DE2935218C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überwachungseinrich­ tung für ein Lager einer hochtourig laufenden Welle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Überwa­ chungseinrichtung ist bekannt (DE-OS 22 20 533).

Nachteilig bei dieser bekannten Überwachungseinrichtung ist, daß Leitungen zwischen den Schleifkontakten und der Überwachungseinrichtung nicht auf Unterbrechung überwacht werden, so daß bei Leitungsbruch unter Umständen ein de­ fektes Lager unentdeckt bleibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungs­ einrichtung für ein Lager einer hochtourig laufenden Welle der eingangs genannten Art anzugeben, die auch bei fehlen­ der elektrischer Verbindung der Schleifkontakte mit der Überwachungseinrichtung Schutz bietet.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1 gelöst.

Spindeln, die hochtourig umlaufen und überkritisch gelagert sind, sind an sich bekannt (DE-PS 5 45 120, DE-GM 72 46 053).

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2-4 gekennzeichnet.

Anhand der Zeichnungen seien mehrere Ausführungsbei­ spiele der Erfindung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 die schematische Darstellung einer Auf­ spulspindel für Fäden mit einer Überwa­ chungseinrichtung;

Fig. 2-4 verschiedene Überwachungseinrichtungen.

Dargestellt ist eine Spulspindel 1, wie sie Verwendung findet in Aufspulmaschinen für Chemiefasern. Derartige Chemiefasern werden mit Abzugsgeschwindigkeiten von 3000 m/min und mehr erzeugt und müssen mit dieser Geschwindigkeit auch zu einer Spule 4 aufgespult werden. Dabei muß die Spule eine konstante Umfangsgeschwindigkeit haben, da anderenfalls Qualitätsschwan­ kungen der Chemiefaser über die Fadenlänge zu befürchten sind. Andererseits ist es wünschenswert, möglichst dicke Spulen zu erzeugen. Das bedeutet, daß zu Beginn der Spulreise die Dreh­ zahl der Spulspindel 1 sehr hoch ist, während sie mit zunehmendem Spulendurchmesser geringer wird. Es werden also sehr weite Betriebsdrehzahlbereiche durchfahren. Deswegen ist es heute bevorzugt, derartige Spulspindeln 1 weich, d. h. überkritisch, zu lagern, so daß beim Anlaufen bereits die kritische Drehzahl durchfahren wird.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist eine Spul­ spindel 1 dargestellt, die in einem als Rohr ausgebildeten ortsfesten Lagerteil 11 in den Wälzlagern 5, 6, 7 unter Zwischenschaltung der Gummielemente 8, 9, 10 drehbar gelagert ist. Mit der Spulspindel 1 fest verbunden ist das Spannfutter 2, das das ortsfeste, rohrförmige Lagerteil 11 konzentrisch umgibt. Auf dem Spannfutter 2 ist die Spulenhülse 3 aufgespannt und darauf eine Spule 4 aufgewickelt. Die Spulspindel 1 wird durch eine auf dem Umfang der Spule 4 anliegende Treibwalze 12 durch Motor 13 mit konstanter Umfangsgeschwindigkeit angetrie­ ben. Das bedeutet, daß die Spulspindel 1 zu Beginn der Spul­ reise - d. h. also, wenn noch kein Fadenmaterial auf der Hülse 3 abgelegt ist - eine höhere Drehzahl hat als im gezeigten oder in einem noch späteren Zustand der Spulreise.

Die Treibwalze 12 ist in radialer Richtung zur Spulspindel 1 bzw. der Spule 4 bewegbar, damit die Treibwalze 12 vor dem wachsenden Durchmesser der Spule 4 ausweichen kann. Durch eine hier nur schematisch dargestellte Abhebeinrichtung (pneuma­ tische Zylinder-Kolben-Einheit 33) kann die Treibwalze 12 von dem Spulenumfang abgehoben werden, wenn die Spulreise beendet ist oder unterbrochen werden soll.

Die Spulspindel 1 besitzt auf ihrer einen Stirnfläche die Schleifkontakte 15, 16, die durch Leitungen 21, 23 mit dem Verstärker 20 (Signalgeber) verbunden sind. Der ortsfeste Lagerteil 11 ist durch Leitung 22 mit der Spannungsquelle ver­ bunden, an der auch der Verstärker 20 anliegt.

