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Vorrichtung zum Dämpfen der Radialschwingungen einer Spindelhülse
für den Schaft einer Spinn- oder Zwirnspindel Die Erfindung richtet sich auf eine
Vorrichtung zum Dämpfen der Radialschwingungen einer das Spindelhalslager und das
Spindelfußlager aufnehmenden Spindelhülse für den Schaft einer Spinn- oder Zwirnspindel
in Form einer zwischen der Fußlagerhülse und dem Spindellagergehäuse angeordneten
elastischen ölbeständigen Muffe, die an ihrer Außen-oder Innenseite profiliert ist,
wobei sich die Rippenprofile gegebenenfalls nach außen verjüngen und die Enden der
rippenartigen Vorsprünge die zylindrische Innenfläche des Spindellagergehäuses oder
die 7ylindrische Außenfläche der Spindelhülse flächig berühren.
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Spinn- und Zwirnspindeln laufen im allgemeinen mit großer Geschwindigkeit
um eine vertikale Achse um, und sie sind in einem Halslager gelagert. Außerdem sind
sie in einem an seinem Unterende geschlossenen Lagergehäuse geführt, innerhalb dessen
ein Fußlager untergebracht ist.
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Spindeln dieser Art sollen sich trotz der großen Geschwindigkeiten
geräuschlos drehen. Sie müssen aber auch die durch die Unwucht der Spindel oder
der von dieser getragenen Spule sowie durch die Einwirkung des Spindelantriebs und
durch die Schwankungen in der Fadenspannung hervorgerufenen Schwingungen aufnehmen.
Sie müssen ohne weiteres die kritische Geschwindigkeit durchlaufen und ihre Oberschwingungen
überschreiten können. Dabei muß die sichere Zentrierung der Spindel innerhalb des
Lagergehäuses gewährleistet sein, und zwar unabhängig von der jeweiligen Belastung.
Schließlich darf die erforderliche Wartung ein bestimmtes Maß nicht überschreiten.
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Es sind bereits Dämpfungsvorrichtungen für die Schwingungen der Spinn-
oder Zwirnspindeln bekannt. Diese sind mit einer das Hals- und das Fußlager für
den Spindelschaft verbindenden Lagerbüchse sowie mit zwei in der Höhe versetzten
Bohrungen versehen, die den Durchtritt des Öls von dem Spindellagergehäuse in das
Innere der Lagerbüchse ermöglichen. Sie weisen außerdem durchgehende axiale Kanäle
innerhalb einer elastisch deformierbaren Muffe zur Schwingungsdämpfung im Bereich
des Fußlagers auf. Das Fußlager selbst befindet sich dabei in einem ruhenden Ölbad,
während zwischen den beiden in verschiedenem Niveau angeordneten Bohrungen ein Ölumlauf
im Ausmaß der aufzunehmenden Schwingungen stattfindet.
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Es sind aber auch schon Anstrengungen gemacht worden, sowohl das Hals-
als auch das Fußlager einem ständigen Kreislauf des Schmiermittels auszusetzen,
um dadurch die Dämpfung der Spindelschwingungen zu verbessern. Eine bekannte Ausführungsform
sieht hierzu über die gesamte Querschnittsfläche der elastischen Dämpfungsmuffe
des Fußlagers verteilte axiale Kanäle vor sowie eine Lagerung der zwischen der Spindellagerbüchse
und dem unteren Ende des Spindellagergehäuses angeordneten Muffe auf einer über
ihrer ganzen Fläche gelochten oder gitterförmig durchbrochenen Scheibe, die sich
in Abstand über dem Boden des Spindellagergehäuses befindet. Die dadurch hervorgerufene
Pumpwirkung soll den Ölkreislauf forcieren.
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Diese bekannten hydraulischen Dämpfungsvorrichtungen arbeiten jedoch
nicht völlig zufriedenstellend, und zwar insbesondere dadurch, daß das Öl vielfach
starken Bewegungen ausgesetzt ist, wodurch es sich beträchtlich erhitzen kann. Die
Folge sind Oxydationserscheinungen des Öls, das auf diese Weise mehr oder weniger
schnell seine Schmiereigenschaften einbüßt.
