DE19618436A1 - Spinn- und Zwirnspindeloberteil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Spinn- und Zwirnspindeloberteil mit einem Aufsatz zur Aufnahme eines Kops und einem Spindelschaft zum Einsatz in ein Spindellager mit einem Hals- und einem Fußlager.

Spindeloberteile dieser Ausgestaltung gehören seit langer Zeit zum Stand der Technik. Ziel bei modernen Spinnmaschinen ist es dabei, die Spindel mit möglichst hohen Drehzahlen betreiben zu können. Bei hohen Betriebsdrehzahlen wird jedoch insbesondere das Halslager der Spindellagerung aufgrund von Vibrationen des Spindeloberteils stark belastet. Hierdurch entstehen außerdem höhere Laufgeräusche. Diese Vibrationen werden in der Regel durch Unwuchten und Eigenschwingungen der rotierenden Bauteile verursacht. Die Anregung von Eigenschwingungen des Spindel­ oberteiles kann über den Wirtel, das Halslager oder über Un­ wuchten am Aufsatz erfolgen. Das Auftreten von Unwuchten hat zur Folge, daß die Rotationsachse des Spindeloberteils und dessen zentrale Längsachse nicht mehr zusammenfallen. Das Spindeloberteil rotiert dann entlang einer Kegelmantelfläche.

Im Bereich des Halslagers kommt es durch den radialen Versatz des Spindelschaftes zu erhöhten Belastungen und erhöhten Lauf­ geräuschen. Wenn Eigenschwingungen angeregt werden, die im Bereich des Halslagers Schwingungsbäuche haben, so kommt es zu weiteren Belastungen des Halslagers und höheren Laufgeräu­ schen. Solche Eigenschwingungen können außer von dem Wirtel auch durch lagerabhängige Drehfrequenzen, wie Überrollungen, Käfigdrehzahl oder Welligkeiten, erfolgen. Auch im Bereich der Kopsaufnahme treten Unwuchten auf, die Eigenschwingungen an­ regen können, die im Bereich des Halslagers einen Schwingungs­ bauch aufweisen. In der Vergangenheit wurden daher schon Spin­ dellager vorgeschlagen, bei denen auch das Halslager elastisch gelagert und gedämpft ist, um diese durch Vibrationen des Spindeloberteils entstehenden Radialbelastungen gering zu halten. Solche doppelelastischen Lagerungen sind jedoch in der Herstellung sehr aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch konstruktive Änderungen des Spindeloberteils die bislang beobachteten La­ gerprobleme zu reduzieren.

Die Aufgabe wird mit einem Spinn- und Zwirnspindeloberteil der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Spindelschaft an seinem unteren Ende einen Verjüngungsbereich aufweist und die Länge des Schaftes und des Verjüngungsberei­ ches derart gewählt sind, daß der Angriffsbereich des Hals­ lagers des Spindellagers und das obere Ende des Verjüngungs­ bereiches des Spindelschaftes mit Schwingungsknoten oder Be­ reichen geringer Amplitude der hauptsächlich auftretenden Eigenschwingungen des Spindeloberteils zusammenfallen. Ver­ suche haben gezeigt, daß sich die Eigenschwingungsformen der unterschiedlichen, auf dem Markt befindlichen Spindeln kaum voneinander unterscheiden. Die Form der Biegelinie des Spin­ deloberteils läßt sich durch konstruktive Veränderungen des Spindelschaftes jedoch beeinflussen. Das bislang aufgetretene Phänomen, daß sich die Eigenschwingungen der Spindeloberteile immer ausgebildet haben und zu Lagerbelastungen und Laufgeräu­ schen führten, wenn diese Schwingungsbäuche im Lagerbereich hatten, und daß die Spindeloberteile aufgrund der Lagerstellen als Randbedingungen stets zusätzliche erzwungene Schwingungs­ formen ausführten und zu zusätzlichen Lagerbelastungen und Laufgeräuschen führten, kann durch die erfindungsgemäße kon­ struktive Ausgestaltung des Spindelschaftes reduziert werden. Dadurch, daß nun im Bereich des Halslagers die hauptsächlich auftretenden Eigenschwingungen des Spindeloberteils einen Knoten oder einen Bereich geringer radialer Auslenkung auf­ weisen, können diese erzwungenen Schwingungen weitgehend eli­ miniert werden. Hierdurch ist eine wesentlich höhere Laufruhe der Spindel und eine geringere Lagerbelastung sowie geringere Laufgeräusche gewährleistet. Dabei kann das untere Ende des Verjüngungsbereiches mit einem Schwingungsbauch der hauptsäch­ lich auftretenden Eigenschwingungen des Spindeloberteils zu­ sammenfallen. An dieser Stelle greift das Fußlager des Spin­ dellagers an, das radial elastisch und gedämpft ist. Hier stören die größeren Auslenkungen des Spindeloberteils also weit weniger als im Halslagerbereich und können gedämpft wer­ den.

