CZ2002416A3

CZ2002416A3 - Bezvřetenové dopřádací zařízení s aerostatickým radiálním ložiskem pro spřádací rotor

Info

Publication number: CZ2002416A3
Application number: CZ2002416A
Authority: CZ
Inventors: Romeo Pohn; Bernhard Stang
Original assignee: Rieter Ingolstadt Spinnereimaschinenbau Ag
Priority date: 2001-02-10
Filing date: 2002-02-04
Publication date: 2002-09-11
Also published as: ITMI20020220A1; ITMI20020220A0; CN1277964C; CN1369582A; US20020110294A1; DE10106204A1; US6695479B2

Description

Oblast techniky

Vynález se týká bezvřetenového dopřádacího zařízení se spřádacím rotorem, jehož hřídel je aerostatickým radiálním ložiskem se vzduchovou mezerou mezi úložným zařízením a hřídelem radiálně podepřen, a aerostatického radiálního ložiska pro ně.

Dosavadní stav techniky

U známého bezvřetenového dopřádacího zařízení (JP 57-27212 B2) je hřídel spřádacího rotoru v úseku svého předního a zadního konce uložen ve vždy jednom radiálním ložisku. Ložiskovou plochou radiálních ložisek se ze zadní strany zavádí tlakový vzduch skrze otvory směrem ke vzduchové mezeře mezi ložiskovou plochou radiálního ložiska a ložiskovou plochou spřádacího rotoru. Za normálního provozu toto aerostatické radiální ložisko umožňuje proti opotřebení odolné uložení spřádacího rotoru s nízkým koeficientem tření.

V provozu spřádacích rotorů pro bezvřetenové dopřádání však zčásti dochází k tak tvrdým provozním podmínkám, že při nich dojde ke styku mezi hřídelem a ložiskovou plochou radiálního ložiska. Tyto tvrdé provozní podmínky způsobuje například nevyváženost spřádacího rotoru, opotřebovaný hnací řemen nebo místo slepení v hnacím řemenu. Dotyk mezi ložiskovou plochou hřídele a ložiskovou plochou radiálního ložiska však neznamená nutně výpadek ložiska nebo že by se aerostatické radiální ložisko dotykem poškodilo natolik, že by se stalo nepoužitelným.

Úkolem tohoto vynálezu je zdokonalit bezvřetenové dopřádací zařízení a aerostatické radiální ložisko tak, aby se životnost radiálního ložiska podstatně zvýšila.

Podstata vynálezu

Tento úkol je řešen význaky nároku 1.

• · . .. . psa&i&z ···· ·· ... · « · 99«· 9 0 9 · · · 0 0

9 9 0 9 9 9 9 · 0 ·· « ·· ···· 99 9900

Podle nároku 1 se při vytváření dvojice ložiskových ploch spřádacího rotoru a radiálního ložiska zhotoví alespoň jedna z těchto ložiskových ploch z polyimidu nebo aramidu. Použití umělé hmoty odolávající vysokým teplotám v ložiskové ploše umožňuje při vychýlení spřádacího rotoru a při dotyku obou ložiskových ploch elastické tlumení, takže dosednutí hřídele rotoru na radiální ložisko nevede k tvrdému nárazu rotoru v radiálním ložisku, při němž se hřídel nebo ložisko poškodí. Aramid případně paraaramid se zde použije například čistý nebo též jako pojivový materiál vláken a je k dostání v obchodě například pod značkou Kevlar.

Použitím materiálu polyimid nebo aramid se u radiálního ložiska dosáhne dvojice materiálů, která má nízké tření, je neutrální vůči teplotám a je mimořádně odolná vůči mechanickému namáhání. Vytvoří se tak radiální ložisko s vysokou pevností a vysokou roztažností ložiskového materiálu, a tím i ložiskové plochy. Vedle příznivých třecích vlastností se příznivě umožní i obzvlášť vysoká mechanická zatížitelnost, zejména otěruvzdomostí materiálů polyimid nebo 15 aramid. Tím se podstatně sníží záporné následky mechanických styků mezi ložiskovou plochou spřádacího rotoru a ložiskovou plochou radiálního ložiska.