Der Verstärker 20 enthält - wie hier im einzelnen nicht dargestellt ist - auch eine Schaltung zur Leitungsbruchüber­ wachung der Leitungen 21, 23 und der Schleifkontakte 15, 16.

Ferner erscheint ein Ausgangssignal 24, wenn in dem Strom­ kreis aus Leitungen 21, 23 mit Schleifkontakten 15, 16 und Spulspindel 1 sowie ortsfestem Lagerteil 11 und Leitung 22 ein Strom fließt. Dies ist dann der Fall, wenn die isolierenden Gummielemente 8, 9, 10 falsch eingebaut sind, infolge des Betriebs verrutschen oder verschleißen oder durch metallische Verunreinigungen ein metallischer Kontakt zwischen den Außen­ ringen der Wälzlager 5, 6, 7 und dem ortsfesten Lagerteil 11 entsteht.

Das Ausgangssignal 24 des Verstärkers 20 kann allein zur Er­ zeugung eines optischen oder akustischen Signals benutzt werden. In dem Ausführungsbeispiel wird folgende Verwendung von dem Ausgangssignal 24 gemacht:

Der Treibwalzen-Motor 13 wird normalerweise durch Einschalter 34 und Selbsthaltung 35 mittels Relais 29 und Schalter 30 in Be­ trieb gesetzt, wobei der Schalter 30 den Motor 13 mit dem Kraft­ stromnetz 14 verbindet. Gleichzeitig wird durch Betätigung des Einschalters 34 auch das Relais 31 betätigt, was mit seinem mechanischen Ausgangssignal einen Wandler 32 betätigt, durch welchen die pneumatische Zylinder-Kolben-Einheit 33 so betätigt wird, daß die Treibwalze 12 nach unten - d. h. gegen die Spule 4 - verfahren wird. Wenn nun das Ausgangssignal 24 erscheint, so wird durch Relais 25 der Schalter 28 geöffnet, was zur Folge hat, daß die Relais 29 und 30 abfallen und damit die Selbsthaltung 35 und Schalter 30 öffnen. Ferner wird der Wandler 32 so betätigt, daß die pneumatische Zylinder-Kolben-Einheit 33 die Treibwalze 12 von der Spule abhebt. Ferner kann eine hier nicht dargestellte Bremse betätigt werden.

Die Betriebsbereitschaft der Überwachungseinrichtung wird durch die Kontrollampe 27 ständig überwacht. Bei Erscheinen des Ausgangssignals 24 wird die Kontrollampe durch Schalter 26 aus­ geschaltet, so daß hierdurch auch ein optisches Signal gegeben ist.

Einzelheiten zur Ausführung der Schaltung ergeben sich aus den Fig. 2, 3 und 4.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltung erfolgt die Überwa­ chung in folgender Weise:

