ES2985149T3

ES2985149T3 - Dispositivo y método para enrollar y torcer material de fibra en armazones de hilatura de anillos o torsión de anillos

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Publication number: ES2985149T3
Application number: ES21000137T
Authority: ES
Inventors: Frank Werfel; Uta Flögel-Delor
Original assignee: Sanko Tekstil Isletmeleri Sanayi ve Ticaret AS
Current assignee: Sanko Tekstil Isletmeleri Sanayi ve Ticaret AS
Priority date: 2021-05-15
Filing date: 2021-05-15
Publication date: 2024-11-04
Anticipated expiration: 2041-05-15
Also published as: HUE066501T2; TN2023000289A1; BR102022009346A2; PL4089213T3; JP2022176403A; KR102715004B1; JP7349531B2; CN115341312A; MA63491A1; EP4089213A1; WO2022243208A1; EP4089213C0; MA63491B1; HRP20240568T1; CN115341312B; MX2022005853A; US20220364276A1; EP4089213B1; RS65456B1; KR20220155418A

Abstract

La invención se refiere a un dispositivo y a un procedimiento aplicable mediante el mismo, que sirven para el bobinado y la torsión de hilos, en particular, en máquinas de hilar y de torcer anillos. La solución creada utiliza disposiciones de cojinetes magnéticos superconductores de alta temperatura para evitar que el hilo se queme a altas velocidades debido a la rotación de los rotores magnéticos permanentes dispuestos coaxialmente con los husillos. Basándose en el estado de la técnica, el objetivo de la invención es crear un dispositivo y un procedimiento para el bobinado y la torsión de material fibroso en máquinas de hilar y de torcer anillos, con los que se puede aumentar significativamente la velocidad de trabajo de las máquinas, conseguir una mayor productividad en la hilatura de anillos y reducir el tiempo y el gasto de material para el montaje y el mantenimiento del dispositivo. Este objetivo se soluciona disponiendo al menos dos estatores superconductores de alta temperatura junto con sus dispositivos de refrigeración conectados térmicamente de forma sin contacto y en paralelo entre sí a lo largo del recorrido de la fila de husillos, y haciendo flotar magnéticamente los rotores generadores de campo magnético alineados coaxialmente con el husillo en el campo magnético del espacio continuo entre los estatores adyacentes. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo y método para enrollar y torcer material de fibra en armazones de hilatura de anillos o torsión de anillos

La invención se refiere a un dispositivo y a un método que pueden aplicarse mediante dicho dispositivo, que sirven para enrollar y torcer, en particular, hilos en armazones de hilatura de anillos y torsión de anillos. La solución proporcionada hace uso de disposiciones de cojinetes magnéticos superconductores de alta temperatura para evitar la quema del hilo, mediante la rotación de los rotores magnéticos permanentes dispuestos coaxialmente a los husillos, en el caso de velocidades altas.

La tecnología de hilatura de anillos es la forma más antigua de hilatura de fibras y todavía se utiliza. Sin embargo, debido a la alta calidad del hilo y la flexibilidad, el método de hilatura de anillos es la técnica dominante en la producción de hilo. A nivel mundial, el uso del método de hilatura de anillos está asociado a una serie de ventajas que apenas pueden sustituirse por otras técnicas. Las ventajas esenciales son:

(i) producción de hilos de fibra fina y de alta resistencia;

(ii) aplicabilidad universal a una gran variedad y a hilos muy específicos;

(iii) la hilatura de anillos es flexible con respecto a las cantidades, la calidad del hilo y la uniformidad.

La hilatura de anillos puede lograr la mayor variedad de espesores de hilo, con la mayor resistencia y calidad. Por el contrario, la hilatura de anillos es más lenta que la de otros sistemas de hilatura modernos, como la hilatura por rotor, fricción, boquilla o de Foucault, y requiere más etapas de procesamiento. Los límites de fabricación y la productividad están determinados por el sistema de rotor de anillos que, en el caso de velocidades más altas, provoca fricción mecánica en relación con el calentamiento del rotor o de la guía de hebra. Por consiguiente, el hilo se quema, se atraviesa y se rasga.

