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Dokumentenidentifikation DE102005023928A1 30.11.2006
Titel Friktionsfalschdrallaggregat
Anmelder Schaeffler KG, 91074 Herzogenaurach, DE
Erfinder Görgens, Detlef, 42799 Leichlingen, DE
DE-Anmeldedatum 24.05.2005
DE-Aktenzeichen 102005023928
Offenlegungstag 30.11.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.11.2006
IPC-Hauptklasse D02G 1/06(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
Zusammenfassung Ein Friktionsfalschdrallaggregat zum Texturieren von Garnen weist eine Anzahl Friktionsspindeln (1) auf, wobei jede Friktionsspindel (1) mittels zweier axial beabstandeter Lager (6, 7), von welchen das erste Lager als Festlager (6) in Form eines Wälzlagers und das zweite Lager als Loslager (7) in Form eines Magnetlagers ausgebildet ist, gelagert ist.

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Friktionsfalschdrallaggregat zum Texturieren von Garnen, wobei mehrere Friktionsspindeln jeweils zwei axial voneinander beabstandete Lager aufweisen, von welchen eines, nämlich ein Wälzlager, als Festlager und das zweite Lager als Loslager fungiert.

Hintergrund der Erfindung

Friktionsfalschdrallaggregate zum Texturieren von Garnen sind beispielsweise aus der EP 0 571 580 B1 sowie aus der DE 29 36 845 A1 bekannt. Bei derartigen Aggregaten wird eine Drehung auf das Garn durch scheibenförmige Reibungselemente aufgebracht. Ziel ist es, das Gesamtvolumen und/oder die elastische Dehnung von ursprünglich glatten Filamentgarnen zu erhöhen. Ein Friktionsfalschdrallaggregat umfasst typischerweise drei Friktionsspindeln, deren Rotationsachsen in Form eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind. Der Antrieb der einzelnen Friktionsspindeln geschieht typischerweise mittels eines Riemens.

Um die Eignung für hohe Drehzahlen zu verbessern, können zur Lagerung einer Friktionsspindel zwei Lager mit unterschiedlichen Eigenschaften, nämlich ein Festlager und ein gedämpftes Loslager vorgesehen sein. Dennoch kann insbesondere bei höheren Drehzahlen das Auftreten von Resonanzen problematisch sein.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Friktionsfalschdrallaggregat zum Texturieren von Garnen anzugeben, welches sich durch ein besonders breites nutzbares Drehzahlband auszeichnet.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Friktionsfalschdrallaggregat mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dieses zum Texturieren von Garnen vorgesehene Aggregat weist eine Anzahl, typischerweise drei, Friktionsspindeln auf, welche jeweils mittels eines ersten, als Festlager fungierenden Lagers und eines zweiten, axial von diesem beabstandeten Loslagers, gelagert sind. Erfindungsgemäß ist das erste Lager als Wälzlager, insbesondere Rillenkugellager, und das zweite, zumindest in geringem Maße dämpfende Eigenschaften aufweisende Lager als Magnetlager ausgebildet. Hierbei ist das Magnetlager dem vom Lagerbereich auskragenden freien Ende der Friktionsspindel zugewandt. Der besondere Vorteil des Magnetlagers besteht darin, dass es die radiale Position des rotierenden Teiles, hier der Welle der Friktionsspindel, nicht vollkommen festlegt und gleichzeitig eine besondere Eignung für hohe Drehzahlen von beispielsweise mehreren 10.000 Umdrehungen/min aufweist.

Nach einer besonders einfachen Ausführungsform ist das Magnetlager als Permanentmagnetlager ausgebildet. Dieses kann entweder attraktiv oder repulsiv wirken. Ebenso können als Magnetlager jedoch auch aktive, d.h. mit Elektromagneten arbeitende Magnetlager zum Einsatz kommen. Auch eine Kombination aktiver und passiver Magnetlagerung ist realisierbar, indem beispielsweise bei einem ansonsten passiven Magnetlager lediglich die Dämpfung aktiv geregelt wird.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn das Magnetlager relativ zur Rotationsachse der Friktionsspindel schräggestellte, den Luftspalt des Lagers begrenzende Polflächen aufweist. Durch die Schrägstellung der Polflächen, welche vorzugsweise 30° bis 60° beträgt, weist das Magnetlager sowohl axiale als auch radiale Führungseigenschaften auf. Durch die Größe des Luftspaltes zwischen den Polflächen sind auf einfache Weise die Dämpfungs- und Vorspanneigenschaften des als Loslager der Friktionsspindel fungierenden Magnetlagers einstellbar. Die schräggestellten Polflächen des Magnetlagers beschreiben einen Konus, dessen Spitze dem Festlager der Friktionsspindel zugewandt oder abgewandt sein kann.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Friktionsspindel einen integrierten elektromotorischen Antrieb auf, wobei Rotor und Stator des Elektromotors vorzugsweise axial zwischen dem Wälzlager und dem Magnetlager angeordnet sind. Der Elektromotor ist vorzugsweise als Permanentmagnetmotor aufgebaut, ebenso ist jedoch beispielsweise auch ein fremderregter Elektromotor verwendbar. Zur Lagerung von Rotorwicklungen bzw. Permanentmagneten eignen sich Hülsen, die drehfest mit den Friktionsspindeln verbunden sind und bevorzugt als Tiefziehteile gefertigt sind.

