DE4342583A1 - Schaftloser Spinnrotor einer Offenend-Spinnmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen schaftlosen Spinnrotor einer Offenend-Spinnmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Bei der Weiterentwicklung von Rotorspinnmaschinen kommt es neben einer Qualitätsverbesserung der erzeugten Garne vor allem auch darauf an, die Produktionsleistung zu erhöhen. Eine Schlüsselposition bezüglich der Produktionsleistungserhöhung nimmt dabei die Drehzahl des Spinnrotors ein. Aus diesem Grunde wurden verschiedenste Antriebs- und Lagervarianten für Spinnrotoren entwickelt, um Drehzahlen von deutlich über 100.000 U/min zu erreichen. Die Verminderung des Rotordurchmessers und seiner Masse sowie der Reibungsverluste gestattet nicht nur eine höhere Drehzahl, sondern auch eine reduzierte Energieaufnahme beim Antrieb.

Als besonders vorteilhaft in dieser Hinsicht können schaftlose Spinnrotoren eingestuft werden, die als Läufer eines Axialfeldmotors ausgebildet sind. Ein kombiniertes Magnet-Gaslager sorgt für relativ geringe Reibungsverluste.

Durch die WO 92/01097 ist ein schaftloser OE-Spinnrotor für ein kombiniertes Magnet-Gaslager bekannt. Er besitzt eine der Rotoröffnung abgewandte Lagerfläche und Mittel zum Leiten des Magnetflusses für Antriebs- und Führungsmagnetfelder. Vor allem durch die Führungsmagnetfelder wird eine Führungssteifigkeit des OE-Spinnrotors erreicht. Allerdings hat sich herausgestellt, daß die insbesondere in kritischen Drehzahlbereichen auftretenden unzulässigen Taumel- und Schwingbewegungen nicht signifikant unterdrückt werden konnten. Außerdem hat sich im Zentralbereich des Stators eine Erwärmung eingestellt, die aufgrund der Wärmedehnung zu störenden Verspannungen geführt hat.

Es ist Aufgabe der Erfindung, den bekannten schaftlosen Spinnrotor so weiterzuentwickeln, daß die Laufruhe verbessert und die Wärmeentwicklung im Bereich der Drehachse vermindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die magnetischen Felder der außenliegenden, achssymmetrischen Antriebsmagnete, die eine zeitlich und räumlich wechselnde Komponente aufweisen, die konstanten magnetischen Felder der Führungsmagneten beeinträchtigen. Die Überlagerung der Felder hat eine asymmetrische Feldstärkeverteilung im Zentrum des Spinnrotors zur Folge.

Während sich zum Beispiel die magnetischen Feldlinien zwischen den Antriebsmagneten über den zentralen Bereich, in dem die Führungsmagnete angeordnet sind, in gleicher Richtung hinweg erstrecken, ist die Richtung der Magnetfeldlinien der Führungsmagnete auf gegenüberliegenden Seiten der Rotationsachse entgegengesetzt. Dadurch kommt es auf einer Seite zu einem Stau des magnetischen Flusses, gegebenenfalls sogar einer magnetischen Sättigung, während es auf der gegenüberliegenden Seite zu einer gegenseitigen Abschwächung der Magnetfelder kommt.

Durch die Kopplung der Magnetflüsse von Antriebs- und Führungsmagnetfeldern führt die Wirkung des Statorstromes zu einer ständigen Ummagnetisierung im Bereich der Führungsmagnete.

