DE102019112892A1

DE102019112892A1 - Friktionsscheibe für eine Falschdrallvorrichtung

Info

Publication number: DE102019112892A1
Application number: DE102019112892.7A
Authority: DE
Inventors: Florian Baus; Jiying Li; Günter Zeitz
Original assignee: Saurer Technologies GmbH and Co KG
Current assignee: RIETER COMPONENTS GERMANY GMBH, DE
Priority date: 2019-05-16
Filing date: 2019-05-16
Publication date: 2020-11-19
Also published as: CN111945266A; EP3739091A1; CN111945266B; JP2020186507A; EP3739091B1; US20200362482A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Friktionsscheibe (5) für eine Falschdrallvorrichtung (1) mit einer ringförmigen Nabe (6), auf der ein durch eine PU-Schicht gebildeter, kreisrunder Laufring (9) mit einer für einen sicheren Formschluss notwendigen Mindestwandstärke festlegbar ist, wobei die Nabe (6) einen umlaufenden Stützring (7) sowie eine Zentralbohrung (8) aufweist, über die die Friktionsscheibe (5) auf einer der Wellen (4) der Falschdrallvorrichtung (1) festlegbar ist.Um eine bessere Maß- und Formstabilität über eine lange Lebensdauer der Friktionsscheibe (5) zu gewährleisten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der ausgebildete, auf der Nabe (6) festgelegte Laufring (9) nach einem vorgebbaren Profil so geschliffen ist, dass die Flanken (10) des Laufringes (9) nach dem Schleifprozess ein vorgebbares Breitenmaß (BFL) aufweisen, und/oder die Nabe (6) beabstandet zum Stützring (7) einen umlaufenden Ansatz (11) zur Anlage für die festlegbare PU-Schicht aufweist, wobei eine Querschnittsbreite (BA) des Ansatzes (11) kleiner als eine Querschnittsbreite (BS) des Stützringes (7) ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Friktionsscheibe für eine Falschdrallvorrichtung mit einer ringförmigen Nabe, auf der ein durch eine PU-Schicht ausbildbarer, kreisrunder Laufring mit einer für einen sicheren Formschluss notwendigen Mindestwandstärke festlegbar ist, wobei die Nabe einen umlaufenden Stützring sowie eine Zentralbohrung aufweist, über die die Friktionsscheibe auf einer der Wellen der Falschdrallvorrichtung festlegbar ist.
Im Zusammenhang mit der Herstellung von gekräuselten textilen Fäden ist es bekannt, an den Fäden einen durch Friktion eingebrachten Falschdrall zu erzeugen, welcher anschließend zum Beispiel in einer Texturierzone durch thermische Behandlung der Fäden fixiert wird.
Zur Erzeugung des Falschdralls haben sich dabei Falschdrallvorrichtungen bewährt, bei denen der Faden während des Drallvorganges entlang der Umfangsflächen von mehreren, rotierenden, sich überlappenden Friktionsscheiben geführt wird.
Bei solchen, beispielsweise in der EP 0 943 022 B1 beschriebenen Falschdrallvorrichtungen, sind die Friktionsscheiben in der Regel an drei Wellen angeordnet, die ihrerseits drehbar in einem Lagerblock abgestützt sind. Die Wellen sind dabei, jeweils beabstandet zueinander, so zu einem Dreieck angeordnet, dass sich die Friktionsscheiben im Zentrum des Dreiecks überlappen. Außerdem werden die Wellen mittels eines Antriebes derart angetrieben, dass die Friktionsscheiben mit konstanter Umfangsgeschwindigkeit rotieren.
Während des Drallvorganges läuft der Faden, reibschlüssig beaufschlagt mit relativ hoher Transportgeschwindigkeit, über die zusammenarbeitenden Friktionsscheiben, welche mit Umfangsgeschwindigkeiten von >2000 m/min rotieren. Die Reibkraft zwischen dem Faden und den in einer Querebene zur Fadenlaufrichtung umlaufenden Friktionsscheiben erzeugt dabei fortlaufend den gewünschten Falschdrall.
