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Die
Erfindung betrifft eine Oberwalze zur Verwendung in einem Streckwerk
zum Verstrecken eines textilen Faserverbandes, mit einem metallischen
Walzengrundkörper
und einem auf den Walzengrundkörper
aufgezogenen Walzenbezug aus synthetischem Kautschuk.
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In
Streckwerken von Spinnereivorbereitungsmaschinen werden üblicherweise
mehrere Walzenpaare hintereinander angeordnet, zwischen denen das
zu verstreckende Fasermaterial klemmend hindurchgeführt wird.
Die in Verstreckungsrichtung aufeinander folgenden Walzenpaare drehen
sich mit immer größeren Umfangsgeschwindigkeiten,
sodass die Fasern auseinandergezogen und somit vergleichmäßigt werden
können.
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Ein
derartiges Walzenpaar besteht aus einer stählernen Unterwalze und einer
Oberwalze, wobei die letztere mit einem Bezug oder einem Belag aus synthetischem
Kautschuk überzogen
ist (im Folgenden generell „Bezug" genannt). Dieser
Bezug besteht üblicherweise
aus NBR-Elastomer (Nitrite Butadiene Rubber). Die Oberwalzen werden
mit hohem Druck gegen die Unterwalzen gepresst, um die Fasern zu klemmen.
Die resultierende Verformung des Bezugs aufgrund der Walkarbeit
ist – neben
der Reibung zwischen Fasern und Bezug – eine der Ursachen für die Wärmeentwicklung
im Streckwerk. Die Wärmemenge
und somit die Walzentemperatur steigen proportional zur Geschwindigkeit,
mit der das verstreckte Fasermaterial das Streckwerk verlässt (sog.
Liefergeschwindigkeit). Aufgrund der Wärmeentwicklung ist daher der
Liefergeschwindigkeit und somit auch der Produktionsmenge eine obere,
unerwünschte
Grenze gesetzt.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Oberwalze zur Verfügung zu
stellen, welche die entstehende Wärme besser ableitet.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Es
wurde erfindungsgemäß erkannt,
dass der Wärmefluss
im Walzenbezug sowohl durch die Geometrie der Kontaktflächen zwischen
Grundkörper
und Bezug als auch durch die Materialwahl des Walzenbezugs bzw.
seinen Bestandteilen verbessert werden kann. Maßnahmen der einen oder der
anderen Art können
einzeln realisiert oder miteinander kombiniert werden.
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Gemäß einer
ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform
weist der Walzengrundkörper
an seiner äußeren Umfangseite
Erhebungen und Vertiefungen auf, an denen der Walzenbezug innenumfangseitig
anliegt. Die Erfinder haben erkannt, dass der Wärmestrom, der umgekehrt proportional
zur Materialdicke des Bezugs ist, auch und insbesondere durch die
Größe der Kontaktflächen optimiert
werden kann. Dementsprechend ist gemäß der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform
die Kontaktfläche zwischen
Walzenbezug und metallischem Walzengrundkörper gegenüber der rohr- bzw. hülsenförmigen und
glattwandigen (d. h. keine Erhebungen und Vertiefungen aufweisenden)
Kontaktfläche
vergrößert. Somit
ist auch der Wärmestrom
vom Walzenbezug in den metallischen Grundkörper höher.
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Vorteilhafterweise
ist der Walzengrundkörper außenumfangseitig
gerippt ausgebildet, vorzugsweise unter Bildung von Rippen mit zumindest
einer Komponente in Axialrichtung der Walze und insbesondere unter
Bildung von Längsrippen.
Hierdurch wird einerseits eine vergrößerte Kontaktfläche realisiert,
andererseits wird die Haftung zwischen Bezug und Grundkörper verbessert.
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Gemäß einer
alternativen Ausführungsform ist
der Walzengrundkörper
an seinem Außenumfang gerändelt ausgebildet.
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Die
Rippen- bzw. Rändeltiefe
liegt vorteilhafterweise im Bereich zwischen 0,2 mm und 2 mm, vorzugsweise
zwischen 0,5 und 1 mm. Bei diesen Werten wird das elastische gleichmäßige Verhalten
des Kautschukbezugs über
dessen gesamte Breite nicht beeinträchtigt.
