DE10062106A1 - Offenend-Spinnvorrichtung mit einem aerostatischen Axiallager - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Offenend-Spinnvorrichtung mit einem Spinnrotor, wobei das dem Rotortopf des Spinnrotors gegenüberliegende Ende des Schafts durch ein aerostatisches Axiallager mit einem Luftspalt abgestützt ist, bei dem die in den Luftspalt eingeführte Luft eine vorgeschaltete Drosselvorrichtung (2) passiert. Erfindungsgemäß weist die Drosselvorrichtung (2) eine Vielzahl von Mikrolöchern (4) zum Einstellen der dem Luftspalt zugeführten Luftmenge auf. Dadurch können selbst kleinste Luftmengen reproduzierbar in den Luftspalt des Axiallagers zugeführt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Offenend-Spinnvorrichtung mit einem aerostati­ schen Axiallager für den Schaft eines Spinnrotors, bei dem durch eine vor­ geschaltete Drosselvorrichtung Luft in einen Luftspalt eingeleitet wird, sowie eine solche Lagervorrichtung eines aerostatischen Axiallagers und Verfahren zur Herstellung einer Drosseleinrichtung.

Bei einer bekannten Offenend-Spinnvorrichtung (EP 0 435 016 B1) wird der Schaft eines Spinnrotors an einem aerostatischen Axiallager, das als Ge­ genlager für den Schaft wirkt, abgestützt. Dabei wirkt eine auf einer Lager­ platte ausgebildete Lagerfläche mit dem Ende des Schaftes zusammen. Zwischen Lagerfläche und Schaftende wird ein Luftspalt aufrechterhalten, indem durch Bohrungen in der Lagerplatte Luft in den Lagerspalt eingeleitet wird. Der Lagerplatte ist eine Drosselvorrichtung vorgeschaltet oder in die Lagerplatte integriert, mit der der Luftstrom in den Lagerspalt gedrosselt und somit eingestellt wird. Dieses Luftlager hat sich bei den bisherigen Betriebs­ bedingungen, mit denen der Spinnrotor betrieben wird, bewährt. Es besteht jedoch ein Bedarf für noch höhere Drehzahlen des Spinnrotors, die eine noch stärkere Belastung des Axiallagers verursachen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Offenend-Spinnvorrichtung mit ei­ nem aerostatischen Axiallager für den Schaft eines Spinnrotors, eine Lager­ vorrichtung hierfür und Verfahren zur Herstellung einer Drosselvorrichtung für das Axiallager vorzusehen, so daß die Belastbarkeit des aerostatischen Axiallagers unter Dauerbetrieb noch weiter erhöht werden kann.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 35 gelöst. Ein Verfahren zur Herstellung einer Drosseleinrichtung ist im Anspruch 38, 44 bzw. 48 angegeben.

Bei einer Offenend-Spinnvorrichtung mit den Merkmalen gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 1 wird die in den Luftspalt des aerostatischen Axialla­ gers eingeleitete Luftmenge, d. h. der Luftdurchsatz, mittels einer Vielzahl von Mikrolöchern in der Drosselvorrichtung eingestellt. Die Lagervorrichtung des aerostatischen Axiallagers ist dabei regelmäßig das Gegenlager für die Stirnseite des Rotorschaftes, in dem die Lagerfläche ausgebildet ist, die mit der Stirnseite des Rotorschaftes zusammenwirkt. Die Lagervorrichtung kann dabei beispielsweise als austauschbare Lagerplatte oder als Lagerblock ausgebildet sein, die in ein Lagergehäuse eingebaut werden, welches wie­ derum mit einem Druckluftanschluß versehen ist.

Gegenüber einem herkömmlich gebohrten Loch ist die durch ein Mikroloch strömende Luftmenge erheblich reduziert. Eine Bohrdurchmesserabwei­ chung in einem einzigen, herkömmlichen Bohrloch wirkt sich unmittelbar ent­ sprechend auf die Durchflußmenge aus, während sich die Bohrabweichun­ gen bei einer Vielzahl von Löchern gegenseitig herausmitteln, so daß sich die durch die Mehrzahl der Mikrolöcher strömende Durchflußmenge addiert und der Vorgabewert der Luftströmung genauer eingehalten wird. Ohne Wechsel des Bohrwerkzeugs kann durch Erhöhen oder Verringern der An­ zahl der Mikrolöcher in der Drosselvorrichtung die für jede Drosselvorrich­ tung vorgesehene Durchströmungsmenge eingestellt werden. Auch aus der EP 0 435 016 B1 ist das Vorsehen einer Vielzahl von herkömmlichen Lö­ chern bekannt, wobei sich jedoch die gesamte in den Luftspalt eintretende Luftmenge erhöht und die Spaltbreite durch die erhöhte Luftströmung zu­ nimmt, was eine Verringerung der Lagersteifigkeit zur Folge hat. Dagegen kann trotz der Vielzahl von Mikrolöchern die Gesamtströmungsmenge in dem Luftspalt gering gehalten werden, wodurch auch der Lagerspalt minimal gehalten werden kann. Aufgrund des minimalen Luftspalts erhöht sich die Steifigkeit des Axiallagers, da sich die komprimierbare Luftmenge verringert. Dadurch können Eigenschwingungen des Rotors in axialer Richtung unter­ drückt werden.