Poco después del descubrimiento del superconductor de alta temperatura (HTS) en 1986/87, se propuso la combinación de un imán permanente (PM) con los nuevos superconductores, lo que demuestra una levitación y rotación prácticamente sin fricción. Posteriormente, la técnica SMB para su uso en centrífugas ya se describió en la literatura en 2001 [4]. Se pudo demostrar que el nuevo tipo de cojinete magnético permite rotaciones extremadamente altas por minuto (rpm) de más de 105. Las ventajas y los usos de los cojinetes magnéticos HTS son útiles para muchas aplicaciones, en particular en soluciones de alta tecnología.

El funcionamiento prácticamente sin fricción permite alcanzar altas velocidades sin lubricación, sin desgaste y sin formación de partículas, incluso en condiciones ambientales difíciles como calor, frío, vapor, vacío y productos químicos agresivos.

Al mismo tiempo, se aprendió a entender la dinámica del rotor mediante la autorregulación de la compensación del desequilibrio, la superación de las velocidades críticas en operaciones a alta velocidad y el aumento de la velocidad del rotor, así como el cambio simultáneo de los cojinetes magnéticos superconductores (SMB) al rango de carga de toneladas, como en el caso del uso en depósitos de energía del volante.

Los primeros experimentos y usos de las pequeñas y medianas empresas en la tecnología de hilatura de anillos comenzaron en 2010 [3], [5]). Posteriormente, el grupo de Dresde formado por Hussain, de Haas y Schultz ([7] - [18]) estudió en detalle las importantes ventajas de reemplazar los métodos convencionales de hilatura de anillos por el uso de un SMB giratorio. En este caso, el diseño SMB siguió el diseño coaxial de anillo PM a anillo HTS, que se integró en un criostato de vacío de acero inoxidable. Los experimentos se describen en detalle y se analizan en la bibliografía [8] - [18]. El importante desembolso de la geometría del anillo superconductor es una desventaja.

Los dispositivos para rebobinar y torcer anillos de un armazón de hiladura o torsión de anillos son conocidos a partir de las patentes Wo 2012/100964 A1 y WO 2017/178196 A1. En estos dispositivos, la fricción entre el anillo y el rotor se elimina mediante la levitación magnética, como resultado de lo cual se reducen las fuerzas de fricción que actúan. Se utiliza un estátor anular que consiste en un material superconductor que tiene un dispositivo de refrigeración del estátor correspondiente. Además del estátor anular, se utiliza un rotor magnético permanente anular que está dispuesto de modo que pueda girar con respecto al estátor y de modo que sea coaxial alrededor del husillo, con un elemento guía de hebra en forma de lengüeta. En este caso, se forma un espacio axial anular entre el estátor y el rotor. Cuando el material superconductor del estátor se enfría por debajo de la temperatura de transición, el flujo magnético del rotor se acopla al estátor refrigerado y se atrapa magnéticamente. Como resultado de este acoplamiento, el rotor es inherentemente estable por encima o dentro del estátor. La hebra se guía alrededor del rotor desde el exterior, a través del espacio axial entre el estátor y el rotor, y se enrolla en la bobina. El estátor y el rotor tienen formas particularmente redondeadas para que la hebra no encuentre ningún borde que impida la circulación de la hebra en el hueco. Antes de la magnetización y la refrigeración del estátor HTS, un soporte mecánico sirve para la posición operativa óptima. El cojinete sin contacto del rotor giratorio elimina el sistema convencional de rotor/anillo generador de calor por fricción como componente limitante de la productividad. De forma ventajosa, todo el rotor, junto con el elemento de guía de la hebra, se pone entonces en rotación rápida, que es sustancialmente libre de fricción, aparte de una ligera fricción magnética, y por lo tanto permite velocidades de rotación del husillo significativamente más altas.

Sin embargo, el rotor diseñado como anillo magnético tiene un peso muerto significativo, que también debe acelerarse cuando se pone en marcha el husillo. Además, el anillo magnético que levita libremente no se puede encapsular y, por lo tanto, el rotor, que funciona a altas velocidades de rotación de aproximadamente 20.000 a 30.000 rotaciones por minuto (rpm), constituye un riesgo de seguridad para los operadores de la instalación. Finalmente, el elemento de guía de hebra en el rotor de anillo magnético constituye un desequilibrio, que se vuelve cada vez más problemático, debido a las vibraciones, a medida que aumenta la velocidad del husillo.

