesehen ist.
4. Spindelunterteil (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Hohlzylinder (8) neben dem zweiten Magneten (4a, 4b) ein Kunststoffring (12) gehalten ist, welcher als Notlauflager geeignet ist.
5. Spindelunterteil (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass zumindest einer der drei Magneten (2, 3, 4) aus mehreren Magnetelementen gebildet (4a, 4b) ist.
6. Spindelunterteil (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensorplatte (13) aus Stahl im Spindelunterteil (1 ) vorgesehen ist, wobei die Sensorplatte (13) auf mindestens drei Seiten teilweise vom faserverstärkten Kunststoff umschlossen ist.
7. Spindelunterteil (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen (9, 10) der Hohlzylinder (7, 8) mit einer Struktur zur Oberflächenvergrösserung versehen sind.
8. Spindelunterteil (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Wandung des Hohlkörpers (6) Vertiefungen (15) in Richtung der Längsachse (5) vorgesehen sind, wobei die Vertiefungen (15) konzentrisch zur Längsachse (5) angeordnet sind.
9. Spindelunterteil (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vertiefung (15) in Form eines konzentrisch zur Längsachse (5) angeordneten Ringspaltes vorgesehen ist.
10. Spindelunterteil (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die an einem Ende des Spindelunterteils (1 ) vorgesehene Aufnahme
(28) als eine in der Längsachse (5) verlaufende zylindrische Öffnung (16) ausgebildet ist.
1 1 . Spindelunterteil (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindri- sehe Öffnung (16) einen Durchmesser (D) von 17mm bis 18 mm auf einer Länge (L) von 29 mm bis 30 mm aufweist.
12. Spindelunterteil (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkung des Kunststoffs durch Glasfasern, Aramidfasern o- der Karbonfasern gebildet ist.
13. Spindelunterteil (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Polypropylen ist.
14. Verfahren zur Herstellung eine Spindelunterteils (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlzylinder (7, 8) mit den darin gehaltenen Magneten (2, 4), die Ringscheibe (1 1 ) mit dem daran gehaltenen Magneten (3) und die Sensorplatte (13) auf einen Kern aufgebracht und mit einer faserverstärkten Kunststoffmasse umspritzt werden.
15. Ringspinnmaschine mit mindestens einer Spindel mit einem Spindelunterteil (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
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