Weiterhin führt die Minimierung des Luftdurchsatzes durch die Drosselvor­ richtung dazu, daß an der Spinnvorrichtung der Druckluftverbrauch erheblich reduziert werden kann, was die Energiekosten und somit die Produktionsko­ sten verringert.

Durch die flächige Verteilung der Mikrolöcher über die Lagerfläche des Axiallagers wird verhindert, daß bei nicht paralleler Ausrichtung der Lagerflä­ che zur Stirnfläche des Rotorschaftes die durch die Drosselvorrichtung ein­ geleitete Luft in Richtung des breiter werdenden Spaltes entweicht, ohne daß im Bereich der Engstelle des Luftspalts Luft zugeführt wird. Ein unter­ schiedlich breiter Luftspalt kann z. B. dann entstehen, wenn der Spinnrotor ausgetauscht wird oder die Lagervorrichtung des Axiallagers ausgetauscht oder neu installiert wurde. Durch die flächige Verteilung der Mikrolöcher wird auch in Bereiche, in denen die Spaltbreite verringert ist, die zur Ausbildung des Luftspalts notwendige Luftmenge eingeleitet und so die gewünschte Luftlagerung gewährleistet. Ebenso wird durch die flächige Verteilung der Mikrolöcher nach einer kurzzeitigen, starken Axialbelastung des Spinnrotors, bei der die Luft aus dem Luftspalt weitgehend verdrängt wurde, der Luftspalt durch das verteilte Einströmen der Luftmenge gleichmäßig wieder herge­ stellt. Gleichzeitig erfolgt durch die gleichmäßige Verteilung die Einstellung der stationären Luftspaltbreite schneller und ohne Spaltbreitenschwankun­ gen durch Einpendeln des Luftdrucks.

Bei Stillstand des Spinnrotors breitet sich die durch jedes Mikroloch einströ­ mende Druckluft rotationssymmetrisch um das Loch aus. Bei Drehung des Spinnrotors erfolgt zusätzlich eine Verteilung der Luft in Drehrichtung, wobei diese Verteilung von der Umfangsgeschwindigkeit, das heißt von der Drehzahl des Spinnrotors und von der Entfernung des Mikrolochs zur Drehachse, abhängt. Weiterhin bewirkt die Fliehkraft eine radiale Komponente der Luft­ strömung und die außen eingeleitete Druckluft wird durch die innen einge­ leitete verdrängt. Diese Luftausbreitungsströmungen bewirken einen unge­ fähr spiralbahnförmigen Verlauf der Luftverteilung außerhalb der Rotations­ mitte mit zunehmendem Querschnitt, so daß die flächige Verteilung der Druckluft sowohl durch ein radiales Versetzen der Mikrolöcher als auch durch einen Versatz in Kreisumfangsrichtung optimiert wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Verteilung der Mikrolöcher sind ein spiralbahnförmiges Anordnen der Mikrolöcher, wobei die Spiralbahn entgegen der Drehrichtung orientiert ist, oder eine strahlenförmige Ausrichtung der Mikrolöcher von der Drehachse ausgehend.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Querschnitt des Mikrolochs im Bereich der Austrittsseite vergrößert, so daß kleine Partikel, die bei Betrieb des Lagers oder während der Herstellung der Drosselvor­ richtung in ein Mikroloch eindringen, durch die durchströmende Luft leichter wieder aus dem Mikroloch entfernt werden können. Somit gelangen die Ver­ unreinigungspartikel nach dem Eindringen in das Mikroloch nicht bis zu dem für die Drosselung notwendigen kleinsten Querschnitt und können sich dort nicht festsetzen. Die Querschnittszunahme zur Austrittsseite hin kann dabei stufig oder kontinuierlich erfolgen.

Durch Erweiterung des Querschnitts des Mikrolochs im Eintrittsbereich kön­ nen Verunreinigungen der Drosselvorrichtung nach der Ausbildung der Lö­ cher und gegebenenfalls der Oberflächenbearbeitung der Eintrittsseite leichter entfernt werden.

Herstellungstechnisch ist es vorteilhaft den kleinsten Querschnitt des Mikro­ lochs nur auf einen kleinen Tiefenbereich des Mikrolochs insgesamt zu be­ schränken, da dann nur über diesen kleinen Tiefenbereich das Mikroloch präzise und mit definiertem Querschnitt ausgebildet werden muß. Insbesondere beim Laserbohren der Mikrolöcher ist dieses aufgrund des (Gausschen-) Fokussierungsfeldes vorteilhaft. Dabei verjüngt sich zunächst der Bohr­ querschnitt von der Eintrittsseite des Laserstrahls her, im Fokus in einer be­ stimmten Bohrtiefe wird der vorgegebenen Mindestquerschnitt erreicht und zur Austrittsseite des Bohrlochs weitet sich der Bohrquerschnitt wieder auf.