El objeto de la invención es, por lo tanto, proporcionar un dispositivo y un método para enrollar y torcer material de fibra en armazones de hilatura de anillos y torsión de anillos, mediante los cuales se pueda aumentar sustancialmente la velocidad de funcionamiento de los armazones, se pueda lograr una mayor productividad durante la hilatura de anillos y se pueda reducir el desembolso, en términos de tiempo y material, para montar y reparar el dispositivo.

Este objetivo se logra mediante las características descritas del dispositivo según la reivindicación 1. Los desarrollos ventajosos del dispositivo se caracterizan por las características de las reivindicaciones 2 a 12. Las características de la reivindicación 13 describen el método proporcionado. Una realización eficaz del método se reivindica en la reivindicación 14.

La solución según la invención propone un cojinete magnético superconductor (SMB) que comprende un anillo magnético permanente (PM) como rotor, que levita sin contacto pero de modo estable, sobre un superconductor a modo de estátor refrigerado. En este caso, el rotor correspondiente está dispuesto coaxialmente con respecto al husillo asociado, y se hace que el filamento que se va a rebobinar gire en el hueco entre el rotor y el estátor. Se logra un diseño eficiente y ajustable de forma variable del dispositivo porque al menos dos estatores superconductores de alta temperatura, junto con sus dispositivos de refrigeración conectados térmicamente, se disponen sin contacto y en paralelo entre sí a lo largo de la progresión de la fila de husillos, y los rotores generadores de campo magnético, orientados coaxialmente con respecto al husillo, se introducen de modo levitante magnéticamente en el campo magnético del espacio intermedio continuo, entre los estatores que son adyacentes en cada caso. Se logra un aumento adicional en la estabilización de la posición en el cojinete magnético si los rotores generadores de campo magnético están provistos de colectores de flujo magnético ferromagnético que sirven para aumentar la intensidad del campo y guiar el campo magnético hacia el superconductor de alta temperatura. Se logra de forma ventajosa una reducción del coste del desembolso de material si los estatores superconductores de alta temperatura constan cada uno de ellos de al menos dos elementos HTS voluminosos que están diseñados para estar separados unos de otros, en porciones, a lo largo de la extensión longitudinal de los estatores, y que están asociados con los respectivos rotores generadores de campo magnético.

Es ventajoso, para un montaje sencillo y que ahorra tiempo, que los estatores superconductores de alta temperatura consistan en un material que se une entre sí de manera estratificada, y que estén diseñados de modo que tengan forma de tira o cable en la extensión longitudinal de los mismos. Se logra de modo eficaz un diseño sencillo y que ahorra material del dispositivo, ya que los estatores superconductores de alta temperatura están formados por una configuración tubo a tubo con aislamiento térmico, en la que el tubo «frío» interior, conectado al estátor HTS, tiene una temperatura que está por debajo de la temperatura crítica superconductora, y el tubo exterior asume la temperatura ambiente circundante. Se logra una realización favorable del dispositivo para su uso a altas velocidades de trabajo si el tubo exterior está hecho de un material que tiene una alta conductividad eléctrica adecuada para generar corrientes de Foucault y, de este modo, provoca una estabilización magnética adicional durante la operación de giro y torsión rotacional. El soporte magnético estable de los rotores, a un coste simultáneamente bajo, se logra de forma ventajosa porque los estatores están formados en cada caso por un cristal de YBaCuo de la composición Y1Ba2Cu3Ox (Y123) o un monocristal del grupo ReBaCuo de la composición RE1Ba2Cu3Ox (RE - tierras raras) y los superconductores de la familia del bismuto BisrCaCuo.

La presente invención logra mejoras técnicas y económicas de las máquinas mediante el uso de nuevas disposiciones de estatores masivos lineales y superconductores HTS. El dispositivo según la invención permite el funcionamiento a alta velocidad prácticamente sin fricción de los rotores. Esto se logra mediante la suspensión del estátor altamente simplificada y la posible refrigeración simultánea de todos los estatores involucrados.