Eine weitere konstruktive Maßnahme zur Reduzierung der auf­ tretenden Lagerkräfte kann darin überstehen, am Aufsatz des Spindeloberteils zwei Aufnahmestellen für einen Kops vorzuse­ hen, die mit Schwingungsbäuchen der Eigenschwingungen erster und zweiter Ordnung und Knotenbereichen der Eigenschwingungen dritter und vierter Ordnung des Spindeloberteils zusammenfal­ len. Bei hohen Drehzahlen treten insbesondere die Eigenschwin­ gungen zweiter bis vierter Ordnung auf. Die Eigenschwingung erster Ordnung tritt bei niedrigen Drehzahlen auf, muß aber beim Durchfahren gedämpft werden. Wenn beide Aufnahmestellen für den Kops im Bereich von Schwingungsbäuchen der Eigen­ schwingungen erster und zweiter Ordnung liegen, so liegt zwi­ schen den beiden Aufnahmestellen ein Schwingungsknoten. Das bedeutet, daß die Schwingungsbäuche an den Aufnahmestellen um 180° gegeneinander phasenverschoben sind. Wenn nun an diesen Aufnahmestellen die am Kops wirkenden Unwuchten auf die Spin­ del eingeleitet werden, so führt dies zu einer Dämpfung der Eigenschwingung erster und zweiter Ordnung. Außerdem wird durch diese Anordnung der Aufnahmestellen des Kops jeweils die um eine Wellenlänge höhere natürliche Eigenschwingungsform angeregt. Die um eine Wellenlänge höhere Schwingung weist jeweils im Bereich eines Schwingungsbauches der niedrigeren Schwingung, also im Bereich der Kopsaufnahmestellen, sowie im Halslagerbereich einen Knotenbereich und am unteren Schaftende eine starke Auslenkung auf, die dort jedoch vom Fußlager auf­ genommen wird. Insgesamt werden also durch die beschriebene Anordnung der Kopsaufnahmestellen die Eigenschwingungen des Spindeloberteils niedrigerer Ordnung in Eigenschwingungen höherer Ordnung umgewandelt, wodurch das Spindeloberteil in Lagerbereichen einen Knotenbereich sowie an ihrem Fußende eine maximale Auslenkung aufweist. Die Energien der am Kops wirken­ den Unwuchten werden also in gezielt dämpfbare Schwingungs­ energien umgewandelt. Die Trägheitsachse des Spindeloberteils wird dabei in ihrer Winkellage nicht verändert. Hierdurch kann eine Belastung des Halslagers durch Unwuchten stark vermindert bzw. teilweise ganz vermieden werden. Konstruktiv lassen sich die Aufnahmestellen für den Kops sowohl durch Vorsprünge am Aufsatz des Spindeloberteils als auch durch Vorsprünge im Kopsinneren realisieren.

Das erfindungsgemäße Spindellager für ein Spinn- und Zwirn­ spindeloberteil gemäß der Erfindung weist ein Hals- und ein Fußlager für den Spindelschaft auf, wobei das Fußlager aufge­ teilt ist in ein radiales Führungsgleitlager, das in Höhe des oberen Endes des Verjüngungsbereiches des Spindelschaftes angeordnet ist, und in ein radiales und axiales Dämpfungs­ glied, das im Bereich des Fußendes des Schaftes angeordnet ist. Hierbei kann das Dämpfungsglied von einem Radialgleit­ lager und einem Axialgleitlager gebildet werden, die in radia­ ler Richtung elastisch gelagert sind. Im Bereich des Schwin­ gungsknotens bzw. im Bereich geringer radialer Auslenkung der Spindel am oberen Ende des Verjüngungsbereiches ist hier also eine radiale Führung vorgesehen, die radial elastisch sein kann, während das starke Auslenkungen aufweisende untere Schaftende von einem Dämpfungsglied umfaßt wird. Zur Abstüt­ zung der Schaftspitze kann eine axial gerichtete Feder vor­ gesehen sein. Diese Feder kann auch radial beweglich sein, um im Bereich der Dämpfung der radialen Auslenkung des Schaftes nicht der Laufruhe störend entgegenzuwirken. Das Halslager hingegen kann in radialer Richtung unelastisch ausgebildet sein. Da im Halslagerbereich das Spindeloberteil einen Schwingungsknoten bzw. einen Bereich geringer Auslenkung auf­ weist, kann hier das Halslager in radialer Richtung starr ausgebildet sein, ohne deswegen zu Nachteilen hinsichtlich der Laufruhe bei hohen Drehzahlen zu führen. Diese Lagereinheit ist optimal auf das erfindungsgemäße Spindeloberteil abge­ stimmt, doch führt das Spindeloberteil nach der Erfindung auch bei Einsatz in herkömmliche Lagerungen zu erheblichen Entla­ stungen der Lager und zu einer Verminderung des Laufgeräuschs.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen eines erfin­ dungsgemäßen Spindeloberteils sowie einer Spindellagerung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen zentralen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Spindeloberteil sowie eine schematische Darstellung der Biege­ linien der Eigenschwingungen erster bis vierter Ordnung;

