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Die Erfindung betrifft einen Offenend-Spinnrotor, der einen Rotorschaft, eine Rotortasse und eine Kupplungseinrichtung, die den Rotorschaft und die Rotortasse lösbar verbindet, umfasst. Die Kupplungseinrichtung weist Arretierungsmittel zur axialen Arretierung der Rotortasse, Übertragungsmittel zur formschlüssigen Übertragung eines Drehmomentes von dem Rotorschaft auf die Rotortasse und zusätzlich Zentriermittel zur Zentrierung von Rotorschaft und Rotortasse auf. Die Zentriermittel umfassen eine zylindrische Bohrung und einen dazu korrespondierenden Führungsansatz, der in die zylindrische Bohrung einführbar ist.
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In Offenend-Rotorspinnmaschinen eingesetzte Spinnrotoren müssen bei Bedarf, zum Beispiel bei Verschleiß oder um einen anderen Garntyp auf der Rotorspinnmaschine zu fertigen, gewechselt werden können. Je nach Art der Lagerung kann es den Wechsel der Offenend-Spinnrotoren erschweren oder gar unmöglich machen, wenn die Rotortasse und der Rotorschaft unlösbar miteinander verbunden sind. Deshalb wurden bereits eine Vielzahl von Überlegungen angestellt, wie die Verbindung zwischen Rotortasse und Rotorschaft lösbar gestaltet werden kann. Neben der einfachen Austauschbarkeit der Rotortasse steht die sichere Verbindung während des Betriebes des Spinnrotors im Vordergrund. Dabei ist zu beachten, dass der Spinnrotor bei Drehzahlen von 150.000 Umdrehungen pro Minute und mehr betrieben wird. Es sind Rotorspinnmaschinen bekannt, die bis zu 200.000 Umdrehungen pro Minute erreichen.
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Eine Möglichkeit einer solchen lösbaren Verbindung ist in der
EP 1 156 142 B1 beschrieben. Diese wird mittels einer Kupplungsvorrichtung realisiert, die aus einer Magnetlagerung zur axialen Arretierung von Rotorschaft und Rotortasse und einer mechanischen Verdrehsicherung, die über Formschluss jede relative Rotationsbewegung zwischen Rotorschaft und Rotortasse verhindert, besteht. In den Rotorschaft ist eine Aufnahmehülse mittels einer Presspassung eingelassen. Die Aufnahmehülse weist in axialer Richtung hintereinander einen Permanentmagneten, einen Innenmehrkant und eine zylindrische Bohrung auf. Die Rotortasse weist einen Achsstummel beziehungsweise einen Ansatz aus ferromagnetischem Material mit einem Außenmehrkant, der mit dem Innenmehrkant korrespondiert, und einem Führungsansatz, der mit der zylindrischen Bohrung korrespondiert, auf.
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Die zylindrische Bohrung soll den Führungsansatz spielfrei umschließen. Eine solche spielfreie Verbindung ist aufgrund der immer vorhandenen Fertigungstoleranzen jedoch nicht möglich. Um die Austauschbarkeit der Rotortasse zu gewährleisten, wird also immer ein Spiel zwischen der zylindrischen Bohrung und dem Führungsansatz nötig sein. Aber selbst bei einem geringen Spiel, dass sich im Bereich weniger hundertstel Millimeter bewegt, können bei den hohen Drehzahlen, mit denen der Spinnrotor rotiert, Unwuchtkräfte entstehen, die den Antrieb und/oder die Lagerung des Spinnrotors schädigen können. Die Unwucht entsteht dabei durch den Achsversatz zwischen Rotortasse und Rotorschaft.
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Die
DE 10 2009 048 295 A1 offenbart ebenfalls einen Spinnrotor mit einer Rotortasse und einem Rotorschaft. Diese sind lösbar miteinander verbunden. Der Rotorschaft weist eine Bohrung auf und die Rotortasse einen Wellenstumpf, der in die Bohrung einführbar ist. In einer Umfangsnut des Wellenstumpfes oder der Bohrung ist ein Federelement angeordnet, dass beim Einführen des Wellenstumpfes in die Bohrung so gespannt werden soll, dass ein Drehmoment von dem Rotorschaft auf die Rotortasse übertragen wird. Es hat sich jedoch gezeigt, dass eine solche kraftschlüssige Drehmomentübertragung nicht die erforderliche Zuverlässigkeit aufweist. Zu Unwuchtkräften macht die Schrift keine Aussage.