La solución proporcionada allana el camino para un diseño modular y una refrigeración colectiva mediante nitrógeno líquido LN2. Además, los costes de material y máquina de HTS se reducen significativamente.

La invención se explicará con mayor detalle a continuación con referencia a una realización. En los dibujos, ilustrativamente:

la Figura 1: es una vista esquemática comparativa de los cojinetes y rotores magnéticos anteriores y nuevos,

la Figura 2: es una vista en perspectiva del cojinete magnético que comprende tres estatores,

la Figura 3: es una vista en sección transversal del cojinete magnético que comprende tres estatores,

la Figura 4: es una vista en perspectiva del cojinete magnético que comprende dos estatores,

la Figura 5: es una vista en sección transversal del cojinete magnético que comprende dos estatores,

la Figura 6: muestra el diseño interno estructural del estátor,

la Figura 7: muestra esquemáticamente la estabilización adicional del rotor, y

la Figura 8: muestra la cubierta envolvente del rotor, con el fin de compensar las fuerzas dinámicas.

La Figura 1 muestra esquemáticamente una comparación entre la torsión convencional de un único hilo en anillo (a) y el método de hilatura de anillos a alta velocidad<h>T<s>mediante la construcción de un anillo de enrollamiento y corredera suspendidos magnéticamente y sin fricción (b). Con este fin, los husillos 3, junto con el hilo rebobinado para formar las bobinas 5, están montados magnéticamente entre dos estatores superconductores 1 de alta temperatura que están dispuestos en paralelo. En ambas disposiciones, se utilizan rotores 2 generadores de campo magnético anulares montados magnéticamente. El hilo que se va a rebobinar es alimentado por el sistema alimentador 16 de la máquina. La diferencia entre las dos soluciones consiste en el diseño del cojinete magnético y el sistema de refrigeración, requerido en cada caso, del superconductor de alta temperatura. Normalmente, el cojinete magnético HTS está dispuesto de modo que sea coaxial a cada husillo 3, y el sistema de refrigeración se adapta de modo compleja a cada cojinete individual. Por el contrario, en el caso del cojinete magnético según la invención, el cojinete magnético se logra entre dos estatores HTS adyacentes que se extienden a lo largo de la fila de husillos. En este caso, el sistema de refrigeración requerido está diseñado para permitir la refrigeración simultánea de todos los estatores, de un modo sencillo.

La vista en perspectiva mostrada en la Figura 2 muestra el cojinete magnético superconductor que comprende tres estatores 1. Los rotores 2 están diseñados como anillos magnéticos permanentes que tienen correderas integradas (p. ej., lengüetas). Los estatores 1 provistos de superconductores de alta temperatura (HTS) se extienden en paralelo entre sí y a lo largo de la fila de husillos. Los rotores 2 están montados magnéticamente en el espacio intermedio entre dos estatores adyacentes 1 en cada caso. Además, si es necesario, también es posible disponer otros estatores 1 en paralelo. Un tubo pequeño 8, que comprende superconductores HTS dispuestos sobre el mismo, se introduce en el interior de los estatores 1 formados como tubos 9. Dichos materiales superconductores 4 se aplican, en porciones, a lo largo de la extensión longitudinal del tubo 8 de modo que logren la posición deseada del rotor correspondiente 2. La solución proporcionada se adapta, en términos de estructura y diseño, a las máquinas convencionales de hilatura de anillos. Debido a la estructura lineal, la innovación sigue el diseño tradicional del armazón de hilatura de anillos y elimina la necesidad de realizar cambios significativos en el armazón de hilatura de anillos si los dispositivos de corredera de anillos convencionales se sustituyen por cojinetes magnéticos superconductores (SMB). En este caso, el sistema funciona sin contacto y presenta una fricción rotacional extremadamente baja.