Unabhängig davon, ob die Friktionsspindel direkt elektromotorisch oder indirekt, beispielsweise über einen Riemen, angetrieben ist, ist das die Lager umhüllende, ggf. auch den Elektromotor aufnehmende Gehäuse besonders rationell als Tiefziehteil herstellbar. Entsprechendes gilt für Gehäuseabdeckungen sowie für Anschlussteile, die eine drehbare Lagerung der Friktionsspindel ermöglichen. Letztgenannte Anschlussteile können auch einteilig mit dem im Wesentlichen zylindrischen Gehäusemantel oder mit einer Gehäuseabdeckung ausgebildet sein.

Die Magnetlagerringe, aus welchen das Magnetlager aufgebaut ist, sind in fertigungstechnisch besonders günstiger Weise bevorzugt mit der Welle der Friktionsspindel bzw. mit einem nicht rotierenden Gehäuseteil verklebt. Zusätzlich zum Magnetlager kann eine mechanisch wirkende Dämpfungsvorrichtung vorgesehen sein. Im Gegensatz zum Magnetlager legt das Wälzlager die axiale und radiale Position der Welle der Friktionsspindel genau fest. Das Wälzlager kann in einfachen Ausgestaltungen Wälzkörper, insbesondere Kugeln, aus Stahl aufweisen. Von besonderem Vorteil, insbesondere aufgrund der geringeren Massen, ist jedoch der Einsatz eines Hybridlagers mit Wälzkörpern aus Keramik. Der Außenring des Wälzlagers ist hierbei aus Stahl gefertigt. In einer aufwändigeren Bauform sind auch Vollkeramiklager als Festlager verwendbar.

Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert: Hierin zeigen:

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Friktionsspindel eines Friktionsfalschdrallaggregats,

2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Friktionsspindel eines Friktionsfalschdrallaggregats, und

3 eine Friktionsspindel eines Friktionsfalschdrallaggregats mit einer alternativen Ausführungsform einer Magnetlagerung.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Die 1 bis 3 zeigen schematisch jeweils eine Ausführungsform einer Friktionsspindel 1 eines nicht weiter dargestellten Friktionsfalschdrallaggregats zum Texturieren von Garnen. Zur prinzipiellen Funktion von Friktionsfalschdrallaggregaten wird auf die EP 0 571 580 B1 sowie auf die DE 29 36 845 A1 verwiesen. Eine einseitig in einem nachstehend noch näher beschriebenen Lagerbereich 2 gelagerte Welle 3 der Friktionsspindel 1 weist mehrere Friktionsscheiben 4 auf, wobei sich im Betrieb des Friktionsfalschdrallaggregats die Friktionsscheiben 4 mehrerer Friktionsspindeln 1 überlappen.

Der gesamte Lagerbereich 2 ist in allen Ausführungsbeispielen von einem Gehäuse 5 umgeben. Innerhalb des Gehäuses 5 befindet sich auf der den Friktionsscheiben 4 abgewandten Seite ein als Festlager fungierendes Wälzlager 6, welches sowohl die axiale als auch die radiale Position der Welle 3 an dieser Stelle exakt festlegt. Auf der dem Wälzlager 6 gegenüber liegenden, d.h. dem freien Ende der Friktionsspindel 1 zugewandten Seite des Lagerbereichs 2 befindet sich, ebenfalls innerhalb des Gehäuses 5, ein weiteres Lager, nämlich ein als Loslager fungierendes Magnetlager 7. Die Ausführungsformen nach 1 und nach 2 unterscheiden sich im Wesentlichen dadurch, dass sich im erstgenannten Ausführungsbeispiel zusätzlich ein Elektromotor 8, nämlich ein Permanentmagnet-Elektromotor, im Gehäuse 5 befindet. Ein Permanentmagnet-Rotor 9 befindet sich in der Ausführungsform nach 1 direkt auf der Welle 3 der Friktionsspindel 1. Abweichend hiervon kann der Rotor 9 auch auf einer lediglich abschnittsweise angedeuteten, die Welle 3 umgebenden Hülse 10 befestigt sein. Ein den Rotor 9 radial umgebender Stator mit im Gehäuse 5 eingebetteten Wicklungen ist mit dem Bezugszeichen 11 gekennzeichnet.