Tyto materiály mimoto bezproblémově dokáží vydržet mechanická namáhání ložiska nejen během provozu nýbrž například též při instalaci spřádacího rotoru do radiálního ložiska, při níž vzduchová mezera mezi ložiskovými plochami dovoluje jen minimální vůli, čímž se zmenšují výrobní chyby a tak přispívá ke zlepšení uložení. Výhody vznikají též již tím, když jedna nebo obě ložiskové plochy mají odpovídajícím způsobem působící povlak z polyimidu nebo aramidu.

Mimoto lze tyto materiály dobře opracovávat, čímž je zaručeno i dodržování rozměrových tolerancí ve výrobě. To rovněž přispívá ke zlepšení životnosti ložiska, protože přesná výroba podle konstrukčních zadání je možná jednoduše a bezpečně.

Vzhledem k extrémnímu dlouhodobému namáhání spřádacího rotoru dochází navzdory vysoké otěruvzdomostí materiálů polyimid a aramid a k jejich zvýšené odolnosti proti opotřebení k otěru. Při použití materiálu v ložiskové ploše spřádacího rotoru je proto výhodné vytvořit ložiskovou plochu tak, aby ji bylo možno od spřádacího rotoru odstranit a nahradit novým povlakem nebo novou ložiskovou vložkou. Při použití materiálu v ložiskové ploše radiálního ložiska je

RSS315CZ • · · • fcfc · • fcfc fcfc fcfcfcfc • · • · fc • · · · 1 • fc fcfc fc fc * « • · « výhodné vytvořit vložku, která nese radiální ložiskovou plochu, jako vyměnitelný dílec s uvolnitelným uchycením.

U výhodného zdokonalení radiálního ložiska podle vynálezu má polyimidový nebo aramidový materiál přísadu, obzvlášť výhodně z grafitu, teflonu, sirníku molybdeničitého nebo ze směsi z nich. Příznivý je přitom podíl příměsi mezi 10 a 45 hmotnostními procenty, výhodný při více než 20%. Tím se dosáhne obzvlášť nízkého součinitele tření, čímž se opotřebení při mechanickém dotyku mezi ložiskovými plochami dále zmenší. Ohledně použití příznivých materiálů pro ložiskové plochy se odkazuje na celý obsah přihlášky DE 100 14 861.

Při použití porézního materiálu jako ložiskové plochy lze ze zadní strany ložiskové plochy přivádět tlakový vzduch porézními kanály v materiálu k ložiskové mezeře mezi ložiskovými plochami. Porézní materiál zaručuje rovnoměrné rozložení přívodu vzduchu bez dalšího potřebného opracování materiálů ložiskových ploch. Tak například lze spékat porézní materiál z práškového polyimidu se shora uvedenými přísadami nebo bez nich. Porézní materiál přitom působí jako škrticí zařízení pro nastavení proudu vzduchu ve vzduchové mezeře. Ohledně vlastností porézního materiálu a tlumicího účinku se odkazuje na celý obsah přihlášky DE 100 62 106, která je připojena jako kopie přihlášky.

Alternativně nebo přídavně k porézním kanálům v porézním materiálu je v jedné nebo v obou ložiskových plochách vytvořeno několik otvorů, jimiž je přiváděn vzduch ze zadní strany ke vzduchové mezeře. Pro rovnoměrné rozložení vzduchu ve vzduchové mezeře jsou výstupy otvorů s výhodou navzájem přesazeny v axiálním a obvodovém směru. Jestliže se přitom otvory vytvoří jako mikrootvory, lze těmito mikrootvory velmi přesně nastavit množství vzduchu proudícího do vzduchové mezery. Přídavně je objem vzduchu mikrootvorů minimální, takže při vychýlení hřídele rotoru ve směru radiálního ložiska není ustupující případně stlačovaný vzduch zatlačován zpět do objemu otvorů. Tím se tuhost ložiska podstatně zvětšuje. Ohledně uspořádání mikrootvorů a jejich plošného rozložení se rovněž odkazuje na celý obsah DE 100 62 106.