Bei einer weiteren Ausgestaltung ist die Eintrittsseite des Mikrolochs mit ei­ nem Luftreservoir verbunden, aus dem die Luft für den Luftspalt entnommen wird. Das Luftreservoir selbst ist nicht unmittelbar mit einer Druckluftleitung verbunden. Bei einer porösen Struktur eines porösen Materials stellt z. B. ein Porenhohlraum ein solches Reservoir dar, das über in der porösen Struktur verteilte Luftkanäle die Luft aus der Druckluftleitung zuführt. Die Mikrolöcher können dabei in eine verdichtete Oberflächenschicht des porösen Materials oder in eine versiegelnde Beschichtung, wie z. B. eine Metall-, Keramik- oder Halbleiterbeschichtung, gebohrt werden. Ebenso können die Mikrolöcher in einer dünnen Folie vorgesehen werden, die auf dem porösen Material als Stützmaterial aufgebracht wird.

Bei einer weiteren Ausgestaltung wird ein Block oder eine Platte oder der­ gleichen als Stützstruktur verwendet, bei denen Löcher oder Ausnehmungen mit größerem Querschnitt vorgesehen sind, die die Stärke der Stützstruktur bis auf einen kleinen Tiefenbereich einseitig oder zweiseitig erweitern, wobei nur in einem kleinen Tiefenbereich die Mikrolöcher zur Ausbildung des Luft­ durchgangs ausgebildet werden. Gemäß einer Ausgestaltung dient ein mit größeren Löchern oder Ausnehmungen versehener Block oder eine Platte als Stützstruktur zum Aufnehmen einer Folie mit Mikrolöchern, die dann als Drosselvorrichtung wirkt.

Ist bei dem Lagerpaar aus Lagerfläche in der Lagervorrichtung und der Stirnseite des Rotorschaftes auf einer Lagerseite eine Mulde ausgebildet, die rotationssymmetrisch zur Drehachse ist, so wird der Spinnrotor durch die dauernd anliegende Axialkraft in Richtung Lagervorrichtung axial zentriert. Damit wird die Laufruhe des Spinnrotors weiter verbessert.

Wie in der EP 0 435 016 B1 beschrieben, bilden bei einer vorteilhaften Aus­ gestaltung die Lagerplatte mit der darin ausgebildeten Lagerfläche und die Stirnseite des Schaftes eine reibungsarme Werkstoffpaarung. Dabei wirkt die Werkstoffpaarung bei einer extremen axialen Belastung des Spinnrotors, während der die Luft aus dem Luftspalt verdrängt wird, als ein komplementä­ res Lagerpaar, das bei direkter Berührung eine geringe Reibung aufweist und eine Beschädigung vermeidet, die zur Einstellung des Spinnbetriebes zwingen würde.

Weiterhin kann bei der reibungsarmen Werkstoffpaarung als ein Material des Werkstoffpaares ein hochwarmfester Kunststoff verwendet werden, wie z. B. Polyimid oder Kevlar. Bei diesem hochtemperaturbeständigen Kunststoff wird bei der Berührung des Schaftes eine elastische Dämpfung bewirkt und andererseits widersteht der hochtemperaturfeste Kunststoff den hohen Temperaturen, die durch die Luftreibung im Luftspalt erzeugt wird.

Zur Reibungsverringerung wird einem oder beiden Materialien des Werk­ stoffpaares, vorzugsweise dem hochwarmfesten Kunststoff ein Zusatz bei­ gemischt werden, der beispielsweise in Matrixform in dem Material des Werkstoffpaares gebunden ist, so daß die Reibung nach oder bei einer Be­ rührung noch weiter reduziert wird. Reibungsreduzierende Beimischungen sind z. B. Graphit, Teflon oder Molybdänsulfid.

In der Lagervorrichtung des aerostatischen Axiallagers der Offenend- Spinnvorrichtung, wie sie oben beschrieben wurde, ist es besonders vorteil­ haft, die Lagervorrichtung und die Drosselvorrichtung einteilig auszubilden. Dieses einteilig ausgebildete Element kann dabei z. B. ein Lagerblock oder eine Lagerplatte oder dergleichen sein. Hierbei münden die Austrittsseiten der Mikrolöcher unmittelbar in die Lagerfläche des Axiallagers, so daß ein minimales Luftvolumen zwischen dem Luftspalt und dem begrenzenden Querschnitt des Mikrolochs zur Verfügung steht. Bei einer axialen Belastung des Spinnrotors kann damit die Luft aus dem Luftspalt nicht oder nur ge­ ringfügig in die Mikrolöcher zurückweichen und wird überwiegend im Luftspalt gehalten, so daß die Steifigkeit des Axiallagers maximiert wird.

Wenn bei der Werkstoffpaarung des Axiallagers ein Materialverschleiß auf Seiten der Lagervorrichtung auftritt, ist es besonders vorteilhaft, wenn der luftbegrenzende Querschritt des Mikrolochs in einer Tiefe der Lagervorrich­ tung ausgebildet ist, die unterhalb der Verschleißtiefe von der Lagerfläche her gesehen liegt. Dabei ist der Lochquerschnitt von der Luftaustrittsseite her größer als der luftdurchsatzbeschränkende und -einstellende Querschnitt des Mikrolochs, so daß die Luftströmung bei verschleißbedingtem Kürzer- werden des Lochs wegen des nahezu gleichbleibenden Strömungswider­ standes unverändert bleibt.