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Ziel der Erfindung ist es, in Erkenntnis dieser Nachteile der bekannten
Anordnungen eine Dämpfungsvorrichtung zu schaffen, die sich ebenso durch ihren einfachen
Aufbau wie durch ihre vorteilhafte Wirkungsweise auszeichnet und dadurch ein erhöhtes
Maß an Betriebssicherheit gewährleistet.
Diese Vorteile werden gemäß
der Erfindung dadurch erzielt, daß die Erhöhungen der elastischen Muffe als gegen
die radiale Richtung in einer und derselben Richtung geneigte flügelartige Fortsätze
ausgebildet sind, und zwar derart, daß die elastischen Fortsätze geringe radiale
Drücke aufzunehmen vermögen, größere Drücke hingegen zum Umbiegen der Fortsätze
führen und bei stärkerem Umbiegen diese Fortsätze aneinander anliegen und sich gegenseitig
abstützen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die Durchmesser
der Muffe so zu bemessen, daß zwischen der Muffe und der Fußlagerhülse und/ oder
dem Spindellagergehäuse ein Spiel vorhanden ist.
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Auf diese Weise wird eine günstige Dämpfungswirkung erreicht, die
hinsichtlich der Druckaufnahmefähigkeit an die insbesondere mit Änderungen der Belastung
ständig wechselnden Druckverhältnisse anpassungsfähig ist und ihre Wirkung auch
über einen weiten Geschwindigkeitsbereich beibehält, ohne daß irgendwelche Resonanzerscheinungen
auftreten können. Da der Dämpfer praktisch nur aus einem einzigen Stück besteht,
nämlich der elastischen Muffe, weist die Erfindung auch wirtschaftliche Vorteile
auf, zumal weder der Einbau noch der Ersatz einer eventuell unbrauchbar gewordenen
Muffe irgendwelche Schwierigkeiten bereitet.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung zweier besonders zweckmäßiger Ausführungsbeispiele
der Erfindung sowie an Hand der Zeichnung, von denen Fig. 1 eine mit einem erfindungsgemäßen
Dämpfungsglied versehene Spindel im Axialschnitt, Fig.2 einen Querschnitt nach II-11
in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab, Fig.3 eine andere Ausführungsform des Flügelringes
im Teilquerschnitt in vergrößertem Maßstab und Fig. 4 bis 7 die Gestalt des Flügelringes
unter verschiedenen Betriebsbedingungen zeigen.
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Die in Fig. 1. dargestellte Spindel besteht aus dem Spindelschaft
1, der in einem oberen Halslager 2 und einem unteren Fußlager 3 umläuft, die in
einer Spindelbüchse 4 angeordnet ist, die ihrerseits im Innern des mit 5 bezeichneten
Spindellagergehäuses untergebracht ist, dessen glatter oder geriffelter Innenraum
gleichzeitig zur Aufnahme des Öls oder einer anderen geeigneten viskosen Druckflüssigkeit
dient. Das Gehäuse 5 ist mittels einer auf seinen Gewindeteil 8 aufgeschraubten
Mutter 7 an der Spindelbank 6 befestigt. Bei 9 ist der Antriebswirtel und bei 10
der Spulenhalter dargestellt, die beide mit dem Spindelschaft 1 fest verbunden sind.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Spindelbüchse 4
im Betrieb deformierbar, so daß das Halslager 2 und das Fußlager 3 stets gegeneinander
ausgerichtet bleiben. Die Spindelbüchse 4 wird mit ihrem oberen Ende im Gehäuse
5 gehalten. Hierzu dient ein Ring 11 aus biegsamem, elastischem Material, der in
entsprechende Ringnuten 12 und 13 in der Büchse 4 und im Gehäuse 5 eingesetzt ist.
Der Ring 11 dient gleichzeitig als Dichtung, um ein Entweichen des in der Spindel
enthaltenen Öls nach oben zu verhindern.
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Unmittelbar oberhalb des elastischen Ringes 11 besitzt die Spindelbüchse
4 eine normalerweise nicht an dem Gehäuse anliegende Schulter 15. Diese dient als
Anschlag, um die Verformungen des Ringes 11 unter der Einwirkung einer nach unten
gerichteten Axialverschiebung des Halslagers 2 gegenüber dem Fuß bei starken Stößen,
beispielsweise bei heftigem Aufsetzen einer Spule auf den Spulenhalter 10, zu begrenzen.