K dalšímu zvýšení životnosti radiálního ložiska se u obou ložiskových ploch použije taková dvojice materiálů, u níž je materiál jedné ložiskové plochy vytvořen jako tvrdý nebo tvrdým povlakem opatřený materiál, takže ani při styku s • « « * · ♦ ·

9 4 4 · * · • ···»··· · * • · * 4 » · « ·* ·»·*

SSS2J5C2 « · 4

4 4

4444 protilehlou ložiskovou plochou, která obsahuje polyimid nebo aramid, nedochází k takřka žádnému opotřebení.

Podle jednoho uspořádání je vedle radiálního ložiska též axiální ložisko vytvořeno jako aerostatické axiální ložisko se vzduchovou mezerou mezi uložením axiálního ložiska a koncem hřídele spřádacího rotoru. Párování mezi ústrojím axiálního ložiska a koncem hřídele nebo ústrojím opěrného ložiska na konci hřídele (například kotoučem) je provedeno podobně jako párování ložiskových ploch mezi ložiskovou plochou spřádacího rotoru a ložiskovou plochou radiálního ložiska. Tím se i u axiálního ložiska dosahuje uložení se zvýšenou životností a nevyžadujícího mazání. Ohledně uspořádání aerostatického axiálního ložiska se rovněž odkazuje na celý obsah DE 100 62

106.

Přehled obrázků na výkrese

Příklady provedení vynálezu budou vysvětleny s odkazem na výkresy, kde značí obr. 1 spřádací rotor, který je uložen v aerostatickém radiálním a axiálním ložisku, obr, 2 detail mikrootvoru v aerostatickém ložisku a obr. 3 jiný příklad provedení aerostatického axiálního ložiska.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 znázorňuje spřádací rotor 1 zařízení pro bezvřetenové dopřádání s rotorovým tělesem 2 a s hřídelem 3. Hřídeli 3 udílí otočný pohyb hnací řemen 4 opásaný okolo hřídele. Uložení hřídele 3 v radiálním směru obstarávají dvě shodná radiální ložiska 5 a jednostranné axiální uložení obstarává axiální ložisko

6, které je uspořádáno na opačném konci hřídele 3vůči rotorovému tělesu 2.

U provedení uložení hřídele 3 rotoru znázorněného na obr. 1 působí na hřídel 3 axiální síla ve směru axiálního ložiska 6 prostřednictvím mírně šikmo přes hřídel 3 běžícího hnacího řemene 4. Řemen 4 přitom probíhá vůči ose hřídele 3 ne v úhlu 90° nýbrž v úhlu nepatrně menším. Otáčí-li se hřídel 3 znázorněný na obr. 1 například horní stranou do roviny výkresu a spodní stranou ven z roviny výkresu, probíhá hnací řemen 4 v kolmém směru vůči rovině výkresu (při nárysném pohledu) mírně doprava. Alternativně se dosáhne axiální síly působící

0 » 0 0

0 0 0 « 0000

0 0

0· 0

00 0 0 0 ·

0 ·

0 0

0000 l?S&345t5Z

0 »

0 · *

0·0 «0 0000 ve směru axiálního ložiska 6 mírně kuželovitým uspořádáním hřídele v úseku dosedání hnacího řemenu 4. Kužel se přitom zvětšuje v rovině výkresu zleva doprava.

Ve skříni 7 radiálního ložiska 5 je kolem hřídele 3 zasazeno ložiskové 5 pouzdro 8. Na zadní straně ložiskového pouzdra 8, to je na protilehlé straně ložiskového pouzdra 8 vůči vzduchové mezeře 9, jsou ve skříni 7 radiálního ložiska vytvořeny komory 10 tlakového vzduchu probíhající v obvodovém směru vůči hřídeli 3 rotoru. Komory 10 tlakového vzduchu jsou propojeny neznázorněným, v axiálním směru probíhajícím vzduchovým kanálem, který opět je spojen se zdrojem tlakového vzduchu, takže v komorách 10 tlakového vzduchu se připravuje tlakový vzduch pro zavedení do vzduchové mezery 9.