Bei einer weiteren Ausgestaltung ist die Drosselvorrichtung als Einsatz in die Lagervorrichtung eingesetzt, wobei vorteilhafterweise eine Seitenfläche der Drosselvorrichtung als Gegenlagerfläche für das Axiallager ausgebildet ist. Durch die Ausbildung als Einsatz können die Mikrolöcher in der Drosselvor­ richtung leichter hergestellt werden, da die Ausdehnung der Drosselvorrich­ tung in die Tiefe, z. B. bei Verwendung einer Platte oder Folie klein gehalten werden kann, was das Bohren der Mikrolöcher begünstigt.

Gemäß einem Verfahren zur Herstellung der Mikrolöcher in der Drosselvor­ richtung wird ein Laserstrahl eingesetzt. Zur Verringerung der thermischen Belastung des Bohrens wird ein gepulster Laserstrahl verwendet, der beim Materialabtrag ein Plasma erzeugt, das das Material auch aus der Tiefe des Bohrlochs abtransportiert. Weiterhin wird kurzwelliges Laserlicht verwendet, das die Abbildungsgenauigkeit, d. h. den minimal möglichen Bohrlochquer­ schnitt, und die Präzision des Bohrlochs begünstigt. Weiterhin ist dabei die Plasmaausbildung zum Materialabtrag gegenüber der thermischen Belastung des zu bohrenden Materials erhöht. Wird während des Bohrens der Abstand zwischen Laserstrahloptik und zu bohrendem Drosselmaterial kon­ stant gehalten, so wird das fokussierte oder parallelisierte Strahlprofil in Längsrichtung beim Lochbohren im Material abgebildet, wobei der Eintritts- und/oder Austrittsbereich des Mikrolochs gegenüber dem kleinsten Quer­ schnitt aufgeweitet ist. Dies bietet die oben beschriebenen Vorteile.

Wird die Drosselvorrichtung als Einsatz der Lagervorrichtung vorgeschaltet, so kann während des Bohrvorgangs der Abstand zwischen Laserstrahloptik und zu bohrenden Material verkürzt werden, so daß der Bohrquerschnitt konstant gehalten wird. Dabei wird die Genauigkeit des einzustellenden Luftmengendurchsatzes verbessert.

Gemäß einem weiteren Herstellungsverfahren für Mikrolöcher können diese auch nach dem photolithographischen Ausbilden einer Maske in das Material der Drosselvorrichtung geätzt werden. Vorzugsweise werden hier dünne Fo­ lien oder Dünnschichten verwendet, so daß die Tiefe des auszubildenden Lochs beschränkt ist. Das Verhältnis zwischen Tiefe und Durchmesser des geätzten Lochs kann verbessert werden, wenn beim anisotropen Ätzen eines kristallinen Materials oder eines strukturmäßig orientierten Materials, z. B. einem beschichteten Kunststoffmaterial, die Ätzselektivität in die Tiefe we­ sentlich höher ist, als in die Breite. Ein Unterätzen der Ätzmaske ist hier von Vorteil, um den verbreiteten Austritts- oder Eintrittsquerschnitt vorzusehen.

Gegenüber dem konventionellen Bohren ist bei den beschriebenen Bohr­ verfahren kein Wechsel des Bohrwerkzeugs erforderlich, da kein Verschleiß während des Bohrens stattfindet. Damit werden die Bohrspezifikationen re­ produzierbar eingehalten und die tatsächlich erzielte Strömungsmenge muß nicht nachgeprüft werden.

Anhand von Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung er­ läutert.

Es zeigen:

Fig. 1A Einen Lagerblock eines aerostatischen Axiallagers mit einem einsetzbaren Drosseleinsatz;

Fig. 1B eine Rückansicht des Drosseleinsatzes von Fig. 1A;

Fig. 1C eine perspektivische Ansicht des Drosseleinsatzes von Fig. 1A;

Fig. 2 einen Lagerblock in schematischer Querschnittsansicht mit inte­ grierter Luftdrossel;

Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht, die den Querschnitt ei­ nes Mikrolochs darstellt;

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform eines Querschnitts eines Mikro­ lochs;

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform des Querschnitts eines Mikro­ lochs;

Fig. 6 ein in einer Folie ausgebildetes Mikroloch, das auf einer Träger­ struktur aufgebracht ist;

Fig. 7 die Lagerfläche eines Axiallagers in Draufsicht und

Fig. 8 die Lagerfläche eines Axiallagers in Draufsicht mit einer weiteren Flächenverteilung der Mikrolöcher.

Die in den Figuren dargestellten Größenverhältnisse und Querschnittsver­ hältnisse der Tiefen und Durchmesser der Mikrolöcher sind nur schematisch wiedergegeben, und dienen beispielhaft dem besseren Verständnis der Er­ findung.

