DE102009046352A1

DE102009046352A1 - Friktionsscheibe

Info

Publication number: DE102009046352A1
Application number: DE102009046352A
Authority: DE
Inventors: Gustave Akakpo
Original assignee: Ceramtec GmbH
Current assignee: Ceramtec GmbH
Priority date: 2008-11-04
Filing date: 2009-11-03
Publication date: 2010-05-06
Also published as: CN102272364B; WO2010052213A1; EP2347044A1; EP2347044B1; JP5669743B2; JP2012507642A; CN102272364A

Abstract

Friktionsscheiben aus einem harten Werkstoff wie Keramik oder Metall erzeugen in der Regel Abrieb und beanspruchen deshalb die Fäden stärker als beispielsweise weiche Friktionsscheiben aus Polyurethan, die durch die Fäden eine Abnutzung erfahren. Während die Friktionsscheiben aus harten Werkstoffen in der Regel weit über sieben Jahre halten können, müssen die Friktionsscheiben aus Polyurethan bereits nach etwa 8 bis 9 Monaten ausgetauscht werden. Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, dass die Friktionsscheibe (1) auf ihrer Friktionsfläche (4) mindestens eine die Friktionsfläche vermindernde Ausnehmung aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Friktionsscheibe für den Einsatz in einer Falschdrallvorrichtung zur Falschdrallerzeugung an einem laufenden multifilen Faden, insbesondere synthetischen Faden, bei der der Faden über die Friktionsfläche der Friktionsscheibe läuft.
Es ist bekannt, bei der Herstellung von gekräuselten synthetischen Fäden an den multifilen Fäden durch Friktion einen Falschdrall zu erzeugen, welcher in einer Texturierzone durch eine thermische Behandlung in den Filamenten der Fäden fixiert wird. Zur Erzeugung des Falschdralls werden in der Regel Falschdrallvorrichtungen eingesetzt, bei welchen der Faden über die Umfangsflächen, die Friktionsflächen, rotierender Friktionsscheiben gezogen wird, die sich überlappen. Die Drehzahlen der Friktionsscheiben können bis zu 14.000 U/min erreichen. Derartige Falschdrallvorrichtungen sind beispielsweise aus der DE 27 08 204 B bekannt.
Die Friktionsscheiben können aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, wobei, in Abhängigkeit vom Werkstoff und Rauheit der Friktionsfläche, die Fäden unterschiedlich stark belastet werden. Friktionsscheiben aus einem harten Werkstoff wie Keramik oder Metall erzeugen in der Regel Abrieb und beanspruchen deshalb die Fäden stärker als beispielsweise weiche Friktionsscheiben aus Polyurethan, die durch die Fäden eine Abnutzung erfahren. Während die Friktionsscheiben aus harten Werkstoffen in der Regel weit über sieben Jahre halten können, müssen die Friktionsscheiben aus Polyurethan bereits nach etwa 8 bis 9 Monaten ausgetauscht werden. Friktionsscheiben aus harten Werkstoffen weisen allerdings den Nachteil auf, dass durch den Fadenabrieb die Oberflächenstruktur der Umfangsfläche, der Friktionsfläche, zunehmend zugeschmiert und geglättet wird, was Glacing-Effekt genannt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Friktionsscheibe vorzustellen, die so fadenschonend ist wie eine Friktionsscheibe aus weichem Werkstoff und trotzdem eine Lebensdauer aufweist wie eine Friktionsscheibe aus einem harten Werkstoff.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit Hilfe der kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
Dadurch, dass die Friktionsscheibe auf ihrer Friktionsfläche mindestens eine die Friktionsfläche vermindernde Ausnehmung aufweist, wird die Kontaktfläche der Scheibe mit dem Faden unterbrochen und in mehrere Abschnitte aufgeteilt. Der Abrieb und damit die Gefahr des Zuschmierens der gesamten Friktionsfläche, der Glacing-Effekt, werden gänzlich vermieden oder zumindest erheblich herabgesetzt, weil sich der Abrieb nicht mehr, wie üblich, an den Rändern, an den Übergängen von der Friktionsfläche zu den planen Ober- und Unterseiten der Friktionsscheibe absetzt. Durch jede Ausnehmung wird die Friktionsfläche unterbrochen und es bilden sich dadurch jeweils