DE10024019A1 - Dämpfungseinrichtung für einen magnetisch gelagerten Spinnrotor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Magnetlageranordnung (5) zur axialen und radialen Abstützung eines mit hoher Drehzahl umlaufenden Spinnrotors (3), mit jeweils rotor- und statorseitigen Permanentmagnetringen sowie einer Dämpfungseinrichtung (9) zur Beeinflussung radialer Rotorschwingungen. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Dämpfungseinrichtung (9) einen magnetisch gelagerten Schwingungskörper (31) aufweist, der mit einer rotorseitigen Lagerkomponente (29) korrespondiert, wobei zwischen dem Schwingungskörper (31) und einer statorseitigen Lagerplatte (40) ein Rollenkörper (32) eingeschaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Magnetlagerung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die meisten Spinnrotoren von Offenend-Rotorspinnmaschinen laufen in sogenannten Stützscheibenlagerungen um. Derartige in der Praxis durchaus bewährte Lagereinrichtungen erlauben Rotordrehzahlen < 100.000 min^-1. Nachteilig bei solchen Stützscheibenlagerungen ist allerdings der nicht unerhebliche Verschleiß der Laufflächen.

Es sind deshalb in der Vergangenheit bereits verschiedene Versuche unternommen worden, Offenend-Spinnrotoren berührungslos, das heißt, verschleißfrei zu lagern.

Bei einem berührungslos, zum Beispiel magnetisch oder aerostatisch gelagerten Rotor mit passiver Radiallagerung besteht allerdings das Problem, daß es, insbesondere während der Hochlaufphase des Spinnrotors, zu unerwünschten radialen Schwingungen kommen kann.

Hierbei besteht die Gefahr, daß die Schwingungen eine Größenordnung annehmen können, bei der die radiale Auslenkung des Spinnrotors so hoch wird, daß es zu Schäden an der Lagerung kommt.

Um derartige Schäden zu vermeiden, wurden radiale Schwingungsdämpfungssysteme entwickelt.

Ein berührungslos gelagerter Rotor kann zum Beispiel bezüglich der radialen Schwingungsanregung aktiv gedämpft werden. Hierzu ist allerdings ein relativ hoher Aufwand für die Sensorik, die Aktorik und die Regelung nötig.

Eine andere Möglichkeit der Schwingungsdämpfung besteht darin, eine passive Schwingungsdämpfung einzusetzen, bei der ebenfalls versucht wird, die radiale Auslenkung herabzusetzen. Eine derartige Einrichtung ist beispielsweise durch die DE 195 43 745 A1 bekannt.

In dieser Druckschrift ist der Statormagnet eines Magnetlagers elastisch an Federbeinen aufgehängt.

Zusätzlich wird das statorseitige Magnetlager durch eine Reibeinrichtung beaufschlagt, die bei entsprechend großer Schwingungsamplitude des Rotors eine Dämpfung bewirkt. Das durch die DE 195 43 745 A1 bekannte Schwingungssystem weist allerdings verschiedene Nachteile auf.

Ein gravierender Nachteil ist beispielsweise, daß die Steifigkeit des Magnetlagers um die Steifigkeit der Federbeinanordnung vermindert wird.

Das heißt, der den Rotor fixierende Statormagnet ist nicht völlig ortsgebunden, sondern schwingbar angebracht. Bei einer solchen Anordnung wird auch die Lage des Rotors analog zu den Schwingungsbewegungen des Statormagneten inkonstant.

Das schwingungsdämpfende Oszillieren der Statormagneten kann dabei zu einer zusätzlichen Beeinträchtigung der Rotorlaufruhe führen.

Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Einrichtung ist in der relativ aufwendigen Anordnung der Federbeine zu sehen, da Ungenauigkeiten in diesem Bereich sofort zu einem radialen Versatz und/oder zu einem Fehler in bezug auf die Einhaltung des gewünschten Luftspaltes und/oder zu einem Fehler in bezug auf die Planparallelität der Lagermagnete führen, was die Funktion der Magnetlageranordnung insgesamt in Frage stellt.

Zur Vermeidung der vorgenannten Nachteile, insbesondere zur Verbesserung der Laufruhe des Spinnrotors, ist deshalb eine Dämpfungseinrichtung entwickelt worden, wie sie in der DE 198 19 767 A1 beschrieben ist.

Diese bekannte Dämpfungseinrichtung weist ebenfalls eine Reibvorrichtung mit Reibpartnern auf, deren Reibflächen mechanisch beaufschlagt werden.