Fig. 1A zeigt eine Querschnittsansicht eines Lagerblocks eines aerostati­ schen Axiallagers für eine Offenend-Spinnvorrichtung. Das aerostatische Axiallager ist in einer Rotorbaugruppe eingesetzt, wie sie in der Fig. 1 der EP 0 435 016 B1 dargestellt ist. Der Rotorschaft des Rotors ist dabei auf Stützscheiben gelagert und wird durch einen Tangentialriemen angetrieben. Während der Rotation des Rotors üben die Stützscheiben eine axiale Kraft in Richtung des dem Rotortopf gegenüberliegenden Endes des Schaftes aus, wobei diese axiale Kraft durch das Axiallager abgestützt wird.

In den Lagerblock 1 wird ein Drosseleinsatz 2 eingesetzt und dort wiederlös­ bar befestigt, z. B. durch eine Preßverbindung, oder mittels Klebeverbindung oder ebenfalls mittels Preßverbindung dauerhaft gehalten. Der Lagerblock 1 hat an seinem Außenumfang einen umlaufenden Vorsprung 3, mit dem der Lagerblock 1 mittels einer Überwurfmutter an einer Lagerblockhalterung der Spinnstelle der Offenend-Spinnvorrichtung befestigt wird. Die nicht darge­ stellte Lagerblockhalterung ist mit einer Druckluftversorgung verbunden, so daß der Drosseleinsatz 2 rückseitig mit Druckluft beaufschlagt wird. Im Dros­ seleinsatz 2 sind Mikrolöcher 4 ausgebildet, durch die die Druckluft von der Rückseite zur Vorderseite austreten kann. Aufgrund des geringen Quer­ schnitts der Mikrolöcher 4 sind diese nur als Strich dargestellt.

An der Stirnseite des Drosseleinsatzes 2 ist ein nasenartiger Absatz 5 aus­ gebildet, der nach dem Einsetzen des Drosseleinsatzes 2 in den Lagerblock 1 vor dem Drosseleinsatz einen Spalt freiläßt, in dem sich die aus den Mi­ krolöchern 4 austretende Druckluft zwischen dem Drosseleinsatz 2 und dem Lagerblock 1 verteilen kann.

In der Stirnseite des Lagerblocks 1 sind Durchgänge 6 ausgebildet, die z. B. mittels herkömmlicher Bohrtechnik durch die Stirnseite durchgebohrt sein können. Die Vorderseite des Lagerblocks 1 bildet zumindest teilweise eine Lagerfläche 7 des Axiallagers und wirkt so als Gegenlager für die Stirnseite des Spinnrotors. Weiterhin ist an der Stirnfläche des Lagerblocks 1 ein Sackloch 8 als Vertiefung ausgebildet, anhand dessen der Verschleiß der Lagerfläche 7 kontrolliert werden kann. Wurde durch Verschleiß die Lager­ fläche 7 soweit abgetragen, daß bei einer visuellen Kontrolle durch das Be­ dienungspersonal das Sackloch 8 nicht mehr zu erkennen ist, so hat die La­ gerabnutzung einen Zustand erreicht, bei dem der Lagerblock 1 ausge­ tauscht werden muß.

Fig. 1B zeigt die Rückseitenansicht des Drosseleinsatzes 2, aus der die kreislinienförmige Anordnung der Mikrolöcher 4 um die Rotationsachse des Spinnrotors ersichtlich ist. Die Linie A-A zeigt die Schnittebene der Quer­ schnittsdarstellung des Drosseleinsatzes 2 von Fig. 1A. Weiterhin zeigt Fig. 1C eine perspektivische Ansicht des Drosseleinsatzes 2 von schräg vor­ ne.

Fig. 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines zweiten Ausfüh­ rungsbeispiels eines Lagerblocks 1a. In diesem Fall ist die Drossel für die Einstellung des Luftdurchsatzes in den Lagerblock 1a integriert. Die Mikrolö­ cher 4 erstrecken sich von der Lagerfläche 7 bis in eine Tiefe des Lager­ blocks 1a, die unterhalb der Verschleißtiefe des Lagerblocks 1a liegt. Der über die Verschleißtiefe der Stirnseite hinausgehende Teil der Materialstärke der Stirnseite ist mittels Sacklöcher 9 aufgebohrt. Aufgrund der Sacklöcher 9 müssen die Mikrolöcher 4 nicht vollständig durch die Materialstärke der Stirnseite des Lagerblocks 1a durchgebohrt werden.