La suspensión libre de la combinación de rotores por encima del estátor HTS 1, y su rotación prácticamente a la velocidad del husillo, permiten eliminar significativamente el calor por fricción del rotor 2, aun cuando la velocidad del rotor aumente todavía más. En este caso, en el proceso dinámico solo se genera una fuerza de fricción baja entre la hebra y la corredera. La rotación generada del rotor 2 reduce significativamente la interacción por fricción entre la hebra y la corredera, como resultado de lo cual se elimina la mayor parte de la fuente de calor. En este caso, el rotor 2 y el estátor 1 están diseñados de modo que, en cada caso, se forme un espacio de aire circular, de modo que estén espaciados axialmente entre el rotor 2 y el estátor 1 y sean coaxiales al husillo 3. La hebra se guía a través de la corredera giratoria y se puede enrollar en el cuerpo de la bobina giratoria. A diferencia de las soluciones de cojinetes anteriores, en las que los husillos adyacentes 3 funcionan a temperatura ambiente en la alimentación a través de un criostato, en la nueva solución los husillos 3 no tienen que mantenerse separados, y tienen un espacio libre a lo largo de la fila de husillos. Esta construcción permite la refrigeración combinada con LN2 de una fila de estatores correspondientes 1 que tienen un gran espacio libre. Además, de este modo, los husillos 3 y las bobinas se pueden reparar o reemplazar mucho más fácilmente.

La Figura 3 muestra la estructura esquemática en sección transversal del cojinete magnético que está formado por tres estatores 1. La disposición de los tubos interiores 8 en los tubos exteriores 9 respectivos es visible. Los rotores 2, junto con los husillos 3 asociados en cada caso, están suspendidos magnéticamente en el espacio intermedio entre dos estatores 1 adyacentes en cada caso. Entre los tubos (8; 9), la refrigeración simultánea de todos los superconductores se realiza refrigerando mediante nitrógeno líquido (LN2).

La ilustración de la Figura 4 muestra la vista en perspectiva de un cojinete magnético que consiste en dos estatores 1. También en esta realización, los superconductores HTS 4 se aplican al tubo interior 8, en porciones a lo largo de la progresión longitudinal de los estatores 1, y se colocan, en términos de ubicación, de modo que alcanzan magnéticamente la posición de los husillos 3 que se va a suponer. Además, también existe la posibilidad de diseñar los superconductores HTS 4 de modo que tengan forma de tira o cable, superconductor que se aplica al tubo interior 8, a lo largo de toda la longitud del estátor 1, durante el montaje. En los puntos del cojinete magnético del rotor 2, provistos en cada caso, el superconductor HTS, que generalmente se construye en capas, ya está adaptado a las fuerzas magnéticas que se generarán durante la prefabricación.

Una vista en sección transversal del cojinete magnético formado por dos estatores 1 es visible en la Figura 5. Además del cojinete de los rotores 2 ya dispuesto, en la figura esquemática se pueden ver las líneas 15 de refrigeración que entran y salen del interior de los estatores 1.

El diseño estructural interno del estátor 1 es visible en la ilustración de la Figura 6. En este caso, el tubo exterior cuadrado 9 constituye la cámara de vacío para el tubo interior 8, igualmente cuadrado. El superconductor HTS 4 está unido con adhesivo al tubo frío interior 8. El nitrógeno líquido, como refrigerante, se introduce en el tubo interior 8. La fijación magnética del tubo interior 8, conectado al superconductor HTS 4, se logra por medio de unidades espaciadoras 10 que consisten en estructuras de fibra de vidrio. Están diseñados de tal modo que tienen una conexión conductora de calor con el tubo exterior 9 solo en los apoyos puntuales 11, 12. Como resultado, se evita en gran medida una conexión conductora de calor entre el tubo interior 8 «frío» y el tubo exterior 9, ajustada a la temperatura ambiente. Dado que las barras pueden consistir en una aleación ligera de aluminio, el diseño se puede construir de un modo muy compacto y de poco peso. Además, el material de aleación de aluminio del criostato logra una alta conexión térmica entre el tubo interior 8 y el superconductor HTS 4. Sin embargo, el alto coeficiente de expansión térmica de la aleación de aluminio a temperatura ambiente debe tenerse en cuenta al determinar y fijar la posición longitudinal exacta de los estatores superconductores 1 en los elementos portadores de 4-5 m de longitud.