Allerdings ist bei dieser Dämpfungseinrichtung einer der Reibpartner, zumindest radial, lagefest an einem stationären Lagerteil angeordnet. Der andere Reibpartner ist radial lageveränderbar gehalten. Der radial lageveränderbare Reibpartner umfaßt dabei mit einer Lagerkomponente den rotierbaren Schaft des Spinnrotors.

Wenngleich mit der Dämpfungseinrichtung gemäß DE 198 19 767 A1 auf relativ kostengünstige Weise sichergestellt werden konnte, daß es beim Beschleunigen des berührungslos, passiv gelagerten Spinnrotors auf seine Betriebsdrehzahl, auch beim Durchfahren seiner Eigenschwingungsfrequenzbereiche, nicht zu Problemen durch sich aufschaukelnde Schwingungen kommt und auch die Laufruhe des Spinnrotors verbessert werden konnte, weist auch diese bekannte Einrichtung einen entscheidenden Nachteil auf.

Der eingesetzte mechanische Reibungsdämpfer neigt zu Reibwertsprüngen, die in erster Linie auf die unterschiedlichen Reibwerte von Haft- beziehungsweise Gleitreibung zurückzuführen sind.

Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Dämpfungseinrichtung für eine Magnetlageranordnung eines Offenend-Spinnrotors zu entwickeln, die die Nachteile der bekannten Dämpfungseinrichtungen nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einrichtung gelöst, wie sie im Anspruch 1 beschrieben ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung hat insbesondere den Vorteil, daß bei jeder Drehfrequenz des Spinnrotors eine unmittelbare Dämpfung des Rotorkörpers stattfindet, wobei die Stärke der Dämpfung vorwählbar beziehungsweise definiert einstellbar ist.

Das heißt, die zwischen der rotorseitigen Lagerkomponente und dem Schwingungskörper wirksame Dämpfung, die unter anderem von der am Rollenkörper wirksamen Anlagekraft und damit von der am Schwingungskörper wirksamen Magnetkraft abhängig ist, kann über die Breite des Luftspaltes leicht eingestellt werden. Da die Dämpfung durch einen Rollenkörper, das heißt, über Rollreibung stattfindet, werden dabei Reibwertsprünge, wie sie bei der bekannten Einrichtung unvermeidlich sind, zuverlässig vermieden.

Wie im Anspruch 2 beschrieben, ist eine vorteilhafte Ausführungsform insbesondere dann gegeben, wenn am Schwingungskörper ein Permanentmagnetring festgelegt ist, der mit einem am Rotor befestigten Permanentmagnetring korrespondiert.

Die Polung der beiden Permanetmagnetringe ist dabei so gewählt, daß sich gegensinnige Magnetpole gegenüberstehen. Auf diese Weise wird ein Magnetfeld erzeugt, das den Schwingungskörper mit einem relativ starken, stets gleichmäßigen Anpreßdruck gegen den Rollenkörper zieht, was im Bereich des Rollkörpers zu einer jederzeit reproduzierbaren Rollreibung führt.

Wie im Anspruch 3 dargelegt, ist der Rollenkörper in etwa nach Art eines Axialrillenkugellagers ausgebildet.

Das heißt, der Rollenkörper besteht im wesentlichen aus zwei äußeren Rollenbahnen und einem dazwischen liegenden, eine Vielzahl von Lagerrollen fixierenden Rollenkäfig.

Eine der beiden Rollenbahnen ist dabei am Schwingungskörper, die andere an einer stationären, statorseitigen Lagerplatte festgelegt.

Die Laufflächen der beiden Rollenbahnen weisen allerdings, im Gegensatz zu Axialrillenkugellagern, keine umlaufende Führungsnut für die Lagerrollen auf, sondern sind völlig eben, so daß sich die im Rollenkäfig fixierten Laufrollen auf den Rollenbahnen vor allem in radialer Richtung bewegen können.

Wie im Anspruch 4 beschrieben, bestehen die Rollenbahnen vorzugsweise aus einem hochverschleißfesten Werkstoff, beispielsweise einem technischen Keramikwerkstoff.

Auch die im Rollenkäfig frei drehbar gelagerten Lagerrollen können aus einem solchen Keramikwerkstoff gefertigt sein und ergeben dann ein kostengünstiges, sehr langlebiges Dämpfungsmittel.