zwei neue Übergänge, wodurch das Absetzen des Abriebs auf mehr Stellen verteilt wird. Das wiederum trägt wesentlich zur Herabsetzung von Fadenbrüchen bei. Vorteilhaft sind In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ausnehmung eine Nut. Bevorzugt ist die Nut auf der Umfangsfläche der Friktionsscheibe umlaufend ausgebildet, d. h. die Friktionsscheibe weist mindestens eine sich über den gesamten Umfang der Friktionsscheibe hinziehende Nut auf. Es können aber auch mehrere umlaufende Nuten vorhanden sein. In einer Ausführungsform weist die Friktionsfläche zwei Nuten auf. Die Nuten können in gleichen Abständen vom Rand der Friktionsscheibe und voneinander angeordnet sein. Eine andere Abstandsanordnung richtet sich nach der Anzahl der Nuten, deren Tiefe und Breite. Die Nuten können gleichgeartet sein. Die Nuten können endlos sein.
Die erfindungsgemäß mit Nuten versehenen Friktionsscheiben haben dieselbe Breite wie die herkömmlichen Friktionsscheiben. Durch die Nuten wird aber die vom Faden umschlungene Fläche, die Friktionsfläche, vermindert. Hat die Friktionsscheibe beispielsweise eine Breite von 9 mm, verringert sich die tatsächliche Friktionsfläche bei zwei Nuten mit 1,5 mm Breite auf 6 mm, obwohl die theoretisch umschlungene Fläche weiterhin 9 mm beträgt. Aus diesem Grund eignen sich die erfindungsgemäßen Friktionsscheiben besonders für Mikrofilamente und für hohe Texturiergeschwindigkeiten, die bis zu 1000 m/min und höher liegen können.
Der Querschnitt der Nuten kann beispielsweise V-förmig, U-förmig oder rechteckig sein. Eine unterschiedliche Anordnung der Nuten, deren Breite oder Tiefe, kann abhängig vom Fadenlauf und Fadenmaterial vorgesehen sein.
Durch die Nut oder Nuten wird die Kontaktfläche der Scheibe mit dem Faden unterbrochen und in mehrere Abschnitte aufgeteilt. Der Abrieb und damit die Gefahr des Zuschmierens der gesamten Friktionsfläche, der Glacing-Effekt, werden erfindungsgemäß gänzlich vermieden oder zumindest erheblich herabgesetzt, weil sich der Abrieb nicht mehr, wie üblich, an den Rändern, an den Übergängen von der Friktionsfläche zu den planen Ober- und Unterseiten der Friktionsscheibe absetzt. Durch jede Nut wird die Friktionsfläche unterbrochen und es bilden sich dadurch jeweils zwei neue Übergänge, wodurch das Absetzen des Abriebs auf mehr Stellen verteilt wird. Das wiederum trägt wesentlich zur Herabsetzung von Fadenbrüchen bei.
Durch die Nuten wird der Rutscheffekt oder Gripverlust gegenüber herkömmlichen Friktionsscheiben merklich herabgesetzt.
Durch die erfindungsgemäße Friktionsscheibe wird außerdem ein gleichmäßiger Fadenlauf mit einer gleich bleibenden Fadenspannung erreicht, wie beispielsweise bei der Falschdrallerzeugung an einem Polyamid-Garn, PA6 78/18 schwarz, und einem Garn aus Polybutylen-Terephthalat, PBT 42/24 glänzend, nachgewiesen wurde. Die Fadenspannung liegt vor und hinter einer erfindungsgemäßen Friktionsscheibe auf dem gleichen oder etwas niedrigeren Niveau wie bei einer Scheibe aus Polyurethan und bleibt auch nach langer Betriebsdauer konstant.
In Abstimmung auf das Fadenmaterial, den Werkstoff der Friktionsscheibe und deren Breite kann die Anzahl der Nuten, deren Breite und deren Tiefe abgestimmt werden.
Die Übergänge der Nuten zur Friktionsfläche sind so abgerundet, dass der Faden über keine scharfen Kanten läuft.
Dem Fadenlauf angepasst ist auch der Abrundungsradius der Friktionsfläche zu den Planflächen, den Seitenflächen, der Friktionsscheibe.
Die Oberflächenrauheit der Friktionsfläche liegt, abgestimmt auf das Fadenmaterial, vorzugsweise zwischen 0,1 μm und 2,0 μm, vorzugsweise bei 0,85 μm.
Bevorzugt ist der Werkstoff eine Oxidkeramik, wie zum Beispiel Aluminiumoxid.
Der Werkstoff kann jedoch auch ein Metall oder ein Kunststoff sein.
An Hand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Ansicht auf den Umfang einer erfindungsgemäßen Friktionsscheibe und