Durch die Anordnung einer Sperrschicht zum Entkoppeln der jeweiligen Magnetflüsse wird der Einfluß der Wechselkomponente der Antriebsmagnetfelder im zentralen Bereich, das heißt, im Bereich der Führungsmagnetfelder minimiert. Dadurch können Wirbelströme in der Rotationsfrequenz des Rotors, insbesondere auf der Statorseite, signifikant reduziert werden. Derartige Wirbelströme könnten vorrangig dann gefährlich werden, wenn die zentralen Teile des Statorgaslagers metallische Elemente besitzen. Außerdem wird eine asymmetrische Aufmagnetisierung des zentralen Bereiches der Führungsmagnetfelder und damit einer Verschiebung der magnetischen Achse vermieden. Eine solche Verschiebung führt unmittelbar zu einer Abweichung zwischen der mechanischen Rotationsachse um den Rotorschwerpunkt und der magnetischen Achse, die die Einstellung des Rotors auf ein Minimum des Magnetpotentials des Feldes anstrebt. Die Abweichung der beiden Achsen führt zu den beim Stand der Technik festgestellten Taumel- und Schwingbewegungen.

Die Erfindung ist durch die Merkmale der Ansprüche 2 bis 9 vorteilhaft weitergebildet.

Vorteilhaft werden zum Leiten des Magnetflusses getrennte Joche verwendet, die durch die genannte Sperrschicht voneinander getrennt sind.

Obwohl auf der Rotorseite auch Hysteresematerial zum Einsatz kommen kann, um den Antrieb zu bewirken, ist es vorteilhaft, konzentrische beziehungsweise punktsymmetrische Anordnungen von Permanentmagneten für die Antriebs- und Führungsmagnetfelder zu verwenden.

Die Joche können sowohl axial als auch radial zueinander beabstandet sein, wobei jeweils im Zwischenraum die Sperrschicht angeordnet ist.

Die aus der flachen Lagerfläche des Spinnrotors heraustretende Anordnung der die Führungsmagnetfelder erzeugenden Magnete und deren Eintauchen in eine gegenüberliegende, im Statorbereich vorhandene Vertiefung läßt insgesamt eine Reduzierung der axialen Ausdehnung des Hauptteiles des Spinnrotors zu, auch wenn die beiden Joche für die Führungs- und die Antriebsmagnete axial voneinander beabstandet sind. Dabei ist zu berücksichtigen, daß hinsichtlich des Magnetflusses des Magnetfeldes der Antriebsmagneten ein sich auch über den Zentralbereich erstreckendes Joch günstigere Eigenschaften besitzt. Außerdem liegt in diesem Fall das rotorseitige Joch für die Antriebsmagnetfelder näher an den Statorwicklungen, wodurch insgesamt die Länge der Magnetfeldlinien verkürzt wird.

Eine besonders günstige Konstellation der Magnete zur Erzeugung der Führungsmagnetfelder ergibt sich durch die Anordnung eines zentrischen, scheibenförmigen Magneten und eines von diesem beabstandeten, konzentrischen ringförmigen Magneten entgegengesetzter Polarität. Auf diese Weise werden im Zusammenwirken mit einer gleichartigen Magnetanordnung, jedoch umgekehrter Polarität, sowohl eine gute Halte-, als auch Zentrierwirkung erreicht.

Die Verbindung der Joche mit ihren jeweiligen Magneten ohne Zwischenlage begünstigt einen starken, das heißt, ungehinderten Magnetfluß.

Die aus der Lagerfläche hervortretende Anordnung der Magnete zur Erzeugung der Führungsmagnetfelder läßt sich besonders günstig fertigen, wenn das zugehörige Joch in einer Ebene mit dem Hauptteil der Lagerfläche des Spinnrotors liegt.

Weitere spezifische Vorteile werden im Zusammenhang mit nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Axialfeldmotor zum Antrieb eines erfindungsgemäßen Spinnrotors,

Fig. 2 eine Variante der Gestaltung des erfindungsgemäßen Spinnrotors, ebenfalls in Schnittdarstellung und

Fig. 3 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Spinnrotors in Schnittdarstellung.