Selbst wenn die Lagerrollen eines solchen Rollenkörpers nur aus "normalem" Kugellagerstahl gefertigt sind, ist die Standzeit eines solchen Dämpfungsmittels erheblich.

In einer alternativen Ausführungsform kann außerdem vorgesehen sein, daß der Schwingungskörper zusätzlich in einem weiteren Dämpfungsmedium gelagert ist (Anspruch 5).

Ein solches Dämpfungsmedium ist dann in bevorzugter Ausführungsform, wie im Anspruch 6 dargelegt, zum Beispiel ein Lagerring aus einem dauerelastischen Kunststoffmaterial, der den Schwingungskörper umschließt.

Ein solcher elastischer Dämpfungsring unterstützt die Rollreibung des Rollenkörpers wirkungsvoll, ohne daß Reibwertsprünge zu befürchten sind.

Am Schwingungskörper ist in bevorzugter Ausführungsform außerdem ein Begrenzungslager vorgesehen, das den Schwingungskörper mechanisch mitnimmt, wenn aufgrund einer Überschwingung des Rotorkörpers die magnetische Kopplung der Dämpfungseinrichtung überfordert ist.

Das im Anspruch 7 beschriebene Begrenzungslager stellt damit zuverlässig sicher, daß auch außergewöhnliche Schwingungen wirkungsvoll gedämpft werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind einem nachfolgend anhand der Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispiel entnehmbar.

Es zeigt:

Fig. 1 in Seitenansicht eine schematische Darstellung eines einzelmotorisch angetriebenen, magnetisch gelagerten Spinnrotors, mit einer erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung im Bereich der Rotortasse,

Fig. 2 die erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung in einem größeren Maßstab,

Fig. 3 die Einzelheit X gemäß Fig. 2.

Die in Fig. 1 dargestellte Offenend-Spinnvorrichtung trägt insgesamt die Bezugszahl 1.

Solche an sich bekannten und beispielsweise in der DE 198 19 767 A1 beschriebenen Spinnaggregate 1 verfügen in der Regel über ein Rotorgehäuse 2, in dem die Rotortasse 26 eines Spinnrotors 3 mit hoher Drehzahl umläuft.

Der Spinnrotor 3 wird dabei durch einen elektromotorischen Einzelantrieb 18 angetrieben und liegt mit seinem Rotorschaft 4 in vorderen und hinteren Lagerstellen einer Magnetlageranordnung 5, die den Spinnrotor 3 sowohl radial als auch axial abstützen.

Vorzugsweise ist außerdem zusätzlich ein axiales Fanglager 6 vorgesehen, an das sich der Rotorschaft 4 anlegen kann, wenn die an sich bekannte (nicht dargestellte) Lagereguliereinrichtung der Magnetlageranordnung 5 ausfällt oder abgeschaltet wird.

Wie üblich, ist das an sich nach vorne hin offene Rotorgehäuse 2 während des Betriebes durch ein schwenkbar gelagertes Deckelelement 8, in das eine (nicht näher dargestellte) Kanalplatte eingelassen ist, verschlossen.

Das Rotorgehäuse 2 ist außerdem über eine entsprechende Pneumatikleitung 10 an eine Unterdruckquelle 11 angeschlossen, die den im Rotorgehäuse 2 notwendigen Spinnunterdruck erzeugt.

Im Deckelelement 8 beziehungsweise in der Kanalplatte ist ein Kanalplattenadapter 12 angeordnet, der die Fadenabzugsdüse 13 sowie den Mündungsbereich des Faserleitkanales 14 aufweist. An die Fadenabzugsdüse 13 schließt sich ein Fadenabzugsröhrchen 15 an. Außerdem ist am Deckelelement 8, das um eine Schwenkachse 16 begrenzt drehbar gelagert ist, ein Auflösewalzengehäuse 17 festgelegt.

Das Deckelelement 8 weist des weiteren rückseitige Lagerkonsolen 19, 20 zur Lagerung einer Auflösewalze 21 beziehungweise eines Faserbandeinzugszylinders 22 auf. Die Auflösewalze 21 wird im Bereich ihres Wirtels 23 durch einen umlaufenden, maschinenlangen Tangentialriemen 24 angetrieben, während der (nicht dargestellte) Antrieb des Faserbandeinzugszylinders 22 vorzugsweise über eine Schneckengetriebeanordnung erfolgt, die auf eine maschinenlange Antriebswelle 25 geschaltet ist.