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Die
EP 0 808 923 A1 offenbart einen Offenend-Spinnrotor, bestehend aus einer Rotortasse und einem diese aufnehmenden Trägerteil, über das die Rotortasse gelagert und angetrieben wird. Rotortasse und Trägerteil sind durch eine Klipsverbindung miteinander verbunden. Ein Teil der Klipsverbindung ist über ein elastisches Element aufgenommen. Dadurch wird die nötige Verformbarkeit der Klipsverbindung für die Montage erreicht. Das elastische Element soll außerdem Schwingungen, die durch eine Unwucht der Rotorasse erzeugt werden, dämpfen. Ein Achsversatz von Rotortasse und Trägerteil beziehungsweise Rotorschaft kann durch die offenbarte Konstruktion nicht verhindert werden.
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Die
DE 38 15 182 A1 offenbart verschiedene Kupplungseinrichtungen zum lösbaren Verbinden von Rotorschaft und Rotortasse. Es wird unter anderen eine aus elastischem Werkstoff bestehende Zentrierscheibe vorgeschlagen, die zwischen einem an der Rotortasse angesetzten Kupplungszapfen und einer mit dem Rotorschaft verbundenen Kupplungsschale angebracht ist. Der Durchmesser des Kupplungszapfens ist deutlich kleiner als der Durchmesser der Kupplungsschale. Der Zwischenraum zwischen Zapfen und Schale wird ausschließlich durch die elastische Zentrierscheibe ausgefüllt. Es ist zu bezweifeln, dass die für moderne Rotorspinnmaschinen erforderliche Zentriergenauigkeit auf diese Weise erreicht werden kann.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Spinnrotor der
EP 1 156 142 B1 so weiterzuentwickeln, dass die Rotortasse leicht ausgetauscht werden kann und gleichzeitig eine zuverlässige Zentrierung von Rotortasse und Rotorschaft erreicht wird.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zur Lösung der Aufgabe weist die zylindrische Bohrung und der Führungsansatz eine Spielpassung auf und die Zentriermittel umfassen eine elastische Anordnung, die sich zwischen der zylindrischen Bohrung und dem Führungsansatz befindet.
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Als Passung wird bekanntermaßen die maßliche Beziehung zwischen zwei gepaarten, toleranzbehafteten Teilen bezeichnet, wobei beide Teile das gleiche Nennmaß aufweisen, jedoch Lage und Größe der Toleranzfelder unterschiedlich sein können. Wenn die vorgegebenen Toleranzen im gesamten Toleranzfeld ein Spiel erlauben, spricht man von einer Spielpassung. Spielpassungen sind leicht zu fertigen und in der ISO-Norm ISO 286 genormt. Definitionsgemäß haben also die zylindrische Bohrung und der Führungsansatz das gleiche Nennmaß. Die Abweichungen liegen in einem engen Toleranzfeld. Die elastische Anordnung, die zwischen der zylindrischen Bohrung und dem Führungsansatz angeordnet ist, muss also nur einen geringen Abstand überbrücken. Die elastische Anordnung kann also in Verbindung mit der Spielpassung eine zuverlässige Zentrierung erreichen. Ein Versatz der Achsen von Rotortasse und Rotorschaft wird weitestgehend vermieden. Die einfache Austauschbarkeit der Rotortasse ist gewährleistet. Zum einen ist ein Spiel zwischen Bohrung und Führungsansatz vorhanden. Zum anderen sind die von der eleatischen Anordnung ausgeübten Kräfte gering, da sie nur der Zentrierung dienen und kein Drehmoment übertragen werden muss. Die Kräfte können also bei einem Wechsel der Rotortasse leicht überwunden werden.
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Vorzugweise ist das Spiel zwischen der zylindrischen Bohrung und dem Führungsansatz kleiner als 0,1 mm. In diesem Bereich kann man davon ausgehen, dass die Zentrierung mittels der elastischen Anordnung zuverlässig ermöglicht werden kann.