Wesentliche Bauelemente des Axialfeldmotors sind der Spinnrotor 1 und der Stator 2. Hauptbestandteil des Spinnrotors 1 ist die Spinntasse 3, die eine umlaufende Fasersammelrinne 31 besitzt in die aufgelöste Fasern eingespeist und unter Bildung eines Fadens durch die Drehung des Rotors wieder abgezogen werden. Faserzuführeinrichtung sowie die Abzugsdüse für den Faden sind aus Übersichtsgründen hier nicht dargestellt. Sie sind auch ohne Einfluß auf den Gegenstand vorliegender Erfindung.

Im Bereich der Rotationsachse 11 ist am Spinnrotor 1 ein Zentriermagnet 7 und durch eine Trag- und Isolierschicht 19 beabstandet ein Magnetring 8 so angeordnet, daß sie aus der durch einen Magnetträger 5 aus zum Beispiel durch die gattungsbildende WO 92/01097 bekannten festen Laminaten gebildeten rotorseitigen Lagerfläche heraustreten.

Dieses rotationssymmetrische Gebilde taucht in eine Aussparung des Stators 2 unter Ausbildung eines axialen Luftspaltes 14 und eines radialen Luftspaltes 15 ein.

Axial schließt sich an den Luftspalt 14 statorseitig eine entsprechende Magnetanordnung aus einem zentrischen Magneten 22 und einem Ringmagneten 21 an. Ringmagnet 21 und zentrischer Magnet 22 sind auch hier durch eine Trag- und Isolierschicht voneinander getrennt. Die Polung der Magnete 21 und 22 im Bereich des Luftspaltes 14 ist entgegengesetzt zur Polung der Magnete 7 und 8 auf der Rotorseite. Dadurch ergibt sich eine gegenseitige Anziehung der Magnete.

Auf den dem Luftspalt 14 entgegengesetzten Seiten der Magnete 7, 8, 21 und 22 sind Jochscheiben 6 und 23 zum Leiten der Magnetflüsse angeordnet. Mindestens auf der Statorseite kann die Jochscheibe 23 direkt auf den Magneten 21 und 22 aufliegen, da diese Magnetanordnung feststehend ist und demzufolge an die dortige Trag- und Isolierschicht 20 keine besonderen Anforderungen bezüglich der Halterung gestellt werden müssen. Allerdings ist es auch auf der Rotorseite möglich, die Magnete 7 und 8 durch eine Klebeverbindung an ihrem Joch 6 zu befestigen. In diesem Falle ist es nicht notwendig, daß sich auch zwischen den Magneten 7 und 8 und dem Joch 6 ein Teil der Trag- und Isolierschicht 19 mit erstreckt.

Das Joch 6 für die Führungsmagnetfelder des Spinnrotors 1 ist über den oben genannten Magnetträger 5 gemeinsam mit Antriebsmagneten 4 und 4′ mit der Spinntasse 3 verbunden. Die Antriebsmagnete 4 und 4′ bestehen beispielhaft aus segmentförmigen, achssymmetrischen Magnetplatten abwechselnder Polarität. Im einfachsten Fall reichen zwei Antriebsmagnete 4, 4′ aus, die in der Ebene der Lagerfläche voneinander magnetisch isoliert sind. Da diese Magnetanordnung jedoch bereits in der gattungsbildenden WO 92/01097 beschrieben ist, braucht an dieser Stelle nicht näher darauf eingegangen zu werden.

Zum weichmagnetischen Rückschluß der Antriebsmagnete 4, 4′ wird als Joch unmittelbar der Rotorboden 3′ der Spinntasse 3 verwendet, der deshalb aus einem ferromagnetischen Material besteht. Die Antriebsmagnete 4 und 4′ sind mit diesem Rotorboden 3′ verklebt. Das Joch 6 für die Magnete 7 und 8 des Führungsmagnetfeldes ist axial durch einen entsprechend breiten Luftspalt vom als Joch für die Antriebsmagnete 4 und 4′ wirkenden Rotorboden 3′ beabstandet. Dieser Luftspalt 9 bildet eine Sperrschicht, die für die Entkopplung der Antriebs- und Führungsmagnetfelder voneinander ausreichend ist. Damit bleibt die Wechselkomponente des drehenden Antriebsmagnetfeldes ohne signifikaten Einfluß auf das Führungsmagnetfeld. Dadurch wird sowohl das Entstehen von Wirbelströmen im Bereich der Rotationsachse deutlich reduziert, als auch ein "Auseinanderlaufen" der magnetischen und der mechanischen Rotationsachse mit der Folge des Entstehens von Schwingungen verhindert.