Die Reibbeanspruchung führt an den Friktionsscheiben allerdings zu Abnutzungen, die durch Erwärmung der Friktionsscheiben noch begünstigt werden. Um eine konstant gute Arbeitsqualität einer mit Falschdrallvorrichtungen ausgestatteten Texturiermaschine gewährleisten zu können, sollte sichergestellt werden, dass die mittlere Abweichung der Fadenspannung von Position zu Position in der Texturiermaschine minimiert ist. Das bedeutet, nach einer gewissen, oft relativ kurzen Standzeit müssen die Friktionsscheiben der Falschdrallvorrichtungen ausgebaut und durch neue ersetzt werden.
Um die Kosten, die bei solchen Überholungsarbeiten anfallen, möglichst gering zu halten bzw. um die Zeitdauer, die zwischen solchen Überholungsarbeiten erreichbar ist, möglichst lang zu gestalten, sind in der Vergangenheit bereits verschiedene Vorschläge unterbreitet worden.
In der US -PS 4 718 226 und der US-PS 5 400 507 sind beispielsweise Friktionsscheiben für Falschdrallvorrichtungen beschrieben, bei denen die Kosten von Überholungsarbeiten dadurch möglichst gering gehalten werden sollen, dass der Laufring und die Nabe als separate Bauteile ausgebildet sind. Das heißt, bei Bedarf kann bei diesen bekannten Friktionsscheiben der Laufring, der während des Drallvorganges mit dem Faden im reibschlüssigen Kontakt steht und dabei Abnutzungen unterworfen ist, gegen einen neuen Laufring gewechselt werden, während die Nabe der Friktionsscheibe weiterverwendet werden kann. Der zum Wechseln des Laufringes benötige Arbeitsaufwand hat sich allerdings als unpraktisch erwiesen, so dass sich diese Friktionsscheiben in der Praxis nicht durchsetzen konnten.
Durch die DE 35 00 208 A1 sind des Weiteren Friktionsscheiben bekannt, bei denen der Verschleiß der Laufringe dadurch vermindert werden soll, dass dem gummielastischen Material der Laufringe eine feinpulvrige Substanz beigemengt wird.
Eine vergleichbare Friktionsscheibe ist auch in der DE 10 2005 050 068 A1 beschrieben. Gemäß dieser Druckschrift weisen die Friktionsscheiben jeweils einen so genannten Buchsenträger auf, der von einem Ring aus Friktionsmaterial umgeben ist. Das Friktionsmaterial wird dabei durch einen Verbund aus einem Polyurethan und einem keramischen Werkstoff gebildet. Das heißt, in einen Grundwerkstoff aus Polyurethan sind keramische Nanopartikel eingelagert.
Bei diesen bekannten Friktionsscheiben wurde die Lebensdauer der Friktionsscheiben allerdings auf Kosten des Reibwertes verbessert, das heißt, die Reibwerte dieser bekannten Friktionsscheiben sind stark verbesserungsfähig.
Schließlich sind durch die EP 1 082 475 B1 Friktionsscheiben bekannt, deren Herstellverfahren dadurch optimiert ist, dass sowohl die Nabe, als auch der Laufring mittels Spitzgusstechnik gefertigt werden. Das heißt, mittels Spritzgussverfahren wird zunächst aus einem Hartthermoplast eine Nabe gefertigt und anschließend, ebenfalls im Spitzgussverfahren, auf der Nabe ein Laufring erstellt.
Der Laufring wird dabei durch eine Schicht aramidgefüllten thermoplastischen Polyurethans gebildet, die nach dem Spitzgussvorgang mechanisch auf der Nabe festgelegt ist und eine nahezu gleiche, relativ dünne Schichtdicke aufweist. Derartig gefertigte Friktionsscheiben sind zwar bezüglich ihrer Herstellungskosten verhältnismäßig vorteilhaft, allerdings sind bezüglich ihrer Lebensdauer und Laufeigenschaften durchaus weitere Verbesserungen möglich.
Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannten Friktionsscheiben von Falschdrallvorrichtungen dahingehend zu verbessern, dass sie nicht nur günstig in der Fertigung sind und eine relativ lange Lebensdauer aufweisen, sondern dass sie auch bezüglich ihres Laufverhaltens sehr vorteilhaft sind. Insbesondere soll bei den erfindungsgemäßen Friktionsscheiben die während des Falschdrallprozesses unvermeidliche Wärmeentwicklung minimiert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in alternativer oder kombinierter Weise dadurch gelöst, dass der Laufring nach einem vorgebbaren Profil so geschliffen ist, dass die Flanken des Laufringes nach dem Schleifprozess ein vorgebbares Breitenmaß aufweisen und/oder die Nabe beabstandet zum Stützring einen umlaufenden Ansatz zur Anlage für die festlegbare PU-Schicht aufweist, wobei eine Querschnittsbreite des Ansatzes kleiner als eine Querschnittsbreite des Stützringes ist.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Ausführungsform einer Friktionsscheibe hat insbesondere den Vorteil, dass die Friktionsscheibe hinsichtlich ihrer Geometrie und Materialeinsatz optimiert ist, wodurch eine während des Texturier-Prozesses deutlich niedrigere Oberflächentemperatur infolge der verbesserten Strömungssituation erzeugbar ist, was sich positiv sowohl auf das Laufverhalten, als auch auf die Lebensdauer der Friktionsscheiben auswirkt. Ferner begünstigt die verringerte Temperatur, über die Anzahl der Friktionsscheiben an einer Spinnmaschine gesehen, eine Energieeinsparung.
Mit der erfindungsgemäß ausgebildeten, maßgeschliffenen Friktionsscheibe ist ein deutlich stabilerer Maschinen cV% erzielbar, wobei unter Maschinen cV% bekanntlich die mittlere Abweichung der Fadenspannung von Position zu Position der Texturiermaschine verstanden wird. Das bedeutet, je niedriger und gleichmäßiger der Maschinen cV% einer Texturiermaschine ist, desto besser ist die Qualität des auf dieser Textilmaschine produzierbaren Garnes, insbesondere mit Blick auf spätere Einfärbeergebnisse des Garnes.
Die definierte Ausbildung des umlaufenden Ansatzes stellt sicher, dass im Bereich der rotierenden Friktionsscheibe ständig vorteilhafte Strömungsverhältnisse erreichbar sind, was sich während des Texturier-Prozesses ebenfalls positiv auf den Maschinen cV% auswirkt. Denn durch eine solche gegenüber den Naben vorbekannter Friktionsscheiben verbesserte neue Nabenform kann eine höhere Steifigkeit und Festigkeit gewährleistet werden, welche sich auch positiv auf einen Schleifvorgang der Flanken des Laufringes auswirkt.
Des Weiteren führt die neue Geometrie der Nabe der Friktionsscheibe zu einer größeren Oberfläche, woraus eine niedrigere Scheibentemperatur während des Texturierprozesses resultiert, was sich positiv auf das Laufverhalten und die Lebensdauer der Friktionsscheibe auswirkt, bzw. durch Erhöhung der Drehzahlen der Friktionsscheiben zur Erhöhung der Produktion der Texturiermaschine genutzt werden kann.
In vorteilhafter Ausführungsform ist dabei vorgesehen, dass das Breitenmaß der Flanken des Laufringes gleich, weiter bevorzugt kleiner als die maximale Querschnittsbreite der Nabe ist. Durch eine dadurch verhältnismäßig sehr dünne bereitstellbare Wandstärke des Laufringes kann beispielsweise sichergestellt werden, dass die Quellung der PU-Schicht während des Texturier-Prozesses gering gehalten werden kann, was während der gesamten Lebensdauer der Friktionsscheibe zu einer besseren Maß- und Formstabilität und damit zu einer geringeren Beeinflussung des Texturier-Prozesses führt.
