DE102009037221A1

DE102009037221A1 - Friktionsscheibe für Falschdrahttexturiermaschinen

Info

Publication number: DE102009037221A1
Application number: DE102009037221A
Authority: DE
Inventors: Eckhard Dr. Sonntag
Original assignee: Emil Broell & Co GmbH; Emil Broll & Co GmbH
Current assignee: Emil Broell & Co GmbH; Emil Broll & Co GmbH
Priority date: 2009-08-12
Filing date: 2009-08-12
Publication date: 2011-02-17

Abstract

Die Erfindung betrifft die Oberfläche einer Friktionsscheibe zur Garnkräuselung, deren Homogenität der Rauheit in axialer wie in Umfangsrichtung es erlaubt mit deutlich glatterer Oberfläche zu texturieren als das bisher bei Hartstoffscheiben für möglich gehalten wurde. Erfindungsgemäß darf diese Rauheit bestimmte Werte in axialer und radialer Richtung nicht überschreiten, wenn eine bestmögliche Garnschonung erfolgen soll. Die Vorteile dieser keramischen Friktionsscheibe liegen im Eigenschaftsprofil, welches so garnschonend wie eine Polyurethan- oder Gummischeibe ist, aber die Verschleißfestigkeit der Keramikscheibe besitzt und damit höchste Produktionsgeschwindigkeiten erlaubt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Friktionsscheibe für einen synthetischen Multifilamentfaden zur Verwendung in Falschdrahttexturiermaschinen, nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.
Friktionsscheiben sind z. B. bekannt aus der DE-A 2306853 . Sie werden vornehmlich in Friktionsfalschdrallern mit drei gleichsinnig rotierenden Wellen eingesetzt.
Die Falschdrall-Texturiermaschine weist in Längsrichtung eine Vielzahl von gleichartigen Texturierstellen auf, wobei jeweils eine, zwei oder mehr Fäden pro Texturierstelle bearbeitet werden. In DE 19705804 A1 wird eine solche Texturiermaschine ausführlich beschrieben.
Beim Texturieren erfolgt die kontinuierliche Transformation eines glatten, dichten Filamentbündels aus Polyester, Polyamid oder anderen Thermoplasten in ein bauschiges, voluminöses Endlosgarn mit textilem Griff. Dabei wird das thermoplastische, vororientierte Filamentbündel, bei gleichzeitiger Erwärmung in einer Heizzone auf ca. 30 K unter seinem Schmelzpunkt verformt und diese Verformung in der anschliessenden Kühlzone unterhalb seines Umwandlungspunkts erster Ordnung eingefroren. Dabei erfolgt eine thermische Fixierung bei PES auf unter 100°C, bei PA unter 70°C. Beim Durchlaufen des Fadens durch das Falschdrallaggregat wird diese Verformung rückgängig gemacht, wobei die Einzelfilamente des entlasteten Faden dann das Bestreben haben, den verformten Zustand wieder einzunehmen. Dies führt zu starken räumlichen Verwerfungen der einzelnen Filamente und damit zum gewünschten Bausch.
Zur Drallgebung wird als Falschdrallgeber ein Dreiachs-Friktionsscheiben-Texturieraggregat eingesetzt. Das Verfahren ist bekannt. Dieser Falschdrallgeber besteht aus drei Sätzen von jeweils auf einer Achse angeordneten, gleichsinnig rotierenden Scheibenanordnung. Die Rotationsachsen sind auf den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet, so dass sich die Scheiben im Zentrum des Dreiecks überlappen. Der Fadenposition des Eingangsfadenführer ist zur Zentralachse des Aggregats positioniert. Der Faden wird dann schraubenlinienförmig um die Zentralachse zur Antriebsseite des Falschdrallgebers geführt. Hierbei werden alle Scheiben an ihren Umfangsflächen vom Faden mehr oder weniger stark umschlungen. Das Friktionsscheibenpaket wird von einer im fadenkontaktierenden Bereich polierten Eingangsscheibe und einer im fadenkontaktierenden polierten Ausgangsscheibe eingeschlossen. Bei diesen polierten Scheiben sind die Umschlingungsgeometrien naturgemäß verändert.