Hauptbestandteil des Stators 2 ist eine Statorwicklung 24 mit einem ringförmigen Weicheisenkern 25. Innerhalb dieses durch den Weicheisenkern 25 mit Statorwicklung 24 gebildeten Ringes ist, wie bereits erwähnt, die statorseitige Magnetanordnung der Magnete 21 und 22 für die Führungsmagnetfelder vorgesehen. In den Luftspalt 44 treten Luftdüsen 16 axial aus. Durch die ausströmende Luft wird zwischen Spinnrotor 1 und Stator 2 entgegen der Magnetkraft der Magnete immer ein entsprechender Luftspalt eingehalten, um einen direkten Kontakt der gegenüberliegenden Lagerflächen zu vermeiden. Die aus den Luftdüsen 16 austretende Luft strömt radial durch einen Luftspalt 10 ab, wodurch eine gleichmäßige Luftpolsterung über die gesamte Lagerfläche erreicht wird. Luftdruck beziehungsweise Luftmenge sind dabei so auf die Magnetkraft abzustimmen, daß sich im Hauptlagerbereich, das heißt zwischen der ringförmigen Anordnung von Statorwicklung 25 und dem gegenüberliegenden Teil des Spinnrotors 3 der Luftspalt 10 im Bereich von wenigen 100stel Millimetern ergibt. Auf diese Weise läßt sich der Luftverbrauch in vertretbaren Grenzen halten, die magnetische Wechselwirkung zwischen Spinnrotor 1 und Stator 2 maximieren sowie andererseits eine ausreichende Sicherheit gegen einen direkten Kontakt der Lagerflächen erreichen.

Der relativ zum Luftspalt 10 etwas breitere Luftspalt 14 läßt es zu, daß Maßabweichungen der Magnetanordnungen für die Führungsmagnetfelder, zum Beispiel aufgrund von Erwärmung durch über Oberwellen induzierte Wirbelströme, ohne Folgen bleiben. Vor allem aber kann gesichert werden, daß die empfindliche Düsenanordnung der Luftdüsen 16 in jedem Fall geschützt wird.

Die Luftdüsen 16 werden hier mittels eines Ringkanales 17 mit Luft versorgt, während der Ringkanal über eine Anschlußleitung 18 mit einer nicht dargestellten Druckluftquelle verbunden ist.

Der radiale Luftspalt 15 wird von zwei Anlaufsicherheitsflächen 12 und 13 begrenzt, die eine verschleißfeste Oberfläche aufweisen. Diese Anlaufsicherheitsflächen dienen der radialen Positionssicherung des Spinnrotors 1.

Wenngleich normalerweise durch die Führungsmagnetfelder zuverlässig abgesichert wird, daß der Spinnrotor 1 zuverlässig zentriert wird, kann es unter Extrembedingungen bei einer plötzlichen Unwucht des Rotors oder einer Verschmutzung im Bereich der Lagerflächen zur Verschiebung der Rotationsachse kommen. In diesem Falle wird durch die Anlaufsicherheitsflächen 12 und 13 dafür Sorge getragen, daß die Auslenkung des Rotors in engen Grenzen gehalten wird. Durch die ringförmige Anordnung der Luftdüsen 16 und den Austritt der Luft in den Luftspalt 15 wird dafür gesorgt, daß über die magnetische Zentrierung hinaus ohne Kontakt der Anlaufsicherheitsflächen 12 und 13 zueinander eine Zentrierung des Spinnrotors erfolgt.