Besonders bevorzugt ist nach einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Wandstärke der PU-Schicht des Laufringes auf die für den sicheren Formschluss notwendige Mindestwandstärke minimiert ist. Die dadurch erreichbare optimale Minimierung der Mindestwandstärke des Laufringes erlaubt nicht nur eine sichere Haftung der als PU-Schicht ausgebildeten Verschleißschicht auf dem als Nabe ausgebildeten Träger, sondern bewirkt in vorteilhafter Weise eine weitere Reduzierung der Quellung der PU-Schicht als auch der Oberflächentemperatur während des Texturier-Prozesses.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Nabe aus einem Kunststoff, vorzugsweise aus PBT 40% GK natur gefertigt. PBT (Polybutylenterephthalat) 40% GK natur ist ein thermoplastischer Kunststoff, der einen 40%igen Anteil an Glasfasern aufweist und sich aufgrund seines günstigen Abkühl- und Prozessverhaltens sehr gut zur Herstellung von Maschinenbauteilen im Spritzgussverfahren eignet. PBT zeichnet sich des Weiteren durch eine hohe Festigkeit und Steifigkeit, sehr hohe Maßbeständigkeit und gute Reibungs- und Verschleißfestigkeit aus.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die PU-Schicht des Laufringes der Friktionsscheibe eine Härte von wenigstens oder gleich 85 Shore A aufweist. Eine solche Shore-Härte gewährleistet nicht nur eine relativ hohe Verschleißfestigkeit des Laufringes, sondern stellt auch sicher, dass zwischen dem Laufring und dem zu bearbeitenden Garn ein ausreichend großer Reibwiderstand gegeben und somit gewährleistet ist, dass das Garn während des Texturier-Prozesses jederzeit ordnungsgemäß falschgedrallt wird.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind einem nachfolgend anhand der Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel entnehmbar.
Es zeigt:

1 schematisch in perspektivischer Ansicht eine Falschdrallvorrichtung, die mehrere rotatorisch gelagerte Wellen aufweist, auf denen jeweils drei Friktionsscheiben nach einem Ausführungsbeispiel festgelegt sind,
2 die Nabe einer Friktionsscheibe nach einem Ausführungsbeispiel in Draufsicht,
3 die Nabe einer Friktionsscheibe, gemäß Schnitt B - B der 2,
4 die Nabe der Friktionsscheibe, gemäß Schnitt A - A der 2,
5 eine Friktionsscheibe nach einem Ausführungsbeispiel im Schnitt, mit einer Nabe, deren Stützring von einem durch eine PU-Schicht gebildeten Laufring umgeben ist,
6 in perspektivischer Ansicht eine Friktionsscheibe nach einem Ausführungsbeispiel annähernd im Originalmaßstab.

Die 1 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht ein Ausführungsbeispiel einer Falschdrallvorrichtung 1, wie sie zum Beispiel bei Texturiermaschinen im Zusammenhang mit der Herstellung von gekräuselten textilen Fäden 3 zum Einsatz kommen.
Wie bekannt, weisen derartige Falschdrallvorrichtungen 1 jeweils einen Lagerblock 2 mit mehreren rotierbar gelagerten Wellen 4 auf, die endseitig an einen, in 1 nicht dargestellten, Antrieb angeschlossen sind. Derartige Antriebe für Falschdrallvorrichtungen sind allerdings bekannt und zum Beispiel in der EP 0 744 480 A1 relativ ausführlich beschrieben.
Wie aus 1 weiter ersichtlich, sind die Wellen 4, die jeweils mit Friktionsscheiben 5 ausgestattet sind, so angeordnet, dass sie ein Dreieck bilden. Im Ausführungsbeispiel weist jede der Wellen 4 jeweils drei in Laufrichtung F des Fadens 3 im Abstand hintereinander angeordnete Friktionsscheiben 5 auf.