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Es versteht sich, dass die Zentrierung verbessert wird je geringer das Spiel zwischen Bohrung und Führungsansatz ist. Zum anderen steigt der Fertigungsaufwand desto enger die gewählten Toleranzen sind. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die Toleranzen so gewählt, dass das Spiel zwischen der zylindrischen Bohrung und dem Führungsansatz kleiner ist als 0,01 mm. Solche Toleranzen lassen sich realistisch fertigen und die Zentrierung durch die elastische Anordnung ist optimal.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Ausdehnung der elastischen Anordnüng in axialer Richtung der zylindrischen Bohrung größer als das 0,8-fache des Durchmessers der zylindrischen Bohrung. Genau wie bei einem Versatz, bei dem die Achsen von Rotortasse und Rotorschaft parallel zueinander verschoben sind, kann ein Winkelversatz, bei dem sich die Achsen von Rotortasse und Rotorschaft unter einem Winkel schneiden, Unwuchtprobleme hervorrufen. Wenn die elastische Anordnung die beschriebene Längsausdehnung aufweist, kann außerdem ein Winkelversatz zwischen den Achsen von Rotortasse und Rotorschaft vermieden werden.
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Auch die Fertigungsgenauigkeit der elastischen Anordnung ist begrenzt. Das gilt insbesondere, wenn die elastische Anordnung einstückig ausgebildet ist und eine größere Länge aufweist. Deshalb ist vorteilhafterweise die Ausdehnung der elastischen Anordnung in axialer Richtung der zylindrischen Bohrung kleiner als das 2,4-fache des Durchmessers der zylindrischen Bohrung.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die elastische Anordnung ein elastisches Element. Es ist möglich, nur ein einzelnes elastisches Element zu verwenden. Das heißt, dass die elastische Anordnung einstückig ausgebildet ist.
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Es ist auch möglich, dass die elastische Anordnung ein zweites elastisches Element umfasst, das in axialer Richtung der zylindrischen Bohrung beabstandet von dem ersten elastischen Element angeordnet ist. Durch die Verwendung von zwei Elementen kann mit vergleichsweise kurzen elastischen Elementen eine größere Ausdehnung der elastischen Anordnung in axialer Richtung der zylindrischen Bohrung realisiert werden. Die beiden elastischen Elemente können identisch ausgebildet sein.
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Das elastische Element kann zum Beispiel als Toleranzhülse ausgebildet sein. Die Toleranzhülse kann als gewelltes Band ausgebildet sein und aus Federbandstahl bestehen.
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Das elastische Element kann auch als O-Ring ausgebildet sein. Verzugsweise werden zwei O-Ringe axial beabstandet zueinander verwendet. Es ist natürlich auch möglich, zwei Toleranzhülsen in dieser Weise zu verwenden.
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Die Zentrierung kann verbessert werden, wenn in der zylindrischen Bohrung oder dem Führungsansatz ein umlaufender Einstich vorhanden ist, in dem das elastische Element eingesetzt ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 einen Spinnrotor mit einer Kupplungseinrichtung gemäß dem Stand der Technik und einem axialen Versatz von Rotortasse und Rotorschaft;
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2 der Spinnrotor gemäß 1 mit einem Winkelversatz zwischen Rotortasse und Rotorschaft;
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3 einen erfindungsgemäßen Spinnrotor mit O-Ringen;
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4 einen erfindungsgemäßen Spinnrotor mit einer Toleranzhülse;
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5 ein Schnittbild der Toleranzhülse aus 4;
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6 einen erfindungsgemäßen Spinnrotor mit einer alternativen Kupplungseinrichtung;
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7 ein Schnittbild der Kupplungseinrichtung aus 6.