Fig. 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbei­ spiels eines Mikrolochs 4a in der Stirnseite eines Lagerblocks. Der Quer­ schnittsdurchmesser des Mikrolochs ist an der Lufteintrittsseite kleiner als an der Luftaustrittsseite, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel ein Sackloch mit größerem Querschnitt von der Lagerfläche 7 her den kleineren Quer­ schnitt des Mikrolochs fortsetzt. Die Luftströmungsrichtung ist durch einen Pfeil dargestellt. Der erweiterte Querschnitt des Mikrolochs 4a zieht sich bis in eine Tiefe, die über der Verschleißtiefe liegt. Dringt in das Mikroloch 4a von der Austrittsseite her ein Verschleißpartikel oder ein sonstiger Verunrei­ nigungspartikel ein, so kann dieser aufgrund des größeren Querschnitts einfacher durch die Druckluft wieder ausgeblasen werden. Damit wird ein lagerflächenseitiges Verstopfen des Mikrolochs 4a vermieden. Die Luftströ­ mungsmenge in den Luftspalt wird durch den kleinsten Querschnittsdurch­ messer bestimmt, der selbst bei Verschleiß der Lagerfläche 7 und deren Ab­ nutzung unverändert bleibt, so daß über die gesamte Lebensdauer des La­ gerblocks eine konstante Luftströmung aufrecht erhalten wird.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Ausgestaltung eines Mikrolochs 4b, bei der das Mikroloch 4b zur Luftaustrittsseite hin trichterför­ mig erweitert ist und dabei ebenfalls ein Entfernen der Verunreinigungsparti­ kel im Mikroloch 4b ermöglicht.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiels eines Mikrolochs 4c, dessen Querschnitt im mittleren Bereich getapert, d. h. verjüngt, ist. Auch hier kön­ nen Verunreinigungspartikel von der Lagerflächenseite her leichter entfernt werden und zusätzlich werden Verunreinigungspartikel, die während der Herstellung eingangsseitig in das Mikroloch 4c eindringen, bei einem Reini­ gungsschritt leichter entfernt. Darüber hinaus entspricht diese Querschnitts­ form in Längsrichtung des Lochs ungefähr dem Fokussierungsverlauf eines Laserstrahls in Längsrichtung, so daß während der Herstellung des Mikro­ lochs mittels Laserbohren der Fokus nicht mit zunehmender Bohrtiefe nach­ geführt werden muß, was die Herstellung der Mikrolöcher vereinfacht.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Ausbildung von Mikrolöchern 4d. Bei diesem Beispiel sind die Mikrolöcher 4d in einer Folie 10 ausgebildet, die dann auf eine Trägerstruktur 11 aufgebracht wird. Entsprechend der La­ ge der Mikrolöcher 4d sind in der Trägerplatte 11 Ausnehmungen 12 ausge­ bildet, die die durch die Mikrolöcher 4d strömende Luft zum Lagerspalt wei­ terführen. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel des Mikrolochs 4d wird die Luftzufuhrmenge durch den Querschnitt des Mikrolochs in der Folie be­ stimmt, während aus der Ausnehmung 12 Verunreinigungen leichter entfernt werden können. Bei Betrieb des Axiallagers wird die Lagerfläche 7 der Trä­ gerplatte 11 abgetragen, während die Tiefe des Mikrolochs in der Folie un­ verändert bleibt. Zur mechanischen Stabilisierung kann zusätzlich auf der Rückseite der Folie 10 eine Stützplatte 13 (gestrichelt dargestellt) aufge­ bracht werden, in die entsprechend der Lage der Mikrolöcher 4d Bohrungen 14 vorgesehen sind. Die Folie 10 und die Trägerplatte 11 bzw. die Folie 10, die Trägerplatte 11 und die Stützplatte 13 werden in Sandwich-Bauweise aufeinandergelegt und z. B. mittels Klebung miteinander verbunden.

Die Folie 10 und die Trägerplatte 11 bzw. die Folie 10, die Trägerplatte 11 und die Stützplatte 13 sind als runde Einsatzplatte 15 ausgebildet, die in ei­ nen Lagerblock 1 mit entsprechend rund ausgebildeter Aufnahme eingesetzt wird (nicht dargestellt).

Fig. 7 zeigt einen Ausschnitt aus einer Lagerfläche 7 mit den Austrittsöff­ nungen der Mikrolöcher 4, 4a, 4b, 4c oder 4d. Die Mikrolöcher sind in Form einer Matrix über die Lagerfläche 7 verteilt, so daß der Luftaustritt gleichmä­ ßig über die Fläche verteilt erfolgt.

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Verteilung der Mikrolöcher über die Lagerfläche 7, wobei die Mikrolöcher entlang der punktiert darge­ stellten Spiralbahnen 16 ausgerichtet sind. Die Drehrichtung der Spiralbahn ist in der dargestellten Draufsicht im Uhrzeigersinn und verläuft damit gegen­ sinnig zur Drehrichtung des Spinnrotors, dessen Drehrichtung in Zeichen­ richtung entgegen dem Uhrzeigersinn verläuft. Dadurch wird eine gleichmä­ ßige Verteilung der Druckluft über die Lagerfläche erreicht, und die Luftzufuhrmenge kann noch weiter verringert werden, selbst wenn der Rotorschaft nach der Erstinstallation zur jungfräulichen Lagerfläche 7 verkantet ausge­ richtet ist.