V ložiskovém pouzdru 8 jsou vytvořeny v radiálním směru probíhající mikrootvory 1_1, které jsou vzhledem k jejich nepatrnému průřezu označeny jen jako čárka. Pro zajištění rovnoměrného přívodu tlakového vzduchu do vzduchové mezery jsou mikrootvory 11 uspořádány navzájem přesazené v axiálním směru. Pro názornost jsou mikrootvory ϋ znázorněny jako ležící v rovině řezu. Ve skutečnosti jsou však tyto mikrootvory i v obvodovém směru navzájem přesazeny podél vnitřní plochy ložiskového pouzdra 8.

Ložisková pouzdra 8 jsou vyrobena v podstatě z polyimidu nebo aramidu, do něhož zejména kvůli zajištění vlastnosti nouzového běhu s nepatrným třením byly do maticové struktury ložiskového pouzdra 8 vpraveny přísady snižující tření jako teflon nebo grafit.

Na předním konci válcovitého tělesa 12 axiálního ložiska 6 je vyměnitelně nasazena ložisková deska 13, která je zhotovena ze stejného materiálu jako ložisková pouzdra 8 a rovněž obsahuje mikrootvory 11 probíhající v axiálním směru k hřídeli 3.

Obr. 2 znázorňuje část řezu ložiskovou plochou ložiskového pouzdra 8 s v ní vytvořeným mikrootvorem 11. Následující popis mikrootvoru je přiměřeně použitelný na mikrootvory v ložiskové ploše ložiskové desky 13 nebo 32 a 26 axiálního ložiska 6 nebo 30 a 22. Na straně ložiskového pouzdra 8, která hraničí s komorami 10 tlakového vzduchu, je průřez mikrootvoru 11. rozšířen. Průměr rozšířeného úseku je větší než 100 mikrometrů, s výhodou větší než 1 mm, takže rozšířený úsek mikrootvoru lze vyvrtat nebo zhotovit obvyklým nástrojem. Na • 94 4 4444 4 4 • 4 4 ·

9 9

4 9 4

4 4

4444

RS5313CZ

4 4

9 4

4 9

4994 vzduchovou mezeru 9 navazující část mikrootvoru 11 má průřez menší než 100 mikrometrů a zhotovuje se speciálním způsobem, například laserovým vrtáním. Průměr zúženého úseku je 80 až 10 mikrometrů, s výhodou 20 až 50 mikrometrů. Protože tence je vytvořena pouze ta část úseku mikrootvoru, která navazuje na vzduchovou mezeru 9, musí být mikrootvor vytvořen jen v malém rozsahu hloubky ložiskového pouzdra 8. Hloubka mikrootvoru se zúženým průřezem může být v rozsahu 50 mikrometrů až 3 mm. Navzdory opotřebení ložiskového pouzdra 8 ze strany hřídele 3, k němuž dochází během dlouhodobého provozu, zůstává v hloubce zúženého průřezu průměr zachován, takže navzdory případnému opotřebení ložiskového pouzdra 8 lze nastavit proudění vzduchu průřezem zúženého úseku. Tím je velmi přesně stanoveno množství vzduchu proudící do vzduchové mezery. To platí přiměřeně pro ložiskovou desku 32 a ložiskový kotouč 26 (viz dále).