• 1. Normalbetrieb:
  Über den Widerstand R 1, die Kohlebürsten (Schleifkontakte) KB 1 und KB 2 (in Fig. 1 mit 15, 16 bezeichnet) sowie über die Welle W in Fig. 1 mit 1 bezeichnet) und den Widerstand R 3 wird der Basis des Transistors T 1 eine positive Spannung zugeführt. Dadurch wird der Transistor T 1 leitend, das heißt: die Spannung zwischen Kollektor und Emitter des Transistors T 1 und damit über dem Ladekondensator C 2 nimmt einen sehr geringen Wert an. Die Zenerdiode D 4 ist gesperrt. Über den Ableitwiderstand R 8 ist damit auch der Transistor T 2 gesperrt. Damit wird das Relais K 1 nicht erregt. Der Kondensator C 1 dient zur Ableitung von kurzen Störsignalen. Der Widerstand R 4 ist der Ableitwiderstand für den Transistor T 1.
• 2. Kontakt zwischen Welle W und Gehäuse G (in Fig. 1 mit 11 bezeichnet):
  Es entsteht im Störungsfalle ein Kontakt zwischen der Welle W und dem Gehäuse G, so wird für die Dauer des Kontaktes die Welle W direkt, d. h. mit sehr geringem Widerstand mit dem Minuspol der Spannungsquelle verbunden. Damit wird auch die Basis des Transistors T 1 über den Widerstand R 3 mit dem Minuspol verbunden. Der Transistor T 1 wird gesperrt. Damit kann sich der Kondensator C 2 über dem Widerstand R 5 mit der Zeitkonstante T = C 2 × R 5 aufladen. Hat die Spannung an C 2 die Zenerspannung der Diode 4 überschritten, so wird der Transistor T 2 leitend. Das Relais K 1 zieht an und hält sich über den eigenen Kontakt K 1 selbst. Außerdem wird ein weiterer Kontakt des Relais K 1 benötigt, der dann in der Gesamtsteuerung die Abschaltung bewirkt.
• Durch Betätigung der Taste S 2 läßt sich die Selbsthaltung des Relais K 1 aufheben und die Anlage wieder in den Über­ wachungszustand bringen. Die Diode D 5 dient dazu, daß beim Abschalten des Relais K 1 keine hohen Spannungsspitzen entstehen.
• 3. Leitungsbruchüberwachung über die Kohlebürsten:
  Wird die Leitung über die Kohlebürsten unterbrochen, so gelangt die positive Spannung nicht mehr an die Basis des Transistors T 1. Über den Ableitwiderstand R 4 liegt die Basis des Transistors T 1 an Minuspotential. Der Transistor T 1 sperrt. Damit ergibt sich die gleiche Wirkung, als ob ein Kontakt zwischen Welle W und Gehäuse G vorhanden sei (siehe Ziffer 2).
• 4. Ausschalten der Anlage z. B. während des Anlaufs der Spindel:
  Wie in der Fig. 3 als Ergänzung zu Fig. 2 dargestellt ist, wird bei Betätigung des Schalters S 1 (z. B. während des Anlaufs) die über die Kohlebürsten 1 an die Welle W geführte Leitung für die positive (Sensor)Spannung aufgetrennt und stattdessen die positive Spannung über den Widerstand R 2 und R 3 direkt auf die Basis des Transistors T 1 geschaltet.
• Eine Berührung zwischen Welle W und Gehäuse G wirkt sich in diesem Schaltzustand, d. h. bei Betätigung des Schalters S 1 also nicht aus.
• 5. Gehäuse G ist nicht mit dem Minuspol der Spannungsquelle verbunden:
  Nach Fig. 4 als Ergänzung zu Fig. 2 und Fig. 3 wird zusätz­ lich überwacht, ob der Minuspol der Spannungsquelle mit dem Gehäuse G verbunden ist.

Im Normalfall fließt ein Strom von der positiven Spannungs­ quelle über den Widerstand R 6 zu dem auf Minuspotential liegenden Gehäuse G. In diesem Falle liegt der Verbindungs­ punkt zwischen der Diode D 2 und dem Widerstand R 6 auf sehr niedrigem Potential. Da außerdem der Transistor T 1 leitend ist, liegt auch der Kollektor des Transistors T 1 und damit der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R 5 und der Diode D 1 auf niedrigem Potential. Damit ist auch die Diode D 2 gesperrt. Der Kondensator C 2 wird über den Widerstand R 7 entladen.

Wird nun die Verbindung zwischen dem Minuspol der Span­ nungsquelle und dem Gehäuse G unterbrochen, so kann kein Strom mehr über das Gehäuse G fließen. Dadurch wird die Diode D 2 leitend. Der Kondensator C 2 lädt sich unabhängig vom Zustand des Transistors T 1 über den Widerstand R 6 und die Diode D 2 auf. Überschreitet die Spannung am Kondensator C 2 die Zenerspannung der Zenerdiode D 4, so wird der Tran­ sistor T 2 leitend, das Relais K 1 zieht an und hält sich selbst. Die beiden Dioden D 1 und D 2 dienen also zur gegen­ seitigen Entkopplung der Spannungen.

In hier nicht dargestellter Weise kann durch Hinzufügen einer Umkehrstufe die Schaltung auch nach dem Ruhestrom­ prinzip arbeiten. Dadurch ist die Möglichkeit vorhanden, auch bei Ausfall der Spannungsquelle für die Überwachungs­ einrichtung die Spindel abzuschalten.