Die Fadentemperatur am Heizerausgang muß bei z. B. PES ca. 190°C bis 210°C, bei PA6.6 ca. 190°C bis 205°C und bei PA6 ca. 165°C bis 175°C betragen. Die Fadentemperatur am Aggregatseingang sollte unter 100°C bleiben. Die technologische Forderung, dass die Fadentemperatur in der Heizzone diese Temperatur mindestens erreichen muß, führt bei wachsender Liefergeschwindigkeit des Fadens dazu, dass der Faden mit zunehmenden Temperaturen und Wärmeleistungen in den Falschdrallgeber einläuft. Eine Verlängerung der Kühlschiene führt zu einer Erhöhung der Reibung zwischen Kühlschiene und Faden, damit zu einer erhöhten Fadenzugkraft. Die Drehungsfortpflanzung wird damit behindert. Festigkeit und Dehnung des Garnes nehmen damit ab.
Unter Drallübertragung des Falschdrallgebers wird die subsummierte Größe der Reibkraft der Friktionsscheiben am Faden oder die Aufteilung der Reibkraft in eine drallgebende und eine fördernde Komponente verstanden: Schlupf und lokales Surging sorgt für zusätzliche Reibwärme. Das Funktionsprinzip eines derartigen Falschdrallers besteht darin, dass mindestens drei, oder mehr bewegte Oberflächen eine Reibkraft auf den Faden ausüben, die eine drallerteilende und eine fadenzugkrafterteilende Komponente aufweist. Die drallerteilende Komponente erzeugt ein Drehmoment im Faden, wodurch dieser gegen seine Transportrichtung gesehen gezwirnt wird.
Erfahrungsgemäß stehen einige Texturierfehler wie Kapillarbrüche, Fadenabschnitte mit nicht aufgelöstem Drall, wie Tight-spots durch Kapillarverklebungen, und die Dichte der Aufwickelpakete in direktem Zusammenhang mit der Reibtemperatur zwischen Garn und Friktionsscheibe. Insbesondere bei einem schnelllaufenden Faden tritt das Problem auf, dass der Faden nach dem Falschdrallgeber abschnittsweise drallbehaftet ist. Eine solche Drallstörung führt jedoch zu Rückstufungen in der Qualität.
Es ist naheliegend, dass die Reibungszustände zwischen den Friktionsscheiben und dem rotierendem Garn selbst Wärme generieren und die Fadentemperatur dadurch ansteigen kann – anstatt durch die Wärmeableitung zu sinken. Günstig wäre ein weiterer Temperaturabfall im Aggregat und eine Fadentemperatur von unter 60°C auf der letzten Friktionsscheibe. Es ist davon auszugehen, dass die Temperaturerhöhung des Fadens durch die Reibung mit der Scheibenoberfläche entsteht. Damit erfolgt aufgrund der Fadenerwärmung im Aggregat eine zusätzliche, unerwünschte thermische Behandlung des Fadens. Das Garn wird weicher und die Torsionskräfte können nicht mehr stabil gegen den Fadenlauf in die Heizzone hinein transportiert werden.
Es besteht nun zum einen die Möglichkeit durch eine Reduktion der Liefergeschwindigkeit den Abschnittsdrall aus dem Faden nach dem Falschdrallgeber herauszunehmen, oder das Aggregat zu kühlen. Beides steht aber einer wirtschaftlichen Herstellung eines texturierten Fadens entgegen.
In der DE-A-27 16 283 wird eine keramische Friktionsscheibe beschrieben, deren Oberflächenrauhigkeit im Bereich zwischen 1 μm und 6 μm, vorzugsweise in einem Bereich zwischen mehr als 3 μm und höchstens 6 μm aufweisen. Das Keramikmaterial soll vorzugsweise aus einem Material mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser im Bereich zwischen 2 μm und 30 μm hergestellt sein, wobei die Oberfläche mit Diamantstaub behandelt werden soll.