Obr. 3 znázorňuje druhý příklad provedení axiálního ložiska pro spřádací rotor 1. Rotorové těleso 2 a blíže k němu umístěné radiální ložisko 5 jakož i pohon s hnacím hřídelem 4 jsou provedeny přesně stejně, jak je znázorněno na obr. 1. Na zadním aerostatickém ložisku 20 je vytvořeno radiální ložisko 21 a první axiální ložisko 22. Do prohloubení radiálního ložiska 21 je zasazeno ložiskové pouzdro 23, na jehož zadní straně, tj. na straně protilehlé vůči vzduchové mezeře, jsou ve skříni 24 ložiska v obvodovém směru kolem hřídele 3 vytvořeny komory 25 tlakového vzduchu . V radiálním směru k hřídeli 3 probíhají mikrootvory 11, jak popsáno výše.

Do zadní čelní stěny skříně 24 ložiska je zasazen ložiskový kotouč 26, který je vytvořen obdobně jako ložisková deska 13 nebo ložisková pouzdra 8 nebo 23. Ve skříni 24 ložiska jsou vytvořeny soustředné kruhovité komory 27 tlakového vzduchu, které jsou zásobovány tlakovým vzduchem a z nichž se mikrootvory 11 v ložiskovém kotouči 26 přivádí tlakový vzduch do vzduchové mezery 28. K zadnímu konci hřídele 3 je přilepen keramický kotouč, s výhodou z karbidu křemíku, který slouží jako plocha opěrného ložiska k ložiskovému kotouči

26. Axiálním ložiskem 22 se zachycuje axiální síla působící na hřídel 3 ve směru rotorového tělesa 2.

Naproti čelní straně keramického kotouče 29 je uspořádáno druhé axiální ložisko 30. Toto druhé axiální ložisko 30 zachycuje axiální sílu, která působí ve ** « ·* ·· • * · * * · · « · « « · * · • · >·♦· t · · · • t « « · » ·· » ·· ·««· • · · • » * · « · ·

4»· ««*· směru tohoto druhého axiálního ložiska. Tím je hřídel 3 v axiálním směru ustaven, takže nemůže být přesouván. U tohoto příkladu provedení je rotorové těleso 2 s hřídelem 3 spojeno s výhodou opakovaně rozpojitelně, takže je lze vyměnit bez výměny hřídele 3. Do vzduchové mezery 31 druhého axiálního ložiska 30 se mikrootvory 11 v ložiskové desce 32 zavádí tlakový vzduch . Tlakový vzduch se k ložiskové desce 32 přivádí ze zadní strany tlakovou komorou 33.

Pro zvýšení životnosti spřádacího rotoru 1 je na jeho hřídel 3 alespoň v úseku ploch opěrného ložiska nanesen povlak 34 karbidu křemíku. Jak je znázorněno na obr. 1, leží tyto plochy v oblasti předního a zadního radiálního ložiska 5 (případně zadního radiálního ložiska 21) naproti plochám ložiskových pouzder 8 (případně 23). V prvním příkladu provedení je povlakem 34 karbidu křemíku opatřen mimoto i zadní konec hřídele 3. U druhého příkladu provedení axiálního ložiska znázorněného na obr. 3 může být keramický kotouč 29 nahrazen kotoučem s nízkou setrvačnou hmotou, který je opatřen povlakem keramické vrstvy, s výhodou karbidu křemíku.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Bezvřetenové dopřádací zařízení se spřádacím rotorem (1), jehož hřídel (3) je aerostatickým radiálním ložiskem (5, 21) se vzduchovou mezerou (9) mezi

5 radiálním ložiskem (5, 21) a hřídelem (3) radiálně podepřen, přičemž ložisková plocha (34) spřádacího rotoru (1) spolupracuje s ložiskovou plochou (8, 23) radiálního ložiska (5, 21), vyznačující se tím, že ložisková plocha (34) spřádacího rotoru (1) a/nebo ložisková plocha (8, 23) radiálního ložiska (5, 21) je zhotovena z materiálu z polyimidu nebo aramidu.

10
2. Bezvřetenové dopřádací zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že materiálem je v podstatě polyimid nebo aramid a nějaká přísada.
3. Bezvřetenové dopřádací zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že polyimid nebo aramid je propojen s grafitem, teflonem (PTFE), sirníkem molybdeničitým (M0S2) nebo jejich směsí.