In alternativer Ausführungsform können Auflösewalze 21 und/oder Faserbandeinzugszylinder 22 selbstverständlich auch jeweils über einen Einzelantrieb, beispielsweise einen Schrittmotor, angetrieben werden.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist wenigstens im Bereich der vorderen Lageranordnung 27 der Magnetlageranordnung 5 eine erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung 9 angeordnet.

Das heißt die im Bereich der Rotortasse 26 angeordnete Lageranordnung 27 weist einen statorseitigen Permanentmagnetring 28, der von einer bestrombaren Spule 30 umgeben ist, sowie einen rotorseitigen, mit dem Spinnrotor 3 umlaufenden Permanentmagnetring 29 auf.

Die Dämpfungseinrichtung 9 besteht im wesentlichen aus einem Schwingungskörper 31, der magnetisch mit dem umlaufenden rotorschaft 4 verbunden ist sowie einem Rollenkörper 32.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist dabei am Schwingungskörper 31 ein Permanentmagnetring 33 festgelegt, der mit dem rotorseitigen Permanentmagnetring 29 der vorderen Lagerstelle 27 der Magnetlageranordnung 5 korrespondiert.

Vom dargestellten Ausführungsbeispiel abweichend, das heißt, in den Zeichnungen nicht dargestellt, sind auch Ausführungsformen vorstellbar, bei denen beispielsweise am Rotorschaft 4 ein zusätzlicher Permanentmagnetring angeordnet ist, der einen entsprechenden Permanentmagnetring 33 des Schwingungskörpers 31 beaufschlagt.

Des weiteren ist auch eine Ausführungsform denkbar, die anstelle zweier korrespondierender Permanentmagnetringe nur einen, vorzugsweise am Rotorschaft 4 angeordneten Permanentmagnetring 29 aufweist, der mit dem Schwingungskörper 31, der aus einem ferromagnetischen Material gefertigt ist, magnetisch verbunden ist.

Wie insbesondere aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, verfügt der Schwingungskörper 31 über ein Begrenzungslager 34, das den Rotorschaft 4 mit Spiel umschließt.

In alternativer Ausführungsform kann der Schwingungskörper 31 außerdem, wie in den Zeichnungen angedeutet, in einem zusätzlichen Dämpfungsmedium 35 abgestützt sein, das zwischen Statorgehäuse 7 und Schwingungskörper 31 eingeschaltet ist.

Der zwischen dem Schwingungskörper 31 und einer stationären Lagerplatte 40 eingeschaltete Rollenkörper 32 besteht aus Rollenbahnen 36, 37 sowie einem Rollenkäfig 38, der eine Vielzahl von Lagerrollen 39 frei drehbar fixiert.

Die Fig. 3 zeigt den Rollenkörper 32 sowie die angrenzenden Bauteile der Dämpfungseinrichtung 9 in einem größeren Maßstab.

Funktion der Einrichtung

Während des Spinnbetriebes läuft der durch einen elektromotorischen Einzelantrieb 18 beaufschlagte Spinnrotor 3 mit hoher Drehzahl um.

Der Spinnrotor 3 ist dabei über seinen Rotorschaft 4 in einer berührungslosen Magnetlageranordnung 5 abgestützt, die während des Betriebes sowohl für eine radiale als auch für eine axiale Lagerung des Spinnrotors 3 sorgt.

Um Schwingungen des Spinnrotors 3, insbesondere während des Hochlaufes des Spinnrotors 3 auf seine Betriebsdrehzahl, wirkungsvoll zu dämpfen, ist im Bereich des Spinnrotors 3 außerdem eine Dämpfungseinrichtung 9 angeordnet.

Die Dämpfungseinrichtung 9 besteht, wie vorstehend bereits angedeutet, aus einem Schwingungskörper 31, der über einen Permanentmagnetring 33 magnetisch mit dem rotorseitigen Permanentmagnetring 29 der vorzugsweise vorderen Lagerstelle 27 der Magnetlageranordnung 5 verbunden ist.

Das bedeutet, jede Schwingung des Spinnrotors 3 bzw. des Rotorschaftes 4 wird über den Permanentmagnetring 29 magnetisch auf den Permanentmagnetring 33 und damit auf den Schwingungskörper 31 übertragen, der entsprechend sofort mitzuschwingen versucht.

