Aufgabe
der Erfindung ist es daher eine Vorrichtung zu schaffen, die den
Verschleiß an
den fadenberührenden
Bauteilen, insbesondere an den Fadenabzugsdüsen und den Fadenabzugsrohren,
erheblich verringert und gleichzeitig die Wirtschaftlichkeit der
gesamten Spinnmaschine verbessert.
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist zur Lösung
dieser Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß die Fadenberührungsfläche eine
Oberflächengüte mit einer
Rauhigkeit von vorzugsweise unter 4 μm aufweist. Der durchschnittliche
Durchmesser von Naturfasern liegt bei ungefähr 4 μm. Beispielhaft sei hier die
Baumwolle erwähnt,
die wohl eine der am häufigsten
verwendeten Naturfasern darstellt. In der Praxis kommt es an Vertiefungen,
porenartigen Öffnungen
oder Erhebungen der Oberfläche
immer wieder zu Ablagerungen von einzelnen Fasern oder Teilen davon.
Insbesondere bei keramischen Bauteilen führt dies dazu, daß kleinere
Abschnitte durch die schnell bewegten Fasern bisweilen aus ihrem
Verbund herausgerissen werden, wodurch unter Umständen sogar
weitere neue Anlagerungsmöglichkeiten
für Fasern
entstehen. Im Laufe der Zeit kommt es so zu erheblichen Veränderungen
der Oberfläche und
eine damit einhergehenden Verschlechterung der Oberflächengüte. Sorgt
man nun dafür,
daß die Rauhigkeit
der verwendeten Oberfläche
kleiner ist als der Durchmesser der zu verarbeitenden Fasern, so
können
diese erst gar nicht an der Oberfläche angreifen und lagern sich
auch nicht daran an. Gleichzeitig reduziert sich der Verschleiß der Fadenberührungsflächen durch
die so beschränkte
Angriffsmöglichkeit
der Fasern erheblich. Im Ergebnis führt die Erfindung dazu, daß