15
4. Bezvřetenové dopřádací zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že množstevní podíl přísady je větší než 20%.
5. Bezvřetenové dopřádací zařízení podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že ložisková plocha (34; 8, 23) radiálního ložiska (5, 21) nebo spřádacího rotoru (1) je zhotovena z porézního materiálu.

20
6. Bezvřetenové dopřádací zařízení podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že ložisková plocha (8) obsahuje několik otvorů (11) pro průchod vzduchu.
7. Bezvřetenové dopřádací zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že otvory (11) jsou rozprostřeny plošně.

25
8. Bezvřetenové dopřádací zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že otvory (11) jsou uspořádány navzájem přesazené v axiálním směru i v obvodovém směru.
9. Bezvřetenové dopřádací zařízení podle nároku 6, 7 nebo 8, vyznačující se tím, že alespoň část otvorů (11) jsou mikrootvory.

• ·

.... : : · : pps^iscz • 99999 · 9 9 9 9 9 9 9 g 99 · 99 9999 99 9999
10. Bezvřetenové dopřádací zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že průřez mikrootvorů se zvětšuje alespoň v oblasti výstupní strany k výstupní straně a/nebo alespoň v úseku vstupní strany ke vstupní straně.
11. Bezvřetenové dopřádací zařízení podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že vzduch vstupující do vzduchové mezery (9) prochází škrticím zařízením.
12. Bezvřetenové dopřádací zařízení podle nároku 11, vyznačující se tím, že škrticí zařízení je vytvořeno z porézního materiálu.
13. Bezvřetenové dopřádací zařízení podle nároku 11 nebo 12, vyznačující se tím, že škrticí zařízení obsahuje mikrootvory pro nastavení množství vzduchu přiváděného ke vzduchové mezeře (9).
14. Bezvřetenové dopřádací zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že výstupní strana mikrootvorů navazuje na vzduchovou mezeru (9).
15. Bezvřetenové dopřádací zařízení podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že obě ložiskové plochy (34; 9, 23) tvoří dvojici materiálů s nízkým koeficientem tření.
16. Bezvřetenové dopřádací zařízení podle nároku 15, vyznačující se tím, že z dvojice materiálů obsahuje materiál jedné ložiskové plochy polyimid nebo aramid, kdežto materiál druhé ložiskové plochy obsahuje tvrdý materiál nebo povlak z tvrdého materiálu.
17. Bezvřetenové dopřádací zařízení podle nároku 16, vyznačující se tím, že tvrdým materiálem je keramika, která s výhodou sestává z karbidu křemíku nebo karbid křemíku obsahuje.
18. Bezvřetenové dopřádací zařízení podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že hřídel (3) je v axiálním směru podepřen aerostatickým axiálním ložiskem (6; 22, 30) alespoň ve směru proti konci hřídele (3) protilehlému rotorovému tělesu (2).
19. Aerostatické radiální ložisko spřádacího rotoru (1) bezvřetenového dopřádacího zařízení, vyznačující se tím, že ložisková plocha (8, 23) radiálního ložiska (5, 21) je vyrobena z materiálu z polyimidu nebo aramidu.
20. Aerostatické radiální ložisko podle nároku 19, vyznačující se tím, že ložisková plocha je vytvořena podle některého z nároků 1 až 17.

• · :::. : : · : psss-iscz • ······« · · ·· · · « · · · · · ···

10 *· * ·· ..........
21. Aerostaticky radiálně uložený hřídel (3) spřádacího rotoru pro spřádací rotor bezvřetenového dopřádacího zařízení, vyznačující se tím, že ložisková plocha (34) spřádacího rotoru je vyrobena z materiálu z polyimidu nebo aramidu.
22. Aerostaticky radiálně uložený hřídel (3) podle nároku 21, vyznačující 5 se tím, že ložisková plocha (34) je vytvořena podle některého z nároků 1 až 17.