Fig. 2 einen zentralen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Spindellagerung mit ein­ gesetztem Spindeloberteil;

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Fußla­ gerbereiches der Spindellagerung nach Fig. 2;

Fig. 4 einen zentralen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Spindeloberteil mit aufgesetztem Kops sowie eine schematische Darstellung der Biegelinien der Eigen­ schwingungen erster bis vierter Ordnung des Spindeloberteils.

Das Spindeloberteil 10 nach Fig. 1 besteht aus einem Auf­ satz 11 zur Aufnahme eines nicht darstellten Kops sowie einem Spindelschaft 12 zum Einsatz in eine Spindellagerung. Der Spindelschaft 12 weist an seinem unteren Ende einen Verjün­ gungsbereich 12.1 auf. Rechts vom Längsschnitt durch das Spindeloberteil 10 sind in Fig. 1 die Biegelinien des Spindel­ oberteils bei Anregung mit Eigenschwingungen erster bis vier­ ter Ordnung dargestellt. Bei hohen Drehzahlen stellen sich insbesondere die Biegelinien 13 und 14 der Eigenschwingungen zweiter und dritter Ordnung ein. Für die Biegelinie 14 ist durch ein Kreuz ein Angriffsbereich 15 eines Halslagers 16 (Fig. 2) markiert. Wie man aus Fig. 1 ersieht, weisen die Biegelinien 14 und 19 in diesem Bereich 15 einen Schwin­ gungsknotenbereich auf, und die Biegelinie 13 der Eigenschwin­ gung zweiter Ordnung weist an dieser Stelle 15 einen Bereich mit geringer radialer Auslenkung auf. Weitere Schwingungskno­ tenbereiche sowohl der Biegelinie 13 zweiter Ordnung als auch der Biegelinie 14 dritter Ordnung und der Biegelinie 19 vier­ ter Ordnung fallen mit einem Übergangsbereich 17 zur Verjün­ gungszone 12.1 des Schaftes 12 zusammen. Das untere Schaften­ de 18 führt hingegen bei Anregung mit allen vier Eigenschwin­ gungen erster bis vierter Ordnung eine relativ starke radiale Auslenkung aus. Das in Fig. 1 dargestellte Spindeloberteil 10 führt zu Verbesserungen der Laufruhe der Spindel bei hohen Drehzahlen unabhängig vom Aufbau der Spindellagerung. Die Schwingungsknoten der Eigenschwingungen höherer Ordnung fallen alle in den Bereich des Halslagers der Spindellagerung. Auf diese Weise sind die dort auftretenden Lagerkräfte nur relativ gering. Die starke Auslenkung des Spindeloberteils im Bereich des Spindelfußes 18 wird vom Fußlager gedämpft. Eine optimal auf die Form des Spindeloberteils 10 abgestellte Spindellage­ rung ist in den Fig. 2 und 3 gezeigt. Das Halslager dieser Spindellagerung 20 ist ein in radialer Richtung unelastisch angeordnetes Wälzlager. Das Fußlager ist nun jedoch zweige­ teilt ausgebildet und besteht aus einem radialen Führungs­ glied 21 in Form eines Radialgleitlagers und einem Dämpfungs­ glied 22 im Bereich des unteren Schaftendes 18. Wie insbeson­ dere aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist das radiale Führungs­ glied 21 im Übergangsbereich 17 zwischen Schaft 12 und Verjün­ gungsbereich 12.1 des Schafts angeordnet. Dieses kann radial elastisch sein. Das Dämpfungsglied besteht aus einem Radial­ gleitlager 23 und einem Axialgleitlager 24. Beide Gleitla­ ger 23 und 24 sind innerhalb einer mit ölnuten versehenen Büchse 25 angeordnet, die wiederum von einer Dämpfungsspira­ le 26 umgeben ist. Zur axialen Abstützung des unteren Schaf­ tendes 18 ist eine axial gerichtete Schraubenfeder vorgesehen, die ebenfalls in radialer Richtung beweglich gelagert ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Dämpfung der Auslen­ kungen des unteren Schaftendes 18 die Laufruhe des Spindel­ oberteils nicht beeinträchtigt.