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Im unteren Fußlager 3 ist eine Axialbohrung 17 vorgesehen, die eine
ständige Verbindung zwischen diesem Lager und der im Spindellagergehäuse 5 vorgesehenen
Ölkammer darstellt, so daß eine dauernde Lagerschmierung gesichert ist. Die Radialbohrungen
18 und 19 in der zylindrischen Wand der Spindelbüchse 4 stellen die Verbindung zwischen
dem Inneren und dem Äußeren der Spindellagerung her und bewirken dadurch eine dauernde
gute Verteilung des Öls sowohl im Inneren der Büchse 4 als auch im Inneren des Lagergehäuses
5.
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Das Dämpfungsglied selbst besteht aus einer zylindrischen Muffe 21
aus elastischem, ölbeständigem Material, einem sogenannten Elastomer, wie z. B.
einem Kunstgummi, einem Silikongummi, einem Kunstharz, einem Polyamid oder Tetrafluoräthylen.
Die Muffe 21 ist im unteren Ende des Spindellagergehäuses 5 zwischen dieses und
die Spindelbüchse 4 eingesetzt und ganz von dem Öl umspült, dessen oberer Spiegel
mit 22 bezeichnet ist. Zumindest die eine der zylindrischen Flächen der Muffe 21
- beim dargestellten Ausführungsbeispiel die Außenfläche -besitzt flügelartige Fortsätze
23, die gegenüber der Radialriohtung beispielsweise in einem Winkel a (s. Fig. 2)
geneigt sind. Sämtliche Flügel 23 sind in der gleichen Richtung geneigt und
sie können parallel zu den Erzeugenden der zylindrischen Muffenfläche oder aber
auch schraubenförmig auf dieser verlaufen.
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Die Fortsätze 23 sind einerseits in genügend großem Abstand voneinander
angeordnet, so daß das Öl in die Zwischenräume eindringen kann, wenn die Fortsätze
23 bei guter Zentrierung des Schaftes 1 beispielsweise die im unteren Teil der Fig.
2 dargestellte Stellung einnehmen. Diese Flügel befinden sich auf der der Radialverschiebung
des Fußlagers entgegengesetzten Seite. Andererseits ist der Abstand der Fortsätze
23 gering genug, um diesen bei stärkeren radialen Drücken ein Umbiegen zu erlauben,
wie dies im oberen Teil der Fig. 2 dargestellt ist.
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Bei der dargestellten Ausführungsform ist der auf die Flügelkanten
bezogene Durchmesser der Dämpfungsmuffe etwa gleich dem Innendurchmesser des Spindellagergehäuses
5. Der Innendurchmesser der zylindrischen Oberfläche der Muffe 21 ist jedoch etwas
größer als der Durchmesser des Fußlagers, so daß dieses bei leichten radialen Schwingungen
die Fortsätze der Muffe noch nicht zu deformieren vermag.
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Die Muffe 21 ruht im Boden des Lagergehäuses auf einer gelochten Scheibe
24 auf, unter der sich ein Ölreserveraum 25 befindet. Oben wird die Muffe von einer
Schulter 26 des Gehäuses in Axialriehtung gehalten. Infolge ihrer Elastizität kann
die Muffe unter geringfügigem Zusammendrücken ohne weiteres eingesetzt oder entfernt
werden.
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Eine unterhalb des Halslagers in der Spindelbüchse vorgesehene Bohrung
28 erleichtert das Einfüllen des Öls.
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Die Dämpfungsmuffe arbeitet folgendermaßen: Ist das Fußlager zentriert,
wird es durch eine Ölschicht von gleichmäßiger Dicke von der zylindrischen Wand
der Muffe 21 getrennt, und die Zwischenräume
zwischen den flügelartigen
Fortsätzen der Muffen sind mit Öl gefüllt.
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Bei der geringsten Radialbelastung des Fußlagers wird an der Seite
des Radialdrucks eine geringe Menge Öl aus dem Zwischenraum zwischen dem Lager und
der Muffe verdrängt und in Richtung der diametral entgegengesetzten Zone bewegt.