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Der
Oberwalzenbezug kann an seinem inneren, zum Walzengrundkörper gerichteten
Umfang dessen Erhebungen und Vertiefungen entsprechende Vertiefungen
und Erhebungen aufweisen, zumindest ansatzweise.
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Die
die Wärmeleitfähigkeit
erhöhende
Materialwahl gemäß der Erfindung
kann sowohl in einer verbesserten Rezeptur für die Walzenbezug-Grundsubstanz (Kautschuk)
als auch in einer Beimischung oder gezielten Platzierung von Zusätzen bestehen.
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Demgemäß ist bei
einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform
in den Walzenbezug eine Armierung eingearbeitet. Diese Ausbildung
hat den Vorteil, dass einerseits eine Verstärkung und somit eine höhere Verschleißfestigkeit
des Walzenbezugs resultiert. Andererseits kann die Armierung eine
bessere Wärmeableitung
bewirken, wodurch bei hohen Liefergeschwindigkeiten eine geringere
Temperaturentwicklung resultiert.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform ist
die Armierung radial und vorzugsweise konzentrisch um den Walzengrundkörper herum
angeordnet. Die Armierung wirkt hierbei als radiale Verstärkung.
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Alternativ
sind mehrere, nicht zusammenhängende
Armierungsbereiche im Walzenbezug vorgesehen. Diese können als
konzentrisch angeordnete Zylinderhülsen ausgebildet sein. Alternativ
oder zusätzlich
sind radial angeordnete und/oder ungeordnet im Walzenbezug verteilte
Armierungsabschnitte vorgesehen. Die genannten Ausführungsbeispiele
sind keine abschließende
Aufzählung.
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Vorzugsweise
ist die Armierung elastisch ausgebildet, um den Walkbewegungen des
Bezugs folgen zu können.
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Wenn
die Armierung netz- bzw. gitterartig ausgebildet ist, ist eine Wärmeleitung über das
Netz bzw. Gitter effizienter möglich.
Auch ist die Herstellung bzw. die Einarbeitung der Armierung in
den Bezug ggf. einfacher.
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Vorteilhafterweise
enthält
die Armierung Fasern oder Metalldrähte, welche insbesondere nach den
Kriterien Verschleißfestigkeit
und Wärmeleitfähigkeit
ausgewählt
sind.
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Die
Aufgabe wird gemäß einer
dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform
dadurch gelöst, dass
der Bezug im Wesentlichen aus einem Derivat von NBR-Elastomer (Nitrile
Butadiene Rubber) gebildet ist, wobei das Derivat einen niedrigeren
Verlustfaktor (bezogen auf die Dissipation) als das NBR-Elastomer aufweist.
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Zwar
besitzen NBR-Elastomere eine hohe Beständigkeit gegenüber Ölen, Fetten
und Kohlenwasserstoffen, sowie einen geringen Abrieb und eine gute
Temperaturbeständigkeit;
jedoch ist die Wärmeleitfähigkeit – wie bei
den meisten anderen Kunststoffen – niedrig und damit für den verfolgten
Zweck hinderlich. Eher ist eine hohe Wärmeleitfähigkeit zur Ableitung der Wärme aus
dem Werkstoff erwünscht. Auch
ist eine niedrige spezifische Wärmekapazität zur Verhinderung
der Wärmespeicherung
im Werkstoff hilfreich, da dann die Wärme schneller an die Umgebung
geleitet werden kann.
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Die
periodische Verformung des Bezugsmaterials während des Verstreckungsprozesses
stellt eine Walkarbeit dar, die durch innere Reibung in Wärme umgewandelt
wird, wodurch hohe Oberflächentemperaturen
des Bezugs entstehen. Die inneren Verluste werden durch den Verlustfaktor
tan δ gekennzeichnet,
der das Verhältnis
zwischen Verlustmodul (plastische Ver formung) und Speichermodul (elastischer
Anteil) angibt. Der Verlustfaktor spiegelt also den dissipativen,
d. h. unwiederbringlichen, freigesetzten Energieanteil wider.
