DE19528452C2 - Spindel zur Gaslagerung eines schnelldrehenden Werkzeugs - Google Patents
Spindel zur Gaslagerung eines schnelldrehenden WerkzeugsInfo
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- 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
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Description
Im deutschen Patent 44 42 384 ist eine Spindel zur aerostatischen Lagerung eines
Offenend-Spinnrotors beschrieben. Es wurde nun gefunden, daß statt
Offenend-Spinnrotore auch andere schnelldrehende Werkzeuge zum Einsatz kommen
können. Beispiele derartiger Werkzeuge sind der Kopf eines Lackzerstäubers, die
Tonne einer Zentrifuge und optische Werkzeuge, wie Prismen, Polygone und
dergleichen. Statt Luft können zur Lagerung auch andere Gase eingesetzt werden.
Die Lagerung kann statisch oder dynamisch sein.
Bei Lackzerstäubern ist beispielsweise trotz oft im Einsatz befindlicher
aerostatischer Lagerungen immer noch ein starres Befestigen des Zerstäubers an
der rotierenden Welle üblich, wodurch kleine Unwuchtmassen oder ein geringer
exzentrischer Sitz des Zerstäubers auf der Welle bereits zur Oberlastung der
aerostatischen Lagerung führen können.
Da bei gleicher Baugröße die Belastbarkeit von Gaslagern gegenüber Wälzlagern
um ein Vielfaches geringer ist, war ihr Einsatz bisher oft nicht möglich. Außerdem
führt eine geringfügige Überlastung der Gaslagerung bei hoher Drehzahl bereits zu
einem irreparablen Totalausfall.
Aus der DE 27 11 065 A1 ist ein Fanglager für überkritisch laufende Rotoren
bekannt, das den Rotor umgibt und aufgrund von radialen Rotorbewegungen zum
Einsatz ein- bzw. ausgeschaltet wird.
Zwischen dem Fanglager und dem Rotor ist ein definierter Spalt vorgesehen, der
mindestens so groß ist wie die maximale Amplitude des Rotors im Nennbetrieb.
Rotore gemäß der DE 27 11 065 werden insbesondere im Turbinen- und Ver
dichter-Sektor eingesetzt. Diese Rotore tragen keine schnelldrehenden Werkzeuge. Das
dort vorgesehene Fanglager befindet sich zwischen den Endlagern des Rotors. Es
sind mechanische Federelemente oder Dämpfungseinrichtungen vorgesehen, um
das Fanglager im nicht mitrotierenden Gehäuse zu zentrieren.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gaslagerung für andere
schnelldrehende Werkzeuge als Offenend-Spinnrotore zu schaffen, die durch
auftretende Kräfte wie zum Beispiel Unwuchtkräfte nicht überlastet werden kann, so
daß die mit der Überlastung eintretende Zerstörung des Gaslagers ausgeschlossen
ist. Es wurde gefunden, daß ein elastisches Bindeglied zwischen gasgelagerter
Welle und Werkzeug ein Übertragen der Unwuchtkräfte, die vom Werkzeug
ausgehen, auf die Welle verhindert. Dieses elastische Bindeglied ist ein in die Welle
eingebrachter freischwingender Fortsatz, an dessen einem Ende sich das Werkzeug
befindet. Beim Hochfahren auf Betriebsdrehzahl des Werkzeugs muß die erste
Eigenschwingung des Fortsatzes (Resonanz) durchfahren werden. Die
Schwingungsausschläge des Fortsatzes waren, sobald die Drehzahl sich der
Eigenschwingungsfrequenz näherte, so groß, daß der Fortsatz oder das Gaslager
beschädigt wurden. Durch ein Lager am werkzeugseitigen Ende-des Fortsatzes, das
als Gleit- oder Wälzlager ausgebildet ist, können die Schwingungsausschläge auf
das Spiel dieses Lagers begrenzt werden. Die Eigenschwingung des Fortsatzes
kann somit durchfahren werden.
Nach dem Durchfahren der Eigenschwingung läuft das Werkzeug im überkritischen
Schwingungsbereich sehr ruhig. Mit steigender Drehzahl wird das Werkzeug durch
die entstehenden Kreiselmomente immer mehr stabilisiert, so daß das Lager am
werkzeugseitigen Ende des Fortsatzes nicht mehr in Funktion tritt, da es mindestens
das zweifache Lagerspiel der radialen Gaslagerung aufweist.