Es ist allgemein bekannt, dass eine Hartstoffscheibe mit einem gemittelten Rauheitswert Ra nach DIN EN ISO 4287 kleiner 0,6 μm, in Rotationsrichtung gemessen, z. B. ein PES-Garn mit 167 denier nicht mehr wunschgemäß texturiert.
Die DE-A- 25 05 337 betrifft eine Friktionsscheibe, deren Garnkontaktfläche aus anorganischem Werkstoff mit einer bestimmten Oberflächentextur besteht. Die Friktionsscheiben sind entweder feste Keramikscheiben oder Metallscheiben mit einem darauf aufgebrachten hochtemperaturbeständigen Belag, der vorzugsweise durch Flammspritzen eines feuerfesten Metalloxids aufgebracht wird. Die Oberfläche kann nach beliebigen bekannten Bearbeitungsverfahren poliert werden.
Der Markt an Texturierscheiben mit einer Dicke größer 8,8 mm wird heute im wesentlichen von vollkeramischen Hartstoffscheiben mit einer Härte größer 1600 HV10 oder Weichstoffscheiben auf Polyurethanbasis oder Gummi mit einer Härte kleiner 200 HV10 dominiert. In diesem Dickenbereich sind metallische Friktionsscheiben mit einer mehrphasen Nickel-Hartstoff-Dispersionsschicht aufgrund ihrer Aggressivität gegenüber dem Faden nicht im Einsatz. Vorteile der Hartstoffscheiben sind der extrem geringe Verschleiß der Scheibenoberfläche. Von Nachteil ist die Neigung zum Zusetzen der Scheibenoberfläche, auch als Glazing bezeichnet. Dadurch müssen die Scheiben von Zeit zu Zeit gereinigt werden. Zudem verursachen die etablierten Friktionsscheiben einen höheren Faserabrieb als Weichstoffscheiben auf dem Aggregat, oft als „Schnee” bezeichnet.
Vorteil der Weichstoffscheibe ist das fadenschonende Texturierverhalten aufgrund der ähnlichen Elastizitätsmoduli von Filamentbündel und Scheibenoberfläche, die damit verbundene Flexibilität der Friktionsscheibe in Bezug auf das Einsatzgebiet, und der relativ geringe Abrieb. Die im Elastizitätsmodul dem Faden vergleichsweise nahekommende Scheibenoberfläche schmiegt sich lokal dem Faden an und umgedreht. Dadurch bleibt der hochgedrehte Faden auf der Scheibe auch runder als bei einer üblichen Hartstoffscheibe. Nachteilig wirkt sich der hohe Verschleiß in Form einer zeitlichen Veränderung der Kontur der Weichscheibe auf das Texturierverhalten aus.
Offensichtlich wird das unterschiedliche Texturierverhalten von Weichstoffscheiben und Hartstoffscheiben neben unterschiedlichen optimalen Texturierparametern an der notwendedigen Anzahl an Friktionsscheiben im Aggregat. Es sind immer ein bis drei Friktionsscheiben weniger Weichstoffscheiben nötig als Hartstoffscheiben, um ein halbwegs vergleichbares texturiertes Garn zu erhalten. Speziell die Bauschigkeit oder Kräuselneigung des Garns ist bei gleichen Texturierparametern bei Hartstoffscheiben geringer als bei Weichstoffscheiben.
Als Folge des Fadenabriebs ergeben sich Filamentbrüche, ein ungleichmäßiges Anfärben und ein nicht gleichmäßiges Garnvolumen.
Der Zweck der Erfindung ist es die beschriebenen Vorteile der Weichstoff- und der Hartstoff-Texturierscheiben zu verknüpfen, ohne die beschriebenen Nachteile zu erhalten. Zudem strebt die Erfindung an, dass die Anzahl der benötigten Friktionsscheiben ähnlich derer bei Weichstoffscheiben ist und dass die Reibungsverhältnisse zwischen Faden und Friktionsscheibe derart ausgeprägt sind, dass eine Fadenerwärmung stark reduziert ist, oder sogar eine Abkühlung eintritt.
Ziel der Erfindung ist eine