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Gemäß der dritten
erfindungsgemäßen Ausführungsform
wurde entdeckt, dass Derivate von NBR-Elastomeren einen niedrigeren
Verlustfaktor als NBR-Elastomere aufweisen und daher als Bezug für Oberwalzen
von Streckwerken gut geeignet sind.
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Insbesondere
mit hydrierten NBR-Elastomeren scheinen eine bessere Wärmeleitung
und eine höhere
Liefergeschwindigkeit erreicht werden zu können.
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Gemäß einer
vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform
sind in den Walzenbezug der Oberwalze wärmeleitende Partikel eingemischt,
welche die Wärme
aus dem Kautschuk an dessen Oberfläche ableiten, von wo sie dann
an die Umgebung (nach außen
an die Luft, nach innen an den Metallkern des Walzengrundkörpers) weitergeleitet
wird. Hierzu muss die Wärmeleitfähigkeit
der Partikel größer sein
als die Wärmeleitfähigkeit
des Kautschukmaterials des Bezugs. Der Walzenbezug heizt sich also
während
der Walkarbeit weniger stark auf, sodass hier auch eine höhere Liefergeschwindigkeit
erzielt werden kann.
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Vorzugsweise
umfassen die wärmeleitenden Partikel
Nanoröhren,
beispielsweise aus Kohlenstoff. Der Durchmesser der Nanoröhren liegt
vorteilhafterweise unterhalb von 100 nm, vorzugsweise unterhalb von
50 nm.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.
Im Rahmen der Ansprüche
sind beliebige Kombinationen der in den Ansprüchen sowie der in der Beschreibung
einschließlich
der anschließenden
Figurenbeschreibung aufgeführten
Merkmale möglich.
Insbesondere sind Kombinationen der verschiedenen Ausführungsformen
denkbar.
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Im
Folgenden werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Figuren näher
beschrieben, wobei für
gleiche Funktionselemente gleiche Bezugszeichen verwendet werden.
Es zeigen:
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1 eine
schematische perspektivische Darstellung einer Oberwalze;
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2a, 2b einen
Querschnitt durch eine Oberwalze mit geriffeltem Grundkörper sowie eine
Draufsicht;
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3 eine
Draufsicht auf eine Oberwalze mit einer weiteren Riffelungsausführung;
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4 einen
Querschnitt durch eine Oberwalze mit Armierung im Walzenbezug; und
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5 einen
Querschnitt durch eine Oberwalze mit eingelagerten Nanoröhren.
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In 1 ist
in schematischer Perspektivdarstellung eine Oberwalze 1 gezeigt,
die einen metallischen Grundkörper 2 und
einen auf dem Grundkörper 2 aufgezogenen
Bezug 5 aus synthetischem Kautschuk aufweist. Die Stirnseiten
des Grundkörpers 2 ragen
zu beiden Seiten über
den Bezug 5 hinaus und dienen der Lagerung in nicht dargestellten Streckwerksaufnahmen.
Kugellager, Spannringe, Schmierstellen u. dgl. sind in 1 der Übersichtlichkeit
halber nicht wiedergegeben.
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Gemäß einer
ersten, in den 2a und 2b dargestellten
Ausführungsform
ist der Grundkörper 12 an
seinem Außenumfang
in Längsrichtung geriffelt
ausgebildet. Die so gebildeten Erhebungen und Vertiefungen bilden
Längsrippen 13,
welche die Kontaktoberfläche
mit dem außen
anliegenden Walzenbezug 15 gegenüber der rein zylindrischen
Ausführung
vergrößern. Die
Rippentiefe liegt beispielsweise zwischen 0,5 und 1 mm. Die beim
Verstrecken von Fasermaterial zwischen der Oberwalze 1 und
einer nicht dargestellten zugeordneten Unterwalze aufgrund von Walkarbeit
im Walzenbezug 15 entstehende Wärme kann besser zum Grundkörper 12 geleitet werden.