Der dieser Bewegung des Öls entgegengesetzte Widerstand stellt bereits eine Dämpfung
dar, die bei den niedrigen Frequenzen gering ist, die sich jedoch in gleichem Maße
verstärkt, nach welchem die Geschwindigkeit dieser radialen Verschiebungen des Fußlagers
zunimmt, d. h., sie verstärkt sich praktisch mit der Steigerung der Umlaufgeschwindigkeit
der Spindel.
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Bei einer größeren Radialverschiebung des Halslagers, wie sie beispielsweise
im oberen Teil der Fig. 2 dargestellt ist, ruft das bereits mit der inneren, zylindrischen
Oberfläche der Muffe in Berührung stehende Fußlager eine Durchbiegung der in dieser
Zone befindlichen Fortsätze hervor, auf die das Halslager sich zubewegt, so daß
sich diese Flügel gegeneinander legen und die diese trennenden Zwischenräume sich
unter Ausstoß des dieser Bewegung einen Widerstand entgegensetzenden und dadurch
die gewünschte Dämpfwirkung erzeugenden Öls zunehmend verengen.
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Darüber hinaus bewirkt die Elastizität der Flügel einen Gegendruck,
der das Fußlager neu zu zentrieren vermag. So stützt sich der in Fig. 2 bei A angedeutete
Flügel im Punkt M an der Wand des Gehäuses ab, und er erzeugt dabei einen zur Zylinderoberfläche
senkrechten, d. h. in radialer Richtung verlaufenden Gegendruck, der das Halslager
in die Achse des Spindelfußes zurückzuführen bestrebt ist. Darüber hinaus ruft die
vorzugsweise um den Punkt M in Richtung des Pfeiles f entstehende Schwenkbewegung
des Flügels ein Kräftepaar oder ein Gegenmoment C - l hervor, das diesen Flügel
gegen den unmittelbar neben bzw. über ihm befindlichen drückt, wobei sich diese
Bewegung dann von Flügel zu Flügel in der ganzen Zone, in der diese Flügel vom Fußlager
gegen das Gehäuse gedrückt werden, fortsetzt.
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Durch dieses Gegenmoment, das den Druck unter gleichzeitiger Abschwächung
nach und nach auf mehrere Flügel überträgt, wird eine unvermittelte Umkehr der Bewegung
sowie jedes Auftreten von Resonanzen und eine Schwingung des Fußlagers und der gesamten
von ihm getragenen Teile vermieden.
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Die beschriebene Dämpfungsvorrichtung läßt also einen sehr weit ausgedehnten
Geschwindigkeitsbereich zu, und sie reagiert ohne Eigenresonanz sofort auf die jeweils
wirksam werdenden Kräfte.
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In Fig. 3 ist ein Teil einer anderen Ausführungsform der die flügelartigen
Fortsätze 23a tragenden Muffe dargestellt, deren Querschnitt der einzelnen Fortsätze
23a jeweils zum freien Ende hin abnimmt, so daß sich an ihrer Basis am zylindrischen
Muffenteil befestigte Fortsätze mit nach außen zunehmender Biegsamkeit ergeben.
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Die allgemeine Richtung eines jeden Fortsatzes ist gegenüber dem Radius
geneigt, wie die beiden Linien A und B in Fig. 3 zeigen, die die beiden
Seitenkanten eines Flügels verlängern und die Tangenten an zwei konzentrischen Kreisen
C und D bilden.
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Außerdem läuft jeder der flügelartigen Fortsätze in einer Fläche von
nicht zu geringer Größe aus, die im Querschnitt der Länge a in Fig. 3 entspricht.
Zweck dieser Anordnung ist es, bei Schwingungen von geringer Amplitude und geringer
Intensität die Außenfläche der betroffenen Flügelenden mit der entsprechenden zylindrischen
Innenfläche des Spindelgehäuses in Berührung zu halten, so daß die Flügel in diesem
Fall nur unter Druckbeanspruchung arbeiten und der vom Gehäuse auf sie einwirkende
Gegendruck außerhalb der Achse der Spindelhülse weiterverläuft.