2 einen Ausschnitt der Kontur der Umfangsfläche im vergrößerten Maßstab.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Friktionsscheibe 1 in vergrößertem Maßstab, teilgeschnitten, dargestellt. Der Durchmesser 2 beträgt 52 mm und die Breite 3 beträgt 9 mm. Die Umfangsfläche, die Friktionsfläche 4, ist abgerundet, im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einem Radius 5 von etwa 6 mm (2). Der durch diesen Radius bedingte Umschlingungswinkel ermöglicht einen schonenden Fadenlauf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die Friktionsscheibe 1 zwei Nuten 6 auf der Friktionsfläche 4.
Die 2 zeigt einen Ausschnitt der Friktionsfläche 4 in einem noch einmal vergrößerten Maßstab. Die Nuten 6 sind beide gleichgeartet und haben eine Breite 7 von etwa 1,5 mm, eine Tiefe von etwa 3 mm und einen Öffnungswinkel 9 der Seitenwände 10 zur Friktionsfläche 4 hin von 10 Grad. Der Mitten-Abstand 11 der Nuten 6 voneinander beträgt 4 mm und ihr Mitten-Abstand 12 vom Rand 13 2,5 mm. Wie aus der 2 weiter ersichtlich, sind die Übergänge 14 der Seitenwände 10 der Nuten 6 zur Friktionsfläche 4 abgerundet. Der Radius dieser Übergänge 14 beträgt in einer bevorzugten Ausführungsform gleich oder weniger als 0,3 mm. Hierbei haben sich 0,2 mm für den Radius der Übergänge 14 als besonders vorteilhaft herausgestellt.
Der Werkstoff der Friktionsscheibe des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist gesintertes Aluminiumoxid mit einer Reinheit größer 99,7%. einer Dichte gleich oder größer 3,92 g/cm, einer Porosität gleich oder kleiner 2%, einer Wasseraufnahme gleich oder kleiner 0,01%, einer Vickershärte (P = 2N) gleich oder größer 22000 N/mm², einer mittleren Korngröße gleich oder kleiner 10 μm, einer mittleren Biegefestigkeit gleich oder größer 320 N/mm², einer Druckfestigkeit gleich oder größer 4000 N/mm² und einer Zugfestigkeit gleich oder größer 160 N/mm². Die Oberflächenrauhigkeit Ra der Friktionsfläche im Bereich des Fadenlaufs liegt in einer Ausführungsform bevorzugt bei 0,85 ± 0,2 μm.
Weitere Werkstoffe, die beispielsweise für die erfindungsgemäße Friktionsscheibe geeignet sind, sind Oxidkeramiken wie Zirkonoxid, Siliziumoxid, oder Nitridkeramiken wie Siliziumnitrid oder SiAlONe. Bei metallischen Werkstoffen, beispielsweise aus Molybdän- oder Chrom-Nickel-Stählen, können die Friktionsflächen durch Hartstoffeinlagerungen aus Keramik oder Diamant gegen Verschleiß geschützt werden. Die erfindungsgemäße Idee, in die Friktionsfläche einer Friktionsscheibe Nuten einzubringen, lässt sich aber eigentlich bei allen für Friktionsscheiben geeigneten Werkstoffen anwenden.
Die Fadenspannung, die bei den üblichen Drehzahlen vor und hinter der erfindungsgemäßen Friktionsscheibe gemessen wurde, lag mit 5 cN bis 30 cN wesentlich unter der, die an herkömmlichen Friktionsscheiben aus demselben Werkstoff, aber ohne Nuten, gemessenen wurde und die zwischen 20 cN und 100 cN, oder mehr, variieren kann. Die Fadenspannung T1, vor der Falschdrallvorrichtung, konnte gegenüber herkömmlichen Friktionsscheiben um 10% bis 20% gesenkt werden.
Die erfindungsgemäße Friktionsscheibe mit zwei Nuten ist nahezu unempfindlich gegenüber Änderungen im D/Y-Verhältnis, dem Verhältnis von Scheibenumfangsgeschwindigkeit zu Garngeschwindigkeit.
Weitere Varianten der Nut oder Nuten bestehen darin, dass sie schraubenlinienförmig, wie eine Gewinde, auf der Umfangsfläche der Friktionsscheibe verlaufen. Der Verlauf der Nut oder Nuten kann identisch mit der Drehrichtung der Friktionsscheibe oder ihr entgegengesetzt sein. Die Nuten können eingängig oder mehrgängig (parallel zueinander verlaufend) sein. Anfang und Ende der Nut oder Nuten können, in Achsrichtung gesehen, übereinander oder voneinander verschoben liegen. Ein Gewindegang einer Nut kann weniger als eine Umdrehung, eine Umdrehung oder mehr als eine Umdrehung haben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 2708204 B [0002]