Die vergrößerte Kontaktoberfläche fördert somit
einen erhöhten
Wärmefluss
vom Walzenbezug 5 zum Walzengrundkörper 12. Aus diesem
Grund kann das Streckwerk verstrecktes Fasermaterial mit höheren Liefergeschwindigkeiten
produzieren, da sich die Oberwalzen bei diesen hohen Geschwindigkeiten
nun nicht mehr so stark aufheizen und das Fasermaterial beschädigen können.
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Der
Walzenbezug 15 selbst passt sich aufgrund seiner elastischen
Eigenschaften innenumfangseitig an die Riffelung des Grundkörpers 12 an. Es
ist jedoch auch möglich,
dass der Bezug 15 selbst eine – ggf. in schwächerem Maße – Riffelung
aufweist, die mit der Riffelung 13 des Grundkörpers 12 korrespondiert.
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Anstelle
oder zusätzlich
zu einer Riffelung in Längsrichtung
kann auch eine Rändelung
oder eine andere Ausgestaltung mit Erhebungen und Vertiefungen an
der Oberseite des Grundkörpers 12 realisiert werden.
In 3 ist beispielsweise in Draufsicht einer Oberwalze
dargestellt, deren Oberwalzenbezug 15 relativ kurze gebogene
Rippen 13 aufweist, die demnach eine Komponente in Axialrichtung
der Oberwalze aufweisen.
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In
der 4 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform dargestellt, bei
der im Bezug 25 eine dünne
hülsenförmige Armierung 8 mit
kreisförmigem Querschnitt
vorgesehen ist, die insbesondere gitter- oder netzartig ausgebildet
sein kann. Das vorzugsweise elastisch ausgebildete Gitter bzw. Netz
besteht beispielsweise aus Fasern oder Metall mit guten Wärmeleiteigenschaften.
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Die
Armierung 8 dient einerseits zur Verstärkung und damit zur Erhöhung der
Verschleißfestigkeit
des Bezugs 25, andererseits zur Erhöhung der Wärmeableitung aus dem Bezug 25 in
Richtung des Walzenkörpers 2.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform (zeichnerisch
nicht darstellbar) ist der synthetische Kautschuk des Walzenbezugs
aus einem Material, welches aus dem üblicherweise verwendeten NBR-Elastomer
(Nitrile Butadiene Rubber) abgeleitet ist und einen gegenüber dem
NBR-Elastomer niedrigeren Verlustfaktor tan δ aufweist. Diese Wahl gewährleistet,
dass die Wärme
besser aus dem Walzenbezug abgeleitet wird.
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Es
hat sich herausgestellt, dass insbesondere hydrierter Nitrilkautschuk
(HNBR, hydrated Nitrile Butadiene Rubber) das bisher verwendete
NBR ersetzen kann, um durch den besseren Wärmetransport das Streckwerk
mit höheren
Liefergeschwindigkeiten zu betreiben.
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In
der 5 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
verdeutlicht: Hier sind in den Walzenbelag 35 Nanoröhren 7,
vorzugsweise mit einem Durchmesser von weniger als 100 nm und vorteilhaft
weniger als 50 nm eingearbeitet. Die Nanoröhren 7 weisen eine
Wärmeleitfähigkeit
auf, die größer ist
als diejenige des synthetischen Kautschuks.
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Auch
andere gut wärmeleitende
Partikel als Nanoröhren
können
geeignet sein, den Wärmetransport
in dem Oberwalzenbezug 35 zu erhöhen.
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Die
Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen
näher beschrieben.
Innerhalb der Ansprüche
sind weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten
realisierbar. Beispielsweise können
verschiedene Aspekte miteinander kombiniert werden. Auch sind weitere,
zusätzliche
Kühlmethoden
oder Methoden zur Verbesserung des Wärmeflusses in den Walzenbezügen zusammen
mit einem oder mehreren erfindungsgemäßen Ausführungen möglich. So kann beispielsweise
der Grundkörper
hohl ausgeführt
sein und ein Kühlmedium durch
den Hohlraum zum Abtransport der Wärme des Grundkörpers und
des Walzenbezugs geleitet werden.