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Fig. 4 zeigt die allgemeine Gestaltung der flügelartigen Fortsätze,
wenn sie keinem Radialdruck ausgesetzt sind, d. h., wenn das Halslager 4 keinerlei
Radialschwingungen gegenüber dem Lagergehäuse 5 ausgesetzt ist. Unter diesen Umständen
befinden sich die Flügelenden im Bereich der zylindrischen Innenfläche des Gehäuses,
und die Flüssigkeit kann in Umfangsrichtung frei zirkulieren.
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Fig. 5 zeigt die relativen Stellungen der Teile, wenn das Halslager
einen Radialdruck in Richtung des Pfeiles F aufnimmt. Die Fortsätze der Muffe stützen
sich auf die zylindrische Innenwandung des Spindellagergehäuses und sie arbeiten
zunächst unter Druckbeanspruchung, wobei sie eine Art elastischer Anschläge bilden.
Steigt die Intensität der einwirkenden Kraft, so beginnen sie etwas unter der Biegebeanspruchung
zu arbeiten. Die Flüssigkeit kann in dieser Zone nicht mehr in der Umfangsrichtung
zirkulieren, so daß die Fortsätze bei beginnender Berührung mit dem Gehäuse unter
Druckbeanspruchung stehen. Dies bewirkt eine Dämpfung leichter oder sehr schneller
Schwingungen.
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Wenn die Kraft F größer wird, nehmen die Fortsätze die aus Fig. 6
ersichtliche Form an, bei der sie eine weit stärkere Biegung aufweisen. Der Querschnitt
der zwei nebeneinanderliegenden Fortsätze trennenden Zwischenräume ist wesentlich
verringert, un dein Teil der darin befindlichen Flüssigkeit wird somit daraus verdrängt.
Da diese Flüssigkeit aber nicht in Umfangsrichtung abziehen kann, muß sie am oberen
und unteren Ende der Muffe austreten. Diese Bewegung erzeugt eine weitere Dämpfung,
die sich zu der durch die Reaktion der Flügel unter der Einwirkung ihrer Eigenelastizität
hervorgerufenen addiert.
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Bei noch größeren Belastungen, beispielsweise bei Anlaufen mit einer
großen Unwucht, biegen sich die Fortsätze, wie in Fig. 7 dargestellt ist, noch mehr,
und sie stützen sich schließlich aufeinander ab. Dabei entsteht eine noch stärkere,
die größtmögliche Exentrizität des Fußlagers begrenzende Reaktion.
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In allen Fällen geht die vom Gehäuse auf die Lager übertragene Dämpfungsreaktion
niemals durch die Achse dieses Lagers hindurch, so daß dieses nicht beeinträchtigt
wird, sondern sich ein sehr wirksamer Dämpfungseffekt ergibt. Mit diesem erfolgt
gleichzeitig eine automatische Neuzentrierung.
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Die Empfindlichkeit des die Dämpfung bewirkenden Organs wird in erster
Linie durch die Konsistenz des Elastomers, aus dem die Muffe hergestellt ist, durch
die Form der Fortsätze und gegebenenfalls durch die Konsistenz der etwa verwendeten
Flüssigkeit bestimmt.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das im vorstehenden
beschriebene und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel beschränkt,
sondern es sind demgegenüber zahlreiche Abänderungen möglich, ohne daß diese vom
Grundgedanken der Erfindung abweichen. So kann die elastische Muffe nicht nur auf
ihrer zylindrischen Außenfläche flügelartige
Fortsätze aufweisen.
Sie kann diese auch auf der zylindrischen Innenfläche oder gleichzeitig auf der
Außenfläche und auf der Innenfläche besitzen. Des weiteren kann das Halslager auch
an einem anderen Punkt der Länge der Spindelbüchse abgestützt sein sowie gegebenenfalls
auch durch andere Mittel als einen elastischen Ring. Die Erfindung läßt sich auch
für die Lagerung von Spindeln verwenden, deren Halslager als biegsames Teil ausgebildet
ist. Schließlich ist die Erfindung auch bei nicht von einer Flüssigkeit umspülten
Dämpfungsgliedern anwendbar.