Gegenüber einer bekannten Anordnung von den Außenumfang des Rotors umgebenden ringförmigen Anlaufsicherheitsflächen ist hier der Vorteil zu verzeichnen, daß die Umfangsgeschwindigkeit der rotorseitigen Anlaufsicherheitsfläche 13 durch den wesentlich geringeren Radius bei gleicher Drehzahl deutlich geringer ist und demzufolge die Reibwerte extrem unter denen der bekannten Lösung liegen.

Die Breite des Luftspaltes 14 sollte zwar aufgrund der magnetisch isolierenden Eigenschaften der Luft nicht wesentlich größer gewählt werden als die des Luftspaltes 10. Allerdings ist davon auszugehen, daß sich jeweils entgegengesetzte Magnetpole gegenüberstehen und keine Voraussetzungen gegeben sind, den Magnetfluß durch einen anderen weichmagnetischen Rückschluß umzulenken. Demzufolge hat auch der Luftspalt 9 hinsichtlich der magnetischen Isolation eine wesentlich einschneidendere Wirkung als der Luftspalt 14, da der Luftspalt 9 durch magnetischen Rückschluß in sich geschlossene Magnetfelder trennt.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Variante der Erfindung dient der Rotorboden der Spinntasse 27 des Spinnrotors 26 im Gegensatz zum ersten Beispiel nicht als Joch für die Antriebsmagnete 29 und 29′ . Die Spinntasse 27 kann deshalb komplett aus einem Material bestehen, welches keine magnetische Leitfähigkeit besitzt, zum Beispiel Aluminium.

Die Antriebsmagnete 29, 29′, Führungsmagnete, ein zentraler Magnet 30 und ein Ringmagnet 31, sowie ein Joch 32 für die Antriebsmagnete 29, 29′ und ein Joch 32 für die Führungsmagnete 30, 31 sind insgesamt in eine Trag- und Isolierschicht 28 eingebettet. Die isolierende Funktion der Trag- und Isolierschicht 28 besteht auch hier darin, die Magnetfelder, die unterschiedliche Aufgaben erfüllen, voneinander zu entkoppeln. Das Joch 32 ist hierbei ringförmig gestaltet, so daß es in der gleichen Ebene wie das Joch 33 für die Führungsmagnetfelder angeordnet ist und lediglich ein gegenseitiger radialer Abstand besteht, in dem die Trag- und Isolierschicht 28 angeordnet ist. Die Abstände der Magnete zu ihrem jeweiligen Joch sind sehr gering, so daß die dazwischenliegende Trag- und Isolierschicht 28 den Magnetfluß in diesem Bereich nicht signifikant beeinträchtigt. Darüber hinaus trifft auch hier zu, daß kein anderweitiger weichmagnetischer Rückschluß vorhanden ist und der Magnetfluß über den kürzesten Weg läuft.

Bei einer in Fig. 3 dargestellten dritten Variante der Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Spinnrotors 34 ist die Spinntasse 35 ebenfalls aus einem magnetisch nicht leitenden Material hergestellt. Am Rotorboden ist hier ein gesondertes Joch 36 für die Antriebsmagnetfelder befestigt, vorzugsweise mittels einer Klebeverbindung.

Durch eine Isolierschicht 39 ist das Joch 36 für die Antriebsmagnete 38, 38′ von Führungsmagneten, einem zentrischen Magneten 40 und einem Ringmagneten 41 sowie dem zugehörigen Joch 42 sowohl axial als auch radial getrennt. Auch zwischen den beiden Führungsmagneten 40 und 41 ist eine ringförmige magnetisch isolierende Schicht 43 angebracht. Die genannten Teile sind mittels einer Tragschicht 37 positioniert und am Joch 36 für die Antiebsmagnetfelder befestigt.