Im Gegensatz zum vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist im Ausführungsbeispiel nach 2 kein eigener Antrieb der Welle 3 vorgesehen. Stattdessen ragt die Welle 3 stirnseitig auf der den Friktionsscheiben 4 abgewandten Seite über das Gehäuse 5 hinaus und trägt in diesem Bereich ein auch als Wirtel bezeichnetes Ritzel 12 für einen Riemenantrieb. Auf diese Weise ist eine besonders einfache Synchronisation der einzelnen Friktionsspindeln 1 innerhalb des Friktionsfalschdrallaggregats gegeben. Dagegen hat die Ausführungsform nach 1 den Vorteil eines besonders kompakten Aufbaus sowie des Wegfalls einiger Verschleißteile, insbesondere eines Antriebsriemens.

In beiden Ausführungsformen ist das Wälzlager 6 als Rillenkugellager ausgebildet. Das Magnetlager 7 hat die Bauform eines so genannten Schrägmagnetlagers. Dies ermöglicht zum einen eine axiale Verspannung zwischen den Lagern 6, 7 und zum anderen eine definierte radiale Dämpfung. Zwischen einem permanentmagnetischen Innenring 13 und einem ebenso permanentmagnetischen Außenring 14 des Magnetlagers 7 wirken repulsive Kräfte, d.h. die Welle 3 wird durch das Magnetlager 7 gegenüber dem Gehäuse 5 mit einer Kraft in Richtung zum freien Ende der Friktionsspindel 1 belastet. Beide Lagerelemente 13, 14 des Magnetlagers 7 weisen Polflächen 15, 16 auf, zwischen denen ein Luftspalt 17 gebildet ist. Die Polflächen 15, 16 beschreiben die Oberfläche eines Kegelstumpfes und schließen mit der Rotationsachse A der Welle 3 einen Schrägstellungswinkel &agr; von 45° ein. Die Dämpfungseigenschaften des Magnetlagers 7 sind durch geeignete Auswahl des Schrägstellungswinkels &agr; auf einfache Weise beeinflussbar. Bei der Montage der Friktionsspindel 1 ist eine härtere, d.h. eher die Eigenschaften eines Festlagers aufweisende Lagerung oder eine weichere Lagerung am Magnetlager 7 einstellbar, indem die Breite des Luftspalts 17 geeignet gewählt wird. Hierbei ist die Lagerung der Welle 3 mittels des Magnetlagers 7 umso härter, je schmaler der Luftspalt 17 eingestellt ist. Über die Einstellung des Luftspalts 17 ist auch die kritische Drezahl der Friktionsspindel 1 beeinflussbar.

In 3 ist ein Magnetlager 7 dargestellt, dessen konische Polflächen 15, 16 im Vergleich zu den Ausführungsbeispielen nach den 1 und 2 im umgekehrten Sinne schräg gestellt sind, so dass die Spitze des Konus den Friktionsscheiben 4 zugewandt ist. Die Ausgestaltung des Magnetlagers 7 nach 3 ist sowohl, wie dargestellt, mit einem direkten elektromotorischen Antrieb 8, als auch (s. 2) mit einem Riemenantrieb der Friktionsspindel 1 kombinierbar.

Das Gehäuse 5 setzt sich aus mehreren Teilen zusammen, nämlich einem zylindrischen Gehäusemantel 18 sowie einer oberen Gehäuseabdeckung 19 und einer unteren Gehäuseabdeckung 20. Sämtliche Gehäuseteile 18, 19, 20 sind durch spanlose Verformung hergestellt. An die Gehäuseabdeckungen 19, 20 sind einstückig Anschlussteile 21 mit Befestigungsöffnungen 22 angeformt. Die Befestigungsvorrichtungen 21, 22 ermöglichen als Scharnierteile die schwenkbare Lagerung der Friktionsspindel 1 an einem nicht dargestellten Spindeloberteil.