Die Querschnittsdurchmesser der Mikrolöcher liegen typischerweise im Be­ reich von 600 bis 5 Mikrometer. Vorzugsweise von 400 bis 20 Mikrometer. Der kleinste Durchmesser jedes Mikrolochs, der für den Luftdurchsatz be­ stimmend ist, liegt beispielsweise im Bereich von 150 bis 10 Mikrometer, während der erweitere Querschnitts zur Lagerfläche 7 hin, aus dem Verun­ reinigungspartikel leicht entfernt werden können, im Bereich von 400 bis 200 Mikrometer liegt. Die nutzbare Materialtiefe, die während des Betriebs als Verschleiß abgetragen wird, liegt typischerweise im Bereich von ca. 0,3 bis 4 mm. Bei einer dünnen Ausbildung der Drosselplatte bzw. bei der Verwen­ dung einer Folie oder dünnen Platte zur Ausbildung der Mikrolöcher wird ei­ ne Materialstärke im Bereich von 1 mm bis 100 Mikrometer verwendet.

Claims (49)

1. Offenend-Spinnvorrichtung mit einem Spinnrotor, dessen Schaft durch ein aerostatisches Axiallager mit einem Luftspalt zwischen Lagervor­ richtung (1, 1a) und Schaft abgestützt ist, wobei die in den Luftspalt eingeführte Luft eine vorgeschaltete Drosselvorrichtung (2, 1a) passiert, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselvorrichtung (2, 1a) eine Viel­ zahl von Mikrolöchern (4, 4a, 4b, 4c, 4d) zum Einstellen der dem Luftspalt zugeführten Luftmenge aufweist.

2. Offenend-Spinnvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrolöcher (4, 4a, 4b, 4c, 4d) in der Drosselvorrichtung (2, 1a) flächig verteilt angeordnet sind.

3. Offenend-Spinnvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrolöcher (4, 4a, 4b, 4c, 4d) matrixförmig angeordnet sind.

4. Offenend-Spinnvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrolöcher (4, 4a, 4b, 4c, 4d) spiralbahnförmig, ungefähr spi­ ralbahnförmig oder strahlenförmig auseinanderlaufend angeordnet sind.

5. Offenend-Spinnvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrichtung der Spiralbahn oder der Spiralbahnen (16) ge­ gensinnig zur Drehrichtung des Schafts ausgerichtet ist.

6. Offenend-Spinnvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrolöcher (4, 4a, 4b, 4c, 4d) entlang einer oder mehrerer konzentrisch verlaufender Kreislinien angeordnet sind.

7. Offenend-Spinnvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Mikrolochs (4a, 4b, 4c) zumindest im Bereich der Austrittsseite zur Austrittsseite hin zu­ nimmt.

8. Offenend-Spinnvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikroloch (4b, 4c) im Bereich der Austrittsseite konisch ausge­ bildet ist.

9. Offenend-Spinnvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Mikrolochs (4c) zumindest im Bereich der Eintrittsseite zur Eintrittsseite hin zunimmt.

10. Offenend-Spinnvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikroloch (4c) im Bereich der Eintrittsseite konisch ausgebildet ist.

11. Offenend-Spinnvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsseite des Mikrolochs mit einem Luftreservoir verbunden ist.

12. Offenend-Spinnvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß das Luftreservoir die poröse Struktur eines porösen Materials ist.

13. Offenend-Spinnvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrolöcher mittels Laserbohren ausgebildet sind.

14. Offenend-Spinnvorrichtung nach einem Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrolöcher mittels Elektronenstrahl- oder Io­ nenstrahlbohren ausgebildet sind.

15. Offenend-Spinnvorrichtung nach einem Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrolöcher mittels Ätzen ausgebildet sind.

16. Offenend-Spinnvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mikrolöcher mittels anisotropem Ätzen in einem kristallinen Material ausgebildet sind.

17. Offenend-Spinnvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrolöcher (4d) in einer dünnen Folie (10) oder Scheibe ausgebildet sind.

18. Offenend-Spinnvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Eingangsseite und/oder der Ausgangsseite der Drosselvorrichtung (2, 1a) Vertiefungen (14) ausge­ bildet sind, deren Querschnitt größer als der Querschnitt der Mikrolö­ cher (4d) ist und mit denen die Ein- und/oder Austrittsseite der Mikrolö­ cher verbunden ist.

19. Offenend-Spinnvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich­ net, daß mehrere Mikrolöcher (4d) mit einer Vertiefung (14) verbunden sind.

20. Offenend-Spinnvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Mikrolöcher an der Austrittsseite aufgeweitet (4a, 4b, 4c) ist.

21. Offenend-Spinnvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeich­ net, daß die Austrittsseite der Mikrolöcher (4a) mit einem größeren Bohrdurchmesser aufgebohrt ist.

22. Offenend-Spinnvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselvorrichtung (2, 1a) aus dem gleichen Werkstoff besteht wie die Lagervorrichtung (1, 1a).

23. Offenend-Spinnvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lagervorrichtung (1, 1a) und das Ende des Schaftes eine reibungsarme Werkstoffpaarung ergeben.

24. Offenend-Spinnvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß in der Lagervorrichtung ein Vertie­ fung (8) zur Kontrolle des Verschleißes ausgebildet ist.