Bei manchen Anwendungsfällen ist es dabei notwendig, daß der schwingungsfreie
Fortsatz eine Bohrung aufweist, durch die etwas durchgeführt werden kann
(beispielsweise Lack, Baumwollfasern usw.). Damit ist hier ein gewisser
Mindestdurchmesser vorgegeben. Das Freischwingen wird dadurch erzeugt, daß die
Wandstärke des Fortsatzes zwischen Preßverbindung der Welle und Lager des
Fortsatzes entsprechend dünn ausgestaltet wird.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist die lösbare Verbindung zwischen Fortsatz
und Werkzeug, die ein einfaches Auswechseln des Werkzeuges erlaubt. Da die
Verbindung im überkritischen Schwingungsbereich liegt, werden keine hohen
Genauigkeitsanforderungen gestellt. Es ist keine Gefahr durch Schmutz, der beim
Zusammenfügen einen exzentrischen Sitz des Werkzeuges verursacht, gegeben.
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gaslagerung am
Beispiel eines Kopfes eines Lackzerstäubers anhand der Zeichnung (Fig. 1) näher
beschrieben.
Die Welle 5 ist aerostatisch in einem Gehäuse 8 in radialer Richtung gelagert. Die
axiale Lagerung besteht aus einer Kombination zwischen Dauermagnet 12 und
einseitig wirkendem aerostatischen Axiallager, das vom radialen Lagerspalt her mit
Luft versorgt wird. Die Ausführungsformen von aerostatischen Lagern sind aus dem
Stand der Technik bekannt. Die hier eingesetzte aerostatische Lagerung zeichnet
sich vor allem durch den niedrigen Luftverbrauch aus.
Die Welle wird an einem Ende über eine Luftturbine 9 angetrieben. In der Welle 5
befindet sich eine zentrische Bohrung, an deren Ende ein Fortsatz 2 durch eine
Preßverbindung 6 befestigt ist. Der Fortsatz ist in Form einer Rohrstange 2
ausgebildet, an deren Ende der Lackzerstäuber 1 durch eine Schraubverbindung
angebracht ist. Die Wandstärke des Fortsatzes 13 ist zwischen der Preßverbindung
6 und dem Lager des Fortsatzes 4 äußerst dünn (0,08 mm) gestaltet, damit
genügend Elastizität des freischwingenden Fortsatzes 2 gegeben ist, um die
Eigenschwingung bereits im Drehzahlbereich zwischen 6000 und 8000 U/min
durchfahren zu können. Zum werkzeugseitigen Ende 1 hin nimmt die Wandstärke
des Fortsatzes 2 wieder stark zu, um die Lagerung und die lösbare
Werkzeugaufnahme zu ermöglichen.
Das Lager an Ende des Fortsatzes 2, an dem Lackzerstäuber 1 angebracht ist,
besitzt das zwanzigfache Lagerspiel 10 des aerostatisch radialen Lagers 11, das
hier ein Spiel vom 20 µm hat. Dieses Lager 4 ist hier als ein mit ölgetränktes
Sinterbronzegleitlager ausgeführt. Ebenso kann ein Wälzlager mit genügend
Lagerspiel eingesetzt werden. Um eine gute Dämpfung des Lagers beim
Durchfahren der ersten Eigenschwingung zu erreichen, ist das Gleitlager 4 auf
O-Ringen 3 im Gehäuse aufgehängt.
Die Spindel ist für eine Betriebsdrehzahl von 80 000 U/min ausgelegt. Die erste
Eigenschwingung des Fortsatzes 2 wird bereits bei der Drehzahl 7000 U/min
durchfahren. Danach läuft der Lackzerstäuber im überkritischen
Schwingungsbereich, d. h. die Massenkräfte im Zerstäuber sind stets ausgeglichen
und die Kräfte auf die aerostatische Lagerung sind selbst bei großen
Unwuchtmassen gering.
Claims (3)
1. Gaslagerung für schnelldrehende Werkzeuge, ausgenommen
Offenend-Spinnrotore, bestehend aus einer rotierenden Welle, die in einem Gehäuse
in axialer und radialer Richtung gasgelagert ist, wobei ein Hilfslager vorge
sehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (5) einen freischwingen
den Fortsatz (2) aufweist, an dessen freiem Ende das Werkzeug (1) ange
bracht ist, und daß nahe des werkzeugseitigen Endes das Hilfslager (4)
angeordnet ist, wobei dieses Hilfslager als Gleit- oder Wälzlager ausge
bildet ist und mindestens das zweifache Lagerspiel (10) der radialen Gas
lagerung (11) aufweist.
2. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (5)
eine zentrische Bohrung (6) umfaßt, in welcher der Fortsatz (2) durch eine
Preßverbindung befestigt ist und die Wandstärke des Fortsatzes (2) zum
werkzeugseitigen Ende hin zunimmt.
3. Lagerung nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen Fortsatz (2) der Welle und Werkzeug (1) eine lösbare Verbindung
besteht, die das einfache Auswechseln des Werkzeuges ermöglicht.
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