Claims (6)

1. Überwachungseinrichtung für ein Lager einer hochtourig laufenden Welle,
bei dem der ortsfeste und der rotierende Teil voneinander elektrisch isoliert sind und beide Teile die Kontakte eines im störungsfreien Betrieb offenen Schalters bilden, der gemeinsam mit einer Betriebsspannungsquelle und einem Signalgeber in einem elektrischen Stromkreis liegt, wobei die elektrische Verbindung mit dem rotierenden Teil über mindestens einen Schleifkontakt erfolgt,
dadurch gekennzeichnet, daß
bei Anwendung auf eine Spindel, bei der in dem ortsfesten Teil (11) der rotierende Teil (1) durch Wälzlager (5, 6, 7) unter Zwischenschaltung von elastischen, nichtmetal­ lischen und elektrisch isolierenden Federelementen (8, 9, 10) mit niedrigem Elastizitätsmodul überkritisch gelagert ist,
die Spindel über einen ersten Schleifkontakt (15) mit dem einen Pol (+) einer Betriebsspannungsquelle und über einen zweiten Schleifkontakt (16) sowie Widerstände (R 3, R 4) mit dem anderen Pol (-) der Betriebsspannungsquelle verbunden ist, während der ortsfeste Teil (11) ebenfalls mit dem anderen Pol (-) der Betriebsspannungsquelle verbunden ist,
und daß der Signalgeber in Abhängigkeit von dem zwischen dem zweiten Schleifkontakt (16) und dem anderen Pol (-) der Betriebsspannungsquelle fließenden Strom geschaltet wird.

2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der erste Schleifkontakt (15) über einen ersten Wider­ stand (R 1) mit dem einen Pol (+) der Betriebsspannungs­ quelle verbunden ist,
und daß der zweite Schleifkontakt (16) über einen zweiten Widerstand (R 3) mit der Basis eines ersten Transistors (T 1) verbunden ist, dessen Basis-Emitter-Strecke ein dritter Widerstand (R 4) parallel geschaltet ist und dessen Emitter-Kollektor-Strecke über einen Kollektorwiderstand (R 5) an die Betriebsspannungsquelle angeschaltet ist und dessen Emitter-Kollektor-Strecke ein Kondensator (C 2) parallel geschaltet ist,
wobei der Kollektor des ersten Transistors (T 1) über eine Z-Diode (D 4) mit der Basis eines zweiten Transistors (T 2) verbunden ist, dessen Emitter-Kollektor-Basis-Strecke ein Ableitwiderstand (R 8) parallel geschaltet ist und dessen Emitter-Kollektor-Strecke in Reihe mit dem Signalgeber an der Betriebsspannungsquelle liegt.

3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber ein Relais (K 1) ist, wobei das Relais (K 1) bei elektrischem Kontakt zwischen ortsfestem und rotierendem Teil (11, 1) oder einer Unterbrechung auch nur einer der Zuleitungen (21, 23) zu den beiden Schleif­ kontakten (15, 16) einen Selbsthalte- und einen weiteren Kontakt schließt, durch den die Abschaltung des Antriebs der Welle oder zumindest eine Meldung ausgelöst wird.

4. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks kurzzeitiger Ausschaltung der Überwachungs­ einrichtung, insbesondere beim Hochlauf der Welle, ein Schalter (S 1) vorgesehen ist, mit dem die Verbindung zwischen dem zweiten Schleifkontakt (16) und der Basis des ersten Transistors (T 1) unterbrochen und ein vierter Widerstand (R 2) zwischen die Basis des ersten Transistors (T 1) und den einen Pol (+) der Betriebsspannungsquelle geschaltet wird.

5. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterdrückung von Störsignalen ein weiterer Konden­ sator (C 1) der Basis-Emitter-Strecke des ersten Transi­ stors (T 1) parallel geschaltet ist.

6. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß - zwecks zusätzlicher Überwachung der Leitung (22) zwischen dem ortsfesten Teil (11) und dem anderen Pol (-) der Betriebsspannungsquelle - zum einen Kondensator (C 2) ein fünfter Widerstand (R 7) parallel geschaltet ist und der kollektorseitige Anschluß des einen Kondensators (C 2) einerseits über eine erste Entkoppelungsdiode (D 1) mit dem Kollektor des ersten Transistors (T 1) und andererseits über eine zweite Entkoppelungsdiode (D 2) und einen sechsten Widerstand (R 6) mit dem einen Pol (+) der Betriebsspannungsquelle verbunden ist, wobei der Verbindungspunkt von sechstem Widerstand (R 6) und zweiter Entkoppelungsdiode (D 2) mit dem ortsfesten Teil (11) verbunden ist.