Die genaue Ausbildung einer Friktionsscheibe 5 nach einem Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der 2 - 6 näher erläutert.
Die 2 - 4 zeigen dabei in einem größeren Maßstab und in unterschiedlichen Ansichten jeweils eine aus Kunststoff gefertigte Nabe 6 einer Friktionsscheibe 5 nach einem Ausführungsbeispiel.
Wie aus 2, die eine Nabe 6 in Draufsicht zeigt, ersichtlich, weisen die Naben 6 solcher Friktionsscheiben 5 jeweils einen ringförmigen, im Spritzgussverfahren aus einem Kunststoff erstellten Grundkörper 13 mit einer Zentralbohrung 8 auf. Der Durchmesser dieser Zentralbohrung 8 ist dabei auf den Durchmesser der Wellen 4 der Falschdrallvorrichtung 1 abgestimmt, so dass Friktionsscheiben 5 nach ihrer Fertigstellung problemlos auf den Wellen 4 einer Falschdrallvorrichtung 1 positionierbar sind.
Wie des Weiteren ersichtlich, weisen solche Naben 6 jeweils einen äußeren, kreisrunden Stützring 7 und beabstandet zu diesem Stützring 7 einen ebenfalls umlaufenden Ansatz 11 auf. Zwischen dem Stützring 7 und dem Ansatz 11 sind im Grundkörper 13 der Nabe 6 außerdem eine Mehrzahl von Arretierungsöffnungen 12, im Ausführungsbeispiel achtzehn, angeordnet. Diese Arretierungsöffnungen 12 dienen, wie nachfolgend noch erläutert werden wird, zur Festlegung eines, in den 5 und 6 dargestellten, aus einer PU-Schicht bestehenden Laufringes 9 der Friktionsscheibe 5.
Die 3 und 4 zeigen die Nabe 6 einer Friktionsscheibe 5 jeweils im Schnitt. Die 3 zeigt dabei die Nabe 6 gemäß Schnitt B - B der 2, während in 4 die Nabe 6 gemäß Schnitt A - A der 2 dargestellt ist.
Wie aus den 3 und 4 ersichtlich, weist der Grundkörper 13 der Nabe 6 im Bereich der Zentralbohrung 8 seine maximale Querschnittsbreite BN auf, während die Querschnittsbreite BS des äußeren, umlaufenden Stützringes 7 der Nabe 6 etwas unter der maximalen Querschnittsbreite BN der Nabe 6 liegt.
Des Weiteren verfügt der Grundkörper 13 der Nabe 6 über einen beabstandet zum Stützring 7 angeordneten, ebenfalls umlaufenden Ansatz 11, dessen Querschnittsbreite BA etwas unter der Querschnittsbreite BS des Stützringes 7 liegt.
Wie insbesondere aus den 2 und 4 ersichtlich, sind in dem Bereich zwischen dem Stützring 7 und dem Ansatz 11 außerdem noch eine Anzahl, im Ausführungsbeispiel achtzehn, so genannte Arretierungsöffnungen 12 angeordnet, die eine ordnungsgemäße Fixierung eines aus PU hergestellten, in den 2 - 4 nicht dargestellten Laufringes 9 ermöglichen.
Die 5 zeigt im Schnitt eine fertige Friktionsscheibe 5 nach einem Ausführungsbeispiel, das heißt, eine Friktionsscheibe 5, die eine im Spitzgussverfahren aus PBT hergestellte Nabe 6 aufweist, die von einem ebenfalls im Spitzgussverfahren erstellten Laufring 9 umgeben ist.