Claims

Friktionsscheibe für den Einsatz in einer Falschdrallvorrichtung zur Falschdrallerzeugung an einem laufenden multifilen Faden, insbesondere synthetischen Faden, bei der der Faden über die Friktionsfläche der Friktionsscheibe läuft, dadurch gekennzeichnet, dass die Friktionsscheibe (1) auf ihrer Friktionsfläche (4) mindestens eine die Friktionsfläche (4) vermindernde Ausnehmung aufweist.
Friktionsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung eine Nut (6) ist.
Friktionsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (6) auf der Umfangsfläche der Friktionsscheibe (1) umlaufend ausgebildet ist.
Friktionsscheibe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Friktionsfläche (4) zwei Nuten (6) aufweist.
Friktionsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Friktionsfläche (4) abgerundet ist.
Friktionsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenrauhigkeit Ra der Friktionsfläche (4) im Bereich des Fadenlaufs zwischen 0,1 μm und 2 μm, vorzugsweise bei 0,85 μm liegt.
Friktionsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff der Friktionsscheibe eine Oxidkeramik ist.
Friktionsscheibe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff Aluminiumoxid ist.
Friktionsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff ein Metall oder ein Kunststoff ist.
Friktionsscheibe nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut oder die Nuten schraubenlinienförmig, wie eine Gewinde, auf der Umfangsfläche der Friktionsscheibe verlaufen.
Friktionsscheibe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der Nut oder der Nuten mit der Drehrichtung der Friktionsscheibe identisch oder ihr entgegengesetzt ist.
Friktionsscheibe nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut oder die Nuten eingängig oder mehrgängig sind.
Friktionsscheibe nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Anfang und Ende der Nut oder der Nuten, in Achsrichtung gesehen, übereinander oder voneinander verschoben liegen.
Friktionsscheibe nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gewindegang einer Nut weniger als eine Umdrehung, eine Umdrehung oder mehr als eine Umdrehung hat.