La vista esquemática de una estabilización adicional de la posición del rotor 2 es visible en la Figura 7. Además de la levitación del rotor anular 2 que guía las hebras, de un modo innovador se logra una estabilización adicional mediante corrientes 17 de Foucault eléctricas que se inducen en el criostato y los estatores 1. Los tubos interior y exterior consisten en una aleación de aluminio conductora de electricidad. Como resultado, el rotor giratorio 2 levitará sobre una chapa metálica de aluminio. De este modo, dos efectos pueden contribuir a la estabilización del rotor giratorio 2. Según la ley de Lenz, la dirección de cada efecto de inducción magnética es tal que actúa en sentido contrario a la causa del efecto. Como resultado, la dirección de la fuerza magnética sobre el imán en movimiento es contraria a su movimiento. La corriente inducida hace que se mantenga el status quo actual, ya que contrarresta el movimiento o un cambio de flujo. Por encima de los estatores 1 hay una sustentación, en la dirección normal con respecto al plano de conducción, y una fuerza de frenado por resistencia contraria a la dirección de rotación. En consecuencia, ambas fuerzas contribuyen a una retención y estabilización adicionales del rotor giratorio 2 durante el enrollamiento y la torsión. Otra realización es la fuerza de frenado generada, que, como resultado del cambio en la magnetización periférica del rotor anular 2, provoca un frenado rápido del rotor giratorio 2. A baja velocidad, la resistencia es proporcional a la velocidad v= w/r y mayor que la sustentación, que es proporcional a v2.

A medida que aumenta la velocidad del rotor 2, la resistencia alcanza un máximo y se reduce en 1/(v)<1/2>. Por el contrario, la sustentación, que estabiliza el rotor 2, aumenta, a baja velocidad, en v2, y supera la resistencia a medida que aumenta la velocidad. La relación entre sustentación y resistencia es de una importancia práctica significativa, y da como resultado f<u>f<D=>v/v<i>, en donde v y v<i>son las velocidades del dipolo magnético por encima de la chapa conductora y la correspondiente imagen positiva y negativa que se propaga hacia abajo a la velocidad v<i>.

El gráfico de la Figura 8 muestra el comportamiento fundamental de los rotores 2 en el caso de aplicaciones de hilatura de anillos a alta velocidad. En el caso de la solución según la invención para altas velocidades, la fricción rotacional y los efectos dinámicos del cojinete magnético son particularmente importantes. Las ventajas esenciales de los cojinetes superconductores en comparación con los cojinetes convencionales son importantes en este campo. Los cojinetes magnéticos pasivos superconductores presentan una fricción sustancialmente menor que los cojinetes de rodadura convencionales, al menos en un factor de cuarenta. Aun en comparación con los cojinetes de aire presurizado, la fricción del cojinete magnético pasivo HTS está en el intervalo de los tantos por mil y, por lo tanto, es sorprendentemente pequeña. Esta fricción extremadamente baja es la base física de la innovadora tecnología de hilatura de anillos, hasta velocidades de rotación del husillo muy altas.

Las fuerzas centrífugas son otro punto crítico de la dinámica del rotor de anillos. La presente invención se centra en las velocidades de rotación del rotor magnético permanente 2 que comprende la guía de hebra de hasta 50.000 rpm. Un rotor 2 de 60 cm x 40 cm x 1 cm, que sirve como elemento de torsión y rotación, está sujeto a fuerzas centrífugas extremadamente altas, que pueden destruir el anillo operativo. En una primera aproximación, se pretende considerar la máxima fuerza de tracción o densidad de fuerza mediante el vector tangente al radio interior n.

o<t>= p v2 = pw2 r2

Cuando el rotor anular 2 gira, se producen diferentes fuerzas centrífugas, que pueden destruir el rotor 2. Las fuerzas mecánicas más altas surgen en el radio interior de un anillo giratorio. El valor de la tensión de tracción del NdFeB sinterizado es de aproximadamente 80 - 90 MPa (12.000 psi). Sin embargo, a una velocidad de rotación de 50.000 rpm alrededor de los husillos, un anillo PM hecho de NdFeB, de un tamaño de 60 x 40 x 10, se somete a una densidad de fuerza tangencial máxima de ~ 185 MPa; más de un factor de dos que la tensión de tracción intrínseca del material. En consecuencia, las fuerzas dinámicas deben compensarse mediante una cubierta envolvente 18 correspondiente en la dirección periférica del rotor 2.