Der aus einer PU-Schicht bestehende, den Stützring 7 umfassende, am Ansatz 11 anliegende und gemäß eines vorgebbaren Profils 14 geschliffene Laufring 9 weist dabei eine im Wesentlichen gleichmäßige, relativ dünne Profildicke auf. Außerdem sind die Flanken 10 des Laufringes 9 im Bereich des Stützringes 7 auf ein vorgegebenes Breitenmaß BFL geschliffen. Das Breitenmaß BFL der Flanken 10 des Laufringes 9 ist dabei etwas kleiner als die maximale Querschnittsbreite BN der Nabe 6.
In 6 ist eine Friktionsscheibe 5 nach einem Ausführungsbeispiel in perspektivischer Ansicht annähernd im Maßstab 1:1 dargestellt. Diese Friktionsscheibe 5 weist, wie vorstehend bereits erläutert, eine aus einem Kunststoff gefertigte Nabe 6 mit einer Zentralbohrung 8 sowie einen ebenfalls aus einem Kunststoff gefertigten Laufring 9 auf. Die im Spritzgussverfahren hergestellte Nabe 6 besteht dabei vorteilhafterweise aus PBT (Polybutylenterephthalat) 40% GK natur, während der Laufring 5 aus einer PU-Schicht besteht, die vorzugsweise eine Härte von wenigstens oder genau 85 Shore A aufweist.
Bezugszeichenliste

1: Falschdrallvorrichtung
2: Lagerblock
3: Faden
4: Welle
5: Friktionsscheibe
6: Nabe
7: Stützring
8: Zentralbohrung
9: Laufring
10: Flanke
11: Ansatz
12: Arretierungsöffnung
13: Grundkörper
14: Profil
F: Fadenlaufrichtung
BS: Querschnittsbreite/Stützring
BFL: Breitenmaß/Flanken
BN: max. Querschnittsbreite/Nabe
BA: Querschnittsbreite/Ansatz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0943022 B1 [0004]
US-PS 4 718 226 [0008]
US-PS 5400507 [0008]
DE 3500208 A1 [0009]
DE 102005050068 A1 [0010]
EP 1082475 B1 [0012]
EP 0744480 A1 [0028]

Claims

Friktionsscheibe (5) für eine Falschdrallvorrichtung (1), mit einer ringförmigen Nabe (6), auf der ein durch eine PU-Schicht ausbildbarer, kreisrunder Laufring (9) mit einer für einen sicheren Formschluss notwendigen Mindestwandstärke festlegbar ist, wobei die Nabe (6) einen umlaufenden Stützring (7) sowie eine Zentralbohrung (8) aufweist, über die die Friktionsscheibe (5) auf einer der Wellen (4) der Falschdrallvorrichtung (1) festlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgebildete, auf der Nabe (6) festgelegte Laufring (9) nach einem vorgebbaren Profil so geschliffen ist, dass die Flanken (10) des Laufringes (9) nach dem Schleifprozess ein vorgebbares Breitenmaß (BFL) aufweisen; und/oder die Nabe (6) beabstandet zum Stützring (7) einen umlaufenden Ansatz (11) zur Anlage für die festlegbare PU-Schicht aufweist, wobei eine Querschnittsbreite (BA) des Ansatzes (11) kleiner als eine Querschnittsbreite (BS) des Stützringes (7) ist.
Friktionsscheibe (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Breitenmaß (BFL) der Flanken (10) des ausgebildeten, auf der Nabe (6) festgelegten Laufringes (9) gleich oder kleiner ist als die maximale Querschnittsbreite (BN) der Nabe (6).
Friktionsscheibe (5) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke der PU-Schicht des Laufringes (9) auf die für den sicheren Formschluss notwendige Mindestwandstärke minimiert ist.
Friktionsscheibe (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (6) aus einem Kunststoff gefertigt ist.
Friktionsscheibe (5) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (6) aus PBT (Polybutylenterephthalat) gefertigt ist.
Friktionsscheibe (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die PU-Schicht des ausgebildeten, auf der Nabe (6) festgelegten Laufringes (9) eine Härte von wenigstens 85 Shore A aufweist.