Bei den beiden letzten Ausführungsbeispielen ist eine durchgängig ebene Lagerfläche vorhanden, der statorseitig vorteilhaft eine ebenso vollständig ebenflächige Lagerfläche gegenüberstehen sollte. Je nach Anzahl und Anordnung der Magnete bilden sich mehrere oder auch nur jeweils ein in sich geschlossenes Antriebs- und ein Führungsmagnetfeld aus. Es ist im Rahmen der Erfindung möglich, mehrere sektorenartige Paarungen von Antriebsmagneten auf dem Spinnrotor anzuordnen. Ebenso ist es möglich, die konzentrische Anordnung von Führungsmagneten zu erweitern.

Claims (9)

1. Schaftloser Spinnrotor (1; 26; 34) einer Offenend-Spinnmaschine, der als Läufer eines Axialfeldmotors ausgebildet ist, mit einer der Rotoröffnung abgewandten Lagerfläche für ein kombiniertes Magnet-Gaslager und Mitteln (3′, 6; 32, 33; 36, 42) zum Leiten des Magnetflusses für die Antriebs- und die Führungsmagnetfelder, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Mitteln (3′, 6; 32, 33; 36, 42) zum Leiten des Magnetflusses der Antriebsmagnetfelder und der Führungsmagnetfelder eine das Entkoppeln der jeweiligen Magnetflüsse bewirkende Sperrschicht (9; 28; 39) mit nichtmagnetischen Eigenschaften angeordnet ist.

2. Schaftloser Spinnrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zum Leiten des Magnetflusses jeweils Magnetpole eines Magnetflußsystemes verbindende Joche (3′, 6; 32, 33; 36, 42) verwendet werden.

3. Schaftloser Spinnrotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetpole zur Erzeugung der Führungsmagnetfelder durch eine konzentrische Anordnung von Permanentmagneten (7, 8; 30, 31; 40, 41) und die Magnetpole zur Erzeugung der Antriebsmagnetfelder durch eine radial beabstandete, in einem weiter außenliegenden Bereich des Rotors paarweise punktsymmetrische Anordnung von Permanentmagneten (4, 4′; 29, 29′; 38, 38′) gebildet sind.

4. Schaftloser Spinnrotor nach Anspruch 31 dadurch gekennzeichnet, daß die Joche als konzentrisch zueinander liegende radial beabstandete Scheiben (32, 33; 36, 42) ausgeführt sind.

5. Schaftloser Spinnrotor nach Anspruch 3 oder 41 dadurch gekennzeichnet, daß die Joche als konzentrisch zueinander liegende axial beabstandete Scheiben (3′, 6; 36, 42) ausgeführt sind.

6. Schaftloser Spinnrotor nach einem der Ansprüche 3 bis 51 dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrische Anordnung von Permanentmagneten (7, 8) zur Erzeugung der Führungsmagnetfelder als aus der Lagerfläche des Spinnrotors (1) heraustretende rotationssymmetrische Einheit ausgebildet und so bemessen ist, daß sie in eine entsprechende Vertiefung in der gegenüberliegenden statorseitigen Lagerfläche unter Einhaltung eines Luftspaltes (14, 15) in diesen Bereich eintauchen kann.

7. Schaftloser Spinnrotor nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete zur Erzeugung der Führungsmagnetfelder aus einem zentrischen scheibenförmigen Magneten (7; 30; 40) und einem von diesem beabstandeten konzentrischen ringförmigen Magneten (8; 31; 41) entgegengesetzter Polarität bestehen.

8. Schaftloser Spinnrotor nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (7, 8; 40, 41) zur Erzeugung der Führungsmagnetfelder ohne Zwischenlage mit ihrem Joch (6; 42) in Verbindung stehen.

9. Schaftloser Spinnrotor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Jochfläche des Joches (6) für die Permanentmagnete (7, 8) zur Erzeugung der Führungsmagnetfelder in einer Ebene mit dem Hauptteil der Lagerfläche des Spinnrotors (1) liegt.