El anillo de la cubierta 18 debe consistir en materiales que tengan una alta tensión de tracción, ya sea metal, tal como acero inoxidable no magnético, aleaciones de aluminio o magnesio de alta resistencia, o un anillo no metálico que consiste en compuestos de fibra de vidrio o carbono. En el mejor de los casos, el refuerzo del anillo de seguridad garantiza la presión previa sobre el rotor 2 aun a una velocidad cero y, a continuación, evita cualquier grieta o defecto en el anillo magnético de NdFeB por debajo de las velocidades de funcionamiento nominales. Como solución práctica, se seleccionó un anillo de seguridad de aleación de aluminio AL7075 de 3 mm de espesor y se conectó rígidamente al rotor 2 mediante contracción térmica.

Lista de caracteres de referencia

1 Estátor

2 Rotor

3 Husillo

4 Superconductor HTS

5 Bobina

6 Hilo

7 Corredera

8 Tubo interior

9 Tubo exterior

10 Unidad espaciadora

11 Apoyo puntual

12 Apoyo puntual

13 Cubierta

14 Gas de trabajo N2

15 Líneas de refrigeración

16 Sistema alimentador

17 Corriente de Foucault eléctrica

18 Cubierta

Literatura no patentada

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[15] Hossain, M., Telke, C.; Abdkader, A.; Espenhahn, T.; Cherif, C.; Beitelschmidt, M. 300 prozentige Leistungssteigerung der Verspinnung von Chemiefasern auf der Turboringspinnmaschine mit reibungsfreiem supraleitenden Drallerteilungssystem. In: Tagungsband. 58. Dornbirn Global Fiber Congress, Osterreich, 11. bis 13. September 2019.

[16] Hossain, M., Abdkader, A.; Cherif, C.; Sparing, M.; Espenhahn, T.; Hühne, R.; Nielsch, K. In situ measurement of dynamic yarn path in a turbo ring spinning process based on superconducting magnetic bearing twisting system, Textile Research Journal (2019).

[17] Hossain, M.; Sparing, M.; Espenhahn T.; Abdkader, A.; Cherif, C.; Hühne, R.; Nielsch, K., https://doi.org/10.1177/0040517519879899, Influence of the magnet aspect ratio on the dynamic stiffness of a rotating superconducting magnetic bearing, J. Phys. D (2019).

[18] Espenhahn, T., W Underwald, F., Moller, M., Sparing, M., Hossain, M., Fuchs, G., Abdkader, A. , Cherif, C., Nielsch, K., Hühne, R., https://doi.org/10.1088/1361-6463/ab4ed4), Neue Generation Turbo-Ringspinnmaschine bis zur Win kelspindeldrehzahl von 50.000 U/min. In: ITMA INNOVATION LAB SPEAKERS PLATFORM, TMA 2019 (Barcelona) June 20-26, 2019.