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Die
1 und die
2 zeigen einen Spinnrotor
1 mit einer Kupplungseinrichtung
3 wie im Stand der Technik zum Beispiel aus der eingangs zitierten
EP 1 156 142 B1 bekannt. Anhand der beiden Figuren sollen die Probleme erläutert werden, die durch die vorliegende Erfindung behoben werden. Die
1 und
2 zeigen beide den gleichen Spinnrotor
1, so dass dieser im Folgenden nur einmal beschrieben wird. Der Spinnrotor
1 umfasst eine Rotortasse
2 und einen Rotorschaft
4, die über eine Kupplungseinrichtung
3 miteinander verbunden sind. Der Rotorschaft
4 ist in einer geeigneten, nicht dargestellten Lagerung gelagert und mit einem nicht dargestellten Antrieb verbunden. Der Antrieb versetzt den Rotorschaft
4 und damit den Spinnrotor
1 in Drehung. Die Rotortasse
2 weist einen Ansatz auf. Der Ansatz ist unterteilt in einen zylindrischen Führungsansatz
7 und ein Formschlusselement
9. In der vorliegenden Darstellung ist das Formschlusselement
9 als Außenmehrkant ausgebildet. Der Rotorschaft
4 weist eine zylindrische Bohrung
8 auf, die mit dem zylindrischen Führungsansatz
7 korrespondiert. Im Anschluss an die zylindrische Bohrung
8 weist der Rotorschaft
4 ein als Innenmehrkant ausgebildetes Formschlusselement
10 auf, das mit dem Formschlusselement
9 korrespondiert. Die Formschlusselemente
9 und
10 schaffen eine formschlüssige Verbindung zwischen der Rotortasse
2 und dem Rotorschaft
4, so dass ein Drehmoment übertragen werden kann. Zur axialen Arretierung der Rotortasse
2 weist der Rotorschaft
4 einen Magneten
5, der sich an den Innenmehrkant anschließt, auf. Der Magnet
5 übt eine Anziehungskraft auf den ferromagnetischen Ansatz der Rotortasse
2 aus. Zur axialen Arretierung sind die magnetischen Anziehungskräfte ausreichend.
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In 1 sind außerdem die Achsen 16 und 17 eingezeichnet. Bei der Achse 16 handelt es sich um die Symmetrieachse der Rotortasse 2. Die Achse 17 veranschaulicht die Symmetrieachse des Rotorschaftes 4. Aufgrund des Spiels zwischen der zylindrischen Bohrung 8 und dem Führungsansatz 7 weisen die Achsen einen Versatz e auf. Dieser Versatz e führt zu einer Unwucht des Spinnrotors. Diese Unwucht kann bei Drehzahlen bis zu 200.000 min–1 zu Schädigungen des Lagers oder des Antriebes führen. In 1 sind die Achsen parallel zueinander versetzt. 2 zeigt den gleichen Spinnrotor 1 wie 1. Die Achsen 16 und 17 sind jedoch nicht parallel zueinander versetzt, sondern Rotorschaft 4 und Rotortasse 2 sind gegeneinander gekippt. Anders ausgedrückt, die Achsen 16 und 17 von Rotortasse 2 und Rotorschaft 4 weisen einen Winkelversatz auf. Auch der Winkelversatz entsteht durch das Spiel zwischen Rotorschaft 4 und Rotortasse 2 und führt zu einer Unwucht des Systems mit den oben beschriebenen Nachteilen.
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Die 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Spinnrotor 1a. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Rotortasse 2 mit der Rotortasse 2 der 1 und 2 identisch. Der Rotorschaft 4a weist entsprechend dem Rotorschaft 4 eine zylindrische Bohrung 8, einen Innenmehrkant 10 und einen Magneten 5 zur axialen Arretierung der Rotortasse 2 auf. Die Kupplungseinrichtung 3a des Spinnrotors 1a unterscheidet sich dennoch von der Kupplungseinrichtung 3 des Spinnrotors 1. Im Bereich der zylindrischen Bohrung 8 des Rotorschaftes 4a sind zusätzlich zwei O-Ringe 13 und 14 angeordnet. Entlang des Umfangs der zylindrischen Bohrung 8 sind zwei Einstiche 18 und 19 vorhanden, in die die O-Ringe 13 und 14 eingelegt sind. Die beiden O-Ringe 13 und 14 sorgen in Verbindung mit einer Spielpassung zwischen der zylindrischen Bohrung 8 und dem korrespondierenden Führungsansatz 7 für eine zuverlässige Zentrierung von Rotortasse 2 und Rotorschaft 4a. Die beiden O-Ringe bilden eine elastische Anordnung. Die Ausdehnung der elastischen Anordnung in axialer Richtung der zylindrischen Bohrung ist in 3 mit Ia bezeichnet. Der Durchmesser der zylindrischen Bohrung 8 ist mit d bezeichnet. Wenn die Ausdehnung Ia im Verhältnis zum Durchmesser d ausreichend groß ist, kann auch ein Winkelversatz zwischen den Achsen der Rotortasse 2 und des Rotorschaftes 4a verhindert werden. Erfindungsgemäß muss dazu die Ausdehnung Ia mindestens 80% des Durchmessers d betragen.