Die Schwingungen des Schwingungskörpers 31 werden dabei allerdings durch einen Rollenkörper 32 gedämpft, der zwischen dem Schwingungskörper 31 und der stationären Lagerplatte 40 eingeschaltet ist. Der Rollenkörper 32 verfügt dabei über Rollenbahnen 36, 37, die durch das Magnetfeld der vorgenannten Permanentmagnetringe 29, 33 axial beaufschlagt, auf die im Rollenkäfig 38 fixierten Lagerrollen 39 drücken.

Die Rollenbahnen 36, 37, die beispielsweise durch eine Klebverbindung am Schwingungskörper 31 beziehungsweise der Lagerplatte 40 festgelegt sind, weisen ebene Laufflächen auf. Das heißt, die Lagerrollen 39 werden beim Auftreten von Rotorschwingungen auf den Laufflächen der Rollenbahnen 36, 37 in radialer Richtung ausgelenkt. Die bei der Verlagerung der Lagerrollen 39 auftretende Rollreibung führt zu einer wirkungsvöllen Dämpfung des Schwingungssystems.

Da die wirksame Rollreibung des Rollenkörpers 32 unter anderem vom Anlagedruck der Rollenbahnen 36, 37 an den Lagerrollen 39 und damit proportional vom Abstand der Permanentmagnetringe 29, 33 abhängig ist, kann das Schwingungsverhalten der erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung 9 relativ leicht eingestellt werden.

Beim Auftreten von extremen Schwingungen, die die magnetischen Kopplungskräfte der Permanentmagnetlagerringe 29, 33 überschreiten, läuft der Rotorschaft 4 an das mechanische Begrenzungslager 34, das zum Beispiel aus einer Messingbuchse besteht, an und verlagert dabei den Schwingungskörper 31 mechanisch in radialer Richtung.

In einer alternativen Ausbildung kann der Schwingungskörper 31 zusätzlich von einem weiteren Dämpfungsmedium, zum Beispiel einem Lagerring 35 aus dauerelastischem Kunststoff, umgeben sein.

Ein solcher dauerelastischer Kunststofflagerring 35 unterstützt die Rollreibung des Rollenkörpers 32.

Das heißt, falls notwendig können durch den Einsatz eines solchen dauerelastischen Kunststofflagerringes 35 Rotorschwingungen noch wirkungsvoller gedämpft werden.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel begrenzt.

Im Rahmen der Erfindung sind durchaus weitere Ausführungsvarianten vorstellbar, ohne daß dadurch der allgemeine Erfindungsgedanke verlassen wird.

Es ist beispielsweise denkbar, die erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung 9 sowohl, wie vorstehend beschrieben, im Bereich der vorderen Lagerstelle 27 zu installieren als auch zusätzlich eine entsprechende Dämpfungseinrichtung 9 im Bereich der hinteren Lagerstelle der Magnetlageranordnung 5 vorzusehen.

Claims (7)

1. Magnetlageranordnung zur axialen und radialen Abstützung eines mit hoher Drehzahl umlaufenden Spinnrotors, mit jeweils rotor- und statorseitigen Permanentmagnetringen sowie einer Dämpfungseinrichtung zur Beeinflussung radialer Rotorschwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung (9) einen magnetisch gelagerten Schwingungskörper (31) aufweist, der mit einer rotorseitigen Lagerkomponente (29) korrespondiert, wobei zwischen dem Schwingungskörper (31) und einer statorseitigen Lagerplatte (40) ein Rollenkörper (32) eingeschaltet ist.

2. Magnetlageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Schwingungskörper (31) ein Permanentmagnetring (33) festgelegt ist, der magnetisch mit einem rotorseitig installierten Permanentmagnetring (29) verbunden ist.

3. Magnetlageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rollenkörper (32) aus einer am Schwingungskörper (31) angeordneten Rollenbahn (36), einer an der Lagerplatte (40) festgelegten Rollenbahn (37) sowie einem dazwischen liegenden Rollenkäfig (38) mit Lagerrollen (39) besteht.

4. Magnetlageranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenbahnen (36, 37) aus einem hochverschleißfesten Material, vorzugsweise einem Keramikwerkstoff, bestehen.

5. Magnetlageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungskörper (31) zusätzlich in einem weiteren Dämpfungsmedium (35) gelagert ist.

6. Magnetlageranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzliches Dämpfungsmedium ein dauerelastischer Kunststofflagerring (35) vorgesehen ist, der den Schwingungskörper (31) umfaßt.

7. Magnetlageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungskörper (31) ein Begrenzungslager (34) aufweist, das einen Rotorschaft (4) des Spinnrotors (3) mit geringem Spiel umfaßt.