– Maximal mögliche Auflagefläche bei geringstmöglicher Flächenpressung zwischen Garn und Scheibe trotz Hartstoffscheibe
– niedriger Verstreckungsgrad und trotzdem hohe Spinnstabilität
– homogene Anfärbung
– gleiche oder ähnliche Anzahl Scheiben wie bei Weichstoffscheiben aus Polyurethan oder Gummi.
– kühlere Reiboberfläche

Zudem erwirkt die Erfindung, eine Reduzierung der dynamischen Flächenpressung zwischen dem rotierenden Faden und der Scheibenoberfläche, wodurch das Garn weniger abflacht und damit eine bessere Torsionsübertragung von Friktionsscheibe auf Garn erfolgt.
Die vorliegende Erfindung betrifft demnach eine keramische Friktionsscheibenoberfläche, deren fadenkontaktierende, ballige Oberfläche bestimmte Rauheitskennwerte in axialer und Rotationsrichtung unterschreitet und trotzdem drallerteilend wirkt. Der Faden läuft dabei, wie bekannt, in einem axial und radial veränderlichen Raumwinkel über jede einzelne Reibfläche der Scheibenpaarungen.
Erstaunlicherweise ist es für den Texturierprozess am besten, wenn die gemessenen Rauheitskennwerte in Förderrichtung des Garns und in seiner Rotationsrichtung sehr ähnlich sind und bestimmte Werte nicht überschreiten. Nur dann ist ein der Effekt der Selbstreinigung, minimaler Schneebildung und bestmöglicher Garnwerte möglich.
Die fadenkontaktierende Oberfläche der keramischen Friktionsscheibe kann beschichtet oder unbeschichtet sein. Günstig ist eine gewisse elektrische Leitfähigkeit in Bezug auf die elektrostatischen Aufladungen.
Erfindungsgemäß wird in axialer Richtung und in Rotationsrichtung gemessen.
Zweckmäßigerweise erfolgt die Messung im Bereich des größten Aussendurchmessers der Friktionsscheibe.
Die Kennwerte sind zweckmäßigerweise mit konventionellen Messmitteln taktil gemessen.
Die Auswertung der Messwerte erfolgt in einer Gegenüberstellung oder Verknüpfung der Kennwerte aus axialer und Rotationsrichtung.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Friktionsscheibe, mit einer, die Oberfläche begrenzenden und eine die Topographie konservierenden keramischen Begrenzungsfläche.
Begrenzungsfläche hat vorteilhafter Weise zusätzlich antiadhäsive Eigenschaften, wodurch das Zusetzen der garnkontaktierenden Oberfläche durch Glazing zusätzlich reduziert wird.
Die Keramik der Friktionsscheibenoberflächen soll eine ungewöhnlich kleine Korngrößenverteilung besitzen. Die Körner sollen bevorzugt im Durchmesserbereich von 0,01 bis 0,8 μm sein.
Eine erfindungsgemäße Friktionsscheiben kann in seiner Geometrie, Umfangsfläche, Dicke, Kontur und Durchmesser beliebige nach ingenieursgesichtspunkten optimale Dimensionen annehmen. Scheibendicken von mehr als 12 mm sind kein Problem und können sogar 35 mm übersteigen, ohne dass Gewicht, Sicherheit und Präzision darunter leiden. Asymmetrische Scheibenprofile sind eingeschlossen.
Meßbedingungen:
Zweidimensionales Tastschnittverfahren, also taktiles elektrisches Rauheitsmessgerät mit Diamantspitze, als Freitastsystem ausgelegt, wie beispielsweise das Mitutoyo SJ400. Die Messnadel soll einen Radius haben zwischen 1 und 4 μm. Gemessen nach Norm DIN ISO97, Rauheitsprofil Profil R, Gaussfilter, L = 3,5 mm, λ = 0,8 mm, λs = 2,5 mm, mit Kreiskompensation, Vorschub 0,5 mm gezogen. Es gilt die DIN EN ISO 3274, DIN EN ISO 4288 sowie DIN EN ISO 5436-1, sowie die Angabe des arithmetischer Mittenrauwert Ra, und die Fünf- oder Zehnpunkthöhe Rz nach DIN EN ISO 4287 und DIN 4762 und DIN 4768.
Im Übrigen können die Messungen in den beiden Richtungen nach VDI/VDE 2602 gemessen und ausgewertet werden.
Der Mittenrauhwert Rz ist bei der Erfassung der Funktionsfläche der Friktionsscheibe ein wichtiger Wert, weil er eine Aussage über die Mikrowelligkeit macht – im Gegensatz zur mittleren Rauhtiefe Ra. Es können aber ebenso Werte gewählt werden wie z. B. nach DIN EN ISO 4287 die reduzierte Spitzenhöhe RpK, die reduzierte Riefentiefe RvK und die Kernrautiefe Rk die die Mikrowelligkeiten sensibler anzeigen als das die Rz und Ra-Werte tun.