In Fig. 4 ist das Spindeloberteil 10 nach Fig. 1 mit einem aufgesetzten Kops 30 dargestellt. Dabei sind zwei Aufnahme­ stellen 31 und 32 des Kops 30 am Spindeloberteil 10 vorgese­ hen. Diese in Höhe der Linien 33 und 34 angeordneten Aufnahme­ stellen 31 und 32 sind bezüglich der Biegelinien 35 und 36 der Eigenschwingungen erster und zweiter Ordnung des Spindelober­ teils 10 im Bereich von Schwingungsbäuchen angeordnet, wie das Diagramm nach Fig. 4 zeigt. Die Schwingungsbäuche im Bereich der Aufnahmestellen 31 und 32 sind gegeneinander um 180° pha­ senverschoben. Bei Einleitung der Unwuchten des Kops 30 an diesen Stellen 31 und 32 auf das Spindeloberteil 10 führt dies zu einer Dämpfung der Eigenschwingungen erster und zweiter Ordnung. Dafür werden die Eigenschwingungen dritter und vier­ ter Ordnung, die durch die Biegelinien 37 und 38 dargestellt sind, angeregt. Hier fallen nun die Aufnahmestellen 31 und 32 des Kops 30 mit Schwingungsknotenbereichen der Biegelinien 37 und 38 zusammen. Die Eigenschwingungen dritter und vierter Ordnung haben den Vorteil, daß sie im Bereich des Halslagers, in Fig. 4 durch die horizontale Linie 39 dargestellt, einen Knotenbereich aufweisen. Ein weiterer Knotenbereich ist im Übergangsbereich zum verjüngten Schaftende 12.1 lokalisiert. Wird nun eine Spindellagerung gemäß den Fig. 2 und 3 verwen­ det, so fallen also sämtliche Knotenbereiche der höheren Ei­ genschwingungen des Spindelschafts 12 mit radialen Führungs­ gliedern in Form des Halslagers 16 sowie des radialen Füh­ rungsgliedes 21 zusammen. Die auftretenden Lagerkräfte sind also bei diesen Eigenschwingungen am geringsten. Die starke Auslenkung des unteren Schaftendes 18 wird vom Dämpfungs­ glied 22 aufgefangen und gedämpft.

Claims (6)

1. Spinn- und Zwirnspindeloberteil mit einem Aufsatz zur Auf­ nahme eines Kops und einem Spindelschaft zum Einsatz in ein Spindellager mit einem Hals- und einem Fußlager, da­ durch gekennzeichnet, daß der Spindelschaft (12) an seinem unteren Ende einen Verjüngungsbereich (12.1) aufweist und die Länge des Schaftes (12) und des Verjüngungsberei­ ches (12.1) derart gewählt sind, daß der Angriffsbereich des Halslagers (16) des Spindellagers (20) und das obere Ende (17) des Verjüngungsbereiches (12.1) des Spindel­ schaftes (12) mit Schwingungsknoten oder Bereichen gerin­ ger Amplitude der hauptsächlich auftretenden Eigen­ schwingungen (13, 14, 19) des Spindeloberteils (10) zu­ sammenfallen.

2. Spinn- und Zwirnspindeloberteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende (18) des Verjüngungs­ bereiches (12.1) mit einem Schwingungsbauch der hauptsäch­ lich auftretenden Eigenschwingungen (13, 14, 19) des Spin­ deloberteils zusammenfällt.

3. Spinn- und Zwirnspindeloberteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Aufsatz (11) zwei Aufnahme­ stellen (31, 32) für einen Kops (30) vorgesehen sind, die mit Schwingungsbäuchen der Eigenschwingungen erster und zweiter Ordnung (35, 36) des Spindeloberteils (10) zusam­ menfallen.

4. Spindellager für ein Spinn- und Zwirnspindeloberteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Hals- und einem Fuß­ lager für den Spindelschaft, dadurch gekennzeichnet, daß das Fußlager (21, 22) aufgeteilt ist in ein radiales Füh­ rungsgleitlager (21), das in Höhe des oberen Endes (17) des Verjüngungsbereiches (12.1) des Spindelschaftes (12) angeordnet ist, und in ein radiales und axiales Dämpfungs­ glied (22), das im Bereich des Fußendes (18) des Schaf­ tes (12) angeordnet ist.

5. Spindellager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied (22) von einem Radialgleitlager (23) und einem Axialgleitlager (24) gebildet wird, die in radialer Richtung elastisch gelagert sind.

6. Spindellager nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Abstützung der Schaftspitze (18) eine axial gerichtete Feder (27) vorgesehen ist.