Der Arbeitsbereich der mittels des Magnetlagers 7 gedämpft gelagerten Friktionsspindel 1 reicht von weniger als 4.000 U/min bis mehr als 22.000 U/min. Die auch als Hybridlagerung bezeichnete Lagerung mit dem Wälzlager 6 als Festlager und dem Magnetlager 7 als Loslager ist besonders für den überkritischen Betrieb, das heißt den Betrieb mit Drehzahlen oberhalb einer kritischen, Resonanzen erzeugenden Drehzahl, geeignet. Insbesondere in der Ausführungsform mit integriertem elektromotorischen Antrieb 8 zeichnet sich die Friktionsspindel 1 darüber hinaus durch einen sehr geringen Wartungsaufwand bei gleichzeitig hoher Zuverlässigkeit aus.

1
Friktionsspindel
2
Lagerbereich
3
Welle
4
Friktionsscheibe
5
Gehäuse
6
Festlager, Wälzlager
7
Loslager, Magnetlager
8
Elektromotor
9
Rotor
10
Hülse
11
Stator
12
Ritzel
13
Innenring
14
Außenring
15
Polfläche
16
Polfläche
17
Luftspalt
18
Gehäusemantel
19
Gehäuseabdeckung
20
Gehäuseabdeckung
21
Anschlussteil
22
Befestigungsöffnung
A
Rotationsachse
&agr;
Schrägstellungswinkel


Anspruch[de]
Friktionsfalschdrallaggregat zum Texturieren von Garnen, mit einer Anzahl Friktionsspindeln (1), wobei jede Friktionsspindel (1) mittels zweier axial beabstandeter Lager (6, 7), von welchen das erste Lager als Festlager (6) in Form eines Wälzlagers und das zweite Lager als Loslager (7) ausgebildet ist, gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lager der Friktionsspindel (1) ein Magnetlager (7) ist. Friktionsfalschdrallaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Friktionsspindel (1) einen integrierten elektromotorischen Antrieb (8) aufweist. Friktionsfalschdrallaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (9) und der Stator (11) des elektromotorischen Antriebs (8) axial zwischen den Lagern (6, 7) angeordnet sind. Friktionsfalschdrallaggregat nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromotorische Antrieb (8) einen Permanentmagnetrotor (9) aufweist. Friktionsfalschdrallaggregat nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch eine zur Halterung des Rotors (9) des elektromotorischen Antriebs (8) vorgesehene, die Welle (3) der Friktionsspindel (1) umgebende Hülse (10). Friktionsfalschdrallaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager (6, 7) der Friktionsspindel (1) in einem tiefgezogenen Gehäuse (5) angeordnet sind. Friktionsfalschdrallaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) mindestens eine als Tiefziehteil ausgebildete, normal zur Rotationsachse (A) der Friktionsspindel (1) angeordnete Abdeckung (19, 20) aufweist. Friktionsfalschdrallaggregat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (19, 20) eine Aufnahme für einen Lageraußenring eines Lagers (6, 7) bildet. Friktionsfalschdrallaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) mindestens eine als Tiefziehteil ausgebildete Befestigungsvorrichtung (21, 22) aufweist. Friktionsfalschdrallaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (6) als Rillenkugellager ausgebildet ist. Friktionsfalschdrallaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (6) Keramikwälzkörper aufweist. Friktionsfalschdrallaggregat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (6) als Vollkeramiklager ausgebildet ist. Friktionsfalschdrallaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetlager (7) Lagerelemente (13, 14) aufweist, welche mit der Welle (3) der Friktionsspindel (1) bzw. mit einem nicht rotierenden Gehäuseteil des Gehäuses (5) verklebt sind. Friktionsfalschdrallaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetlager (7) relativ zur Rotationsachse (A) der Friktionsspindel (1) schräggestellte, einen Luftspalt (17) begrenzende Polflächen (15, 16) aufweist. Friktionsfalschdrallaggregat nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrägstellungswinkel (&agr;) der Polflächen (15, 16) in Bezug zur Rotationsachse (A) der Friktionsspindel (1) mindestens 30° und höchstens 60° beträgt. Friktionsfalschdrallaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetlager (7) als aktives Magnetlager ausgebildet ist. Friktionsfalschdrallaggregat nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetlager (7) eine geregelte Dämpfung aufweist.






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