Zwischen den Rauheitswerten und den Friktionseigenschaften konnten bisher keine reproduzierbaren Zusammenhänge abgeleitet werden. Überraschenderweise haben wir festgestellt, dass es entscheidend ist, im gesamten garnkontaktierender Bereich der Friktionsscheibe die Rauheitswerte in axialer und in Rotationsrichtung zu erfassen und diese verknüpft und gesamtheitlich zu betrachten. Durch Manipulationen der Schleifparameter wurden die Rauheitswerte in Umfangsrichtung als auch axialer Richtung verändert. Als diese in beiden Messrichtungen gleich groß waren wurden die Oberflächen glatter und rauer eingestellt.
Überraschenderweise konnten wir in der Praxis die Rauheit der Oberfläche so stark reduzieren, dass konventionell keine Drallgebung mehr erfolgt wäre.
Die Erfindung bewirkt einen deutlich verringerten Fadenabrieb.
Die Oberfläche wird so eingestellt, dass die erforderliche Maßgenauigkeit da ist, und dass in axialer wie tangentialer bzw. Rotationsrichtung ein Produkt der gemittelten Rauhtiefe Ra(tangential)·Ra (axial) kleiner 0,3 [μm²] zwingend mit einem Produkt der Mittenrautiefe Rz (tangential)·Rz (axial) kleiner 20 [μm²] erhalten wird.
Eine weitere Vorteilhafte Variante ist, dass nicht axial und in Umfangsrichtung gemessen wird, sondern die beiden Messrichtungen auf der fadenkontaktierenden Oberfläche nur senkrecht zueinander stehen müssen und dabei ein Produkt der gemittelten Rauhtiefe Ra(1)·Ra(2) kleiner 0,3 [μm²] zwingend mit einem Produkt der Mittenrautiefe Rz(1)·Rz(2) kleiner 20 [μm²] erhalten wird.
Eine weitere vorteilhafte Variante ist, dass die Rauheitswerte in den beiden Messrichtungen gemessen sehr nahe beieinander liegen. Idealist es wenn der Quotient der Messwerte im Bereich von 0,8 bis 1,2 liegt.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich in den Ausführungsbeispielen der Bebilderungen.
Es zeigen
1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemässen Friktionsscheiben in einem Texturieraggregat. Die Anzahl der Friktionsscheiben beträgt mindestens drei. Üblicherweise werden die Friktionsscheiben von je einer oben und unten angeordneten glatten Fadenführungsscheibe abgeschlossen.
2 zeigt eine Friktionsscheibe mit balliger fadenkontaktierender Oberfläche. Die mögliche Messrichtungen für die Rauheitsmessung sind eingetragen. U steht für: in Umfangsrichtung; a steht für: axiale Richtung.
3 zeigt eine Gegenüberstellung der Rauheitsmeßwerte in axialer Richtung und Umfangsrichtung gemessen und den beanspruchten Bereich der Erfindung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 2306853 A [0002]
- DE 19705804 A1 [0003]
- DE 2716283 A [0011]
- DE 2505337 A [0013]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DIN EN ISO 4287 [0012]
- DIN ISO97 [0032]
- DIN EN ISO 3274 [0032]
- DIN EN ISO 4288 [0032]
- DIN EN ISO 5436-1 [0032]
- DIN EN ISO 4287 [0032]
- DIN 4762 [0032]
- DIN 4768 [0032]
- VDI/VDE 2602 [0033]
- DIN EN ISO 4287 [0034]

Claims

Friktionsscheibe für ein Dreiachsenfriktionsaggregat, bestehend aus einem Umfangsring mit einer keramischen Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die nach DIN gemessenen Mittenrauwerte Ra der fadenkontaktierenden Oberfläche in Längs und Querrichtung jeweils kleiner 0,6 μm sind.
Friktionsscheibe für ein Dreiachsenfriktionsaggregat dadurch gekennzeichnet, dass der Quotient der gemessenen Rauheitswerte auf der Umfangsfläche, in axialer und in tangentialer Richtung gemessen im Bereich von 0,8 bis 1,2 liegt.
Friktionsscheibe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass deren Kernrautiefe auf der Umfangsfläche, gemessen als Rauheitwert Rk nach DIN 4776, in axialer und in tangentialer Richtung gemessen jeweils kleiner 3,0 μm ist.
Eine Friktionsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik der Friktionsscheibenoberflächen eine Korngrößenverteilung im Bereich von 0,01 bis 0,8 μm besitzt.