25. Offenend-Spinnvorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vertiefung (8) ein Sackloch ist.

26. Offenend-Spinnvorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, da­ durch gekennzeichnet, daß bei der Werkstoffpaarung aus der Lagerflä­ che (7) der Lagervorrichtung (1, 1a) und dem Ende des Schaftes das erste Material ein hochwarmfester Kunststoff, vorzugsweise Polyimid oder Kevlar, ist.

27. Offenend-Spinnvorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 25, da­ durch gekennzeichnet, daß bei der Werkstoffpaarung das erste Materi­ al Graphit oder Kohlenstoff ist.

28. Offenend-Spinnvorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, da­ durch gekennzeichnet, daß bei der Werkstoffpaarung das erste Materi­ al Aluminium oder Bronze ist.

29. Offenend-Spinnvorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 28, da­ durch gekennzeichnet, daß bei der Werkstoffpaarung das zweite Mate­ rial ein Hartwerkstoff oder Hartstoff-beschichtet ist.

30. Offenend-Spinnvorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeich­ net, daß der Hartstoff oder die Hartstoffbeschichtung eine Keramik ist, vorzugsweise Siliziumcarbid oder Bornitrid.

31. Offenend-Spinnvorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 30, da­ durch gekennzeichnet, daß das erste und/oder zweite Material einen reibungsverringernden Zusatz aufweist.

32. Offenend-Spinnvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die sich parallel gegenüberstehen­ den Lagerflächen (7) der Lagervorrichtung (1, 1a) und des Schaftes muldenförmig, vorzugsweise konisch oder domförmig, ausgebildet sind.

33. Offenend-Spinnvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselvorrichtung ein Partikel­ filter vorgeschaltet ist.

34. Offenend-Spinnvorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeich­ net, daß der Partikelfilter ein poröses Material ist, das vorzugsweise einteilig mit der Drosselvorrichtung ausgebildet ist.

35. Lagervorrichtung in einem aerostatischen Axiallager einer Offenend- Spinnvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagervorrichtung (1a) und die Drosselvorrich­ tung (1a) einteilig ausgebildet sind.

36. Lagervorrichtung in einem aerostatischen Axiallager einer Offenend- Spinnvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Drosselvorrichtung (2, 15) ein der Lagerfläche (7) vorgeschalteter Einsatz ist.

37. Lagervorrichtung in einem aerostatischen Axiallager einer Offenend- Spinnvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Drosselvorrichtung (15) als Einsatz in die Lagervor­ richtung eingesetzt ist und auf der Drosselvorrichtung zumindest ein Teil der Lagerfläche (7) ausgebildet ist.

38. Verfahren zur Herstellung einer Drosseleinrichtung mit Mikrolöchern, die einem aerostatischen Axiallager einer Offenend-Spinnvorrichtung vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrolöcher mittels Laserstrahlbohren ausgebildet werden.

39. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Mi­ krolöcher mit einem gepulsten Laserstrahl gebohrt werden.

40. Verfahren nach Anspruch 38 oder 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlwellenlänge kurzwellig ist, vorzugsweise unter 300 nm.

41. Verfahren nach Anspruch 38, 39 oder 40, dadurch gekennzeichnet, daß während des Bohrvorgangs der Abstand zwischen der Laser­ strahloptik und der Drosselvorrichtung verkürzt wird.

42. Verfahren nach Anspruch 38, 39 oder 40, dadurch gekennzeichnet, daß während des Bohrvorgangs der Abstand zwischen der Laser­ strahloptik und der Drosselvorrichtung konstant gehalten wird.

43. Verfahren nach einem der Ansprüche 38 bis 42, dadurch gekennzeich­ net, daß ein einzelner Laserstrahl mittels einer Abbildungsoptik in meh­ rere Teilstrahlen aufgeteilt wird und mittels der Teilstrahlen voneinander beabstandete Mikrolöcher gleichzeitig gebohrt werden.

44. Verfahren zur Herstellung einer Drosseleinrichtung mit Mikrolöchern, die einem aerostatischen Axiallager einer Offenend-Spinnvorrichtung vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrolöcher mittels Maskentechnik und Ätzen ausgebildet werden.

45. Verfahren nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske mittels Photolithographie hergestellt wird.

46. Verfahren nach Anspruch 44 oder 45, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzen naßchemisch oder trocken, insbesondere mittels Plasmaät­ zen, erfolgt.

47. Verfahren nach Anspruch 44, 45 oder 46, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrolöcher in einem kristallinen Material ausgebildet werden und das Ätzen anisotrop erfolgt.

48. Verfahren zur Herstellung einer Drosseleinrichtung mit Mikrolöchern, die einem aerostatischen Axiallager einer Offenend-Spinnvorrichtung vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrolöcher mittels Ionenstrahl- oder Elektronenstrahlbohren ausgebildet werden.

49. Verfahren nach einem der Ansprüche 38 bis 48, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mikrolöcher in einer auf der Drosselvorrichtung aufge­ brachten Schicht oder in einer Folie oder Platte ausgebildet werden, wobei die Folie oder Platte vor oder nach dem Ausbilden der Mikrolö­ cher auf die Drosselvorrichtung aufgebracht wird.