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Die 4 und 5 zeigen eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Unterschied des Spinnrotors 1b zum Spinnrotor 1a liegt dabei darin, dass die Kupplungseinrichtung 3b eine andere elastische Anordnung aufweist. Der Rotorschaft 4b weist am Umfang der zylindrischen Bohrung 8 einen Einstich 20b auf. An dem Einstich 20b ist eine Toleranzhülse 15b angelegt. Um den Aufbau der Toleranzhülse 15b zu verdeutlichen, zeigt 5 einen Schnitt durch die Toleranzhülse entlang der Schnittlinie A-A. Die 5 zeigt, dass die Toleranzhülse 15b als gewelltes Band ausgebildet ist. Das gewellte Band kann aus Federbandstahl gefertigt sein. Im Ausführungsbeispiel der 4 besteht die elastische Anordnung aus dem elastischen Element, nämlich der Toleranzhülse 15b. Die Länge Ib der Toleranzhülse 15b entspricht hier der Ausdehnung der elastischen Anordnung in axialer Richtung der zylindrischen Bohrung. Die Länge Ib ist auch hier im Verhältnis zum Durchmesser d der zylindrischen Bohrung 8 so gewählt, dass ein Winkelversatz vermieden wird. Alternativ ist es auch möglich, statt der einen Toleranzhülse 15b zwei entsprechend kürzere Toleranzhülsen zu verwenden, die beabstandet zueinander angeordnet sind.
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Für die vorliegende Erfindung ist es im Prinzip unerheblich, wie die Rotortasse in axialer Richtung arretiert wird und wie die formschlüssige Verbindung zur Übertragung des Drehmoments realisiert ist. Zur Veranschaulichung zeigt die 6 eine alternative Ausführung der vorliegenden Erfindung. Der Spinnrotor 1c umfasst eine Rotortasse 2c, eine Kupplungseinrichtung 3c und einen Rotorschaft 4c. Anders als in den vorherigen Ausführungsbeispielen weist nicht der Rotorschaft 4 eine zylindrische Bohrung 8 auf, sondern die Rotortasse 2c weist eine zylindrische Bohrung 8c auf. Der Rotorschaft 4c weist einen dazu korrespondierenden Führungsansatz 7c auf. In dem Führungsansatz 7c ist ein umlaufender Einstich 20c eingebracht. So kann zwischen dem Führungsansatz 7c und der zylindrischen Bohrung 8c die Toleranzhülse 15c angeordnet werden, um Rotortasse 2c und Rotorschaft 4c zu zentrieren. Im Anschluss an den Führungsansatz 7c weist der Rotorschaft 4c ein Formschlusselement 11 auf. Die Rotortasse 2c umfasst ein dazu korrespondierendes Formschlusselement 12. Die 7 zeigt den Schnitt B-B mit den beiden Formschlusselementen 11 und 12. Die Formschlusselemente 11 und 12 haben eine kreiszylindrische Form mit zwei ebenen Flächen auf dem Umfang. Andere Formen sind möglich.
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Zur axialen Arretierung weist der Rotorschaft
4c zwei Verriegelungskörper
6 auf, die mittels des elastischen Elementes
21 und bei Drehung des Spinnrotors durch die Fliehkraft in die umlaufende v-förmige Nut
22 der Rotortasse
4c gedrückt werden. Die axiale Arretierung ist in der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2012 008 693.8 genauer beschrieben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1156142 B1 [0003, 0008, 0030]
- DE 102009048295 A1 [0005]
- EP 0808923 A1 [0006]
- DE 3815182 A1 [0007]
- DE 102012008693 [0035]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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