Claims

REIVINDICACIONES

i. Dispositivo para enrollar y torcer material de fibra en máquinas de hilatura de anillos o torsión de anillos, en donde el dispositivo comprende estatores que comprenden al menos un material superconductor de alta temperatura y una refrigeración de estátor, y que tiene husillos giratorios que están dispuestos en filas y con los que los rotores, diseñados como anillos magnéticos permanentes, están asociados coaxialmente, y los rotores, junto con una armadura conectada, sirven para guiar y enrollar el hilo en el husillo respectivo, caracterizado porque al menos dos de los estatores superconductores (1) de alta temperatura, junto con sus dispositivos de refrigeración conectados térmicamente diseñados como criostatos, están dispuestos sin contacto y paralelos entre sí a lo largo del curso de la fila de husillos, y los rotores (2) generadores de campo magnético, que están alineados coaxialmente con el husillo (3), se insertan de modo flotante magnéticamente en el campo magnético del espacio intermedio continuo entre los estatores (1) adyacentes respectivamente.
2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque los rotores (2) generadores de campo magnético están provistos de colectores de flujo magnético ferromagnético que sirven para aumentar la intensidad del campo y guiar el campo magnético hacia el superconductor (4) de alta temperatura.
3. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque cada uno de los estatores superconductores (1) de alta temperatura consisten en al menos dos elementos en masa superconductores de alta temperatura que se forman separados unos de otros en secciones y están asociados a los respectivos rotores (2) generadores de campo magnético.
4. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque los estatores superconductores (1) de alta temperatura consisten en un material unido entre sí en capas y están diseñados para tener forma de cinta o cable en su extensión longitudinal.
5. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque los estatores superconductores de alta temperatura están formados por una configuración tubo a tubo con aislamiento térmico en la que el tubo interior «frío» (8) conectado al estátor superconductor (1) de alta temperatura tiene una temperatura inferior a la temperatura crítica superconductora y el tubo exterior (9) asume la temperatura ambiente.
6. Dispositivo según las reivindicaciones 1 y 5, caracterizado porque el tubo exterior (9) está formado por un material que tiene una alta conductividad eléctrica adecuada para generar corrientes de Foucault y, de este modo, proporcionar una estabilización magnética adicional durante la operación de hilatura y torsión rotativos.
7. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque cada uno de los estatores (1) está formado por un cristal de YBaCuo de la composición Y1Ba2Cu3Ox(Y123) o un monocristal del grupo ReBaCuo de la composición RE1Ba2Cu3Ox (RE - tierras raras) y el superconductor de la familia del bismuto BisrCaCuo.
8. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque cada uno de los estatores (1) consiste en varios monocristales que se yuxtaponen o crecen juntos.
9. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque cada uno de los rotores (2) generadores de campo magnético comprenden una cubierta circundante (13) con el fin de compensar sus fuerzas centrífugas, cuya cubierta consiste en un material que tiene una alta resistencia a la tracción.
10. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el criostato, con el fin de una estabilización adicional, provoca una flotación soportada electrodinámicamente mediante un material que tiene una alta conductividad eléctrica, así como debido a la generación de corrientes de Foucault en la superficie metálica del criostato.
11. Dispositivo según las reivindicaciones 1 y 5, caracterizado porque el tubo interior (8) se enfría mediante el suministro de nitrógeno líquido y un aislamiento de vacío térmico entre los tubos interior y exterior (8;9) y, mediante soportes puntiformes (11 ;12) de unidades espaciadoras mecánicas (10) insertadas entre los tubos (8;9), se previene la conducción de calor térmico entre los tubos interior y exterior (8;9).
12. Dispositivo según las reivindicaciones 1 y 5, caracterizado porque el tubo interior (8) se enfría mediante la conexión a un criorrefrigerador.
13. Método para enrollar y torcer material de fibra en husillos (3) dispuestos en filas dentro de máquinas de hilatura de anillos o torsión de anillos, en el que los anillos magnéticos permanentes que sirven como rotores (2) de los husillos (3) están montados en cojinetes magnéticos superconductores de alta temperatura, caracterizado porque se proporciona un dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 12, los rotores (2), que están asociados coaxialmente a los husillos (3), están montados de modo flotante magnéticamente dentro de un espacio intermedio continuo entre dos estatores (1), que están conectados a los criostatos y están dispuestos en paralelo y sin contacto a lo largo de la fila de husillos, en donde la refrigeración simultánea de todos los estatores (1) se efectúa mediante los criostatos, que están conectados a los estatores (1) y, de este modo, también se extienden a lo largo de la fila de husillos.
14. Método según la reivindicación 13, caracterizado porque la refrigeración de los estatores (1) se efectúa mediante el suministro de nitrógeno líquido a través del tubo interior (8), que se extiende a lo largo de la fila de husillos, de una conexión tubo a tubo del criostato, el aislamiento térmico entre los tubos interior y exterior (8; 9) se efectúa mediante aislamiento al vacío y el gas (14) de trabajo «frío» recirculado N2 se condensa y licua mediante una refrigeración mecánica continua y se suministra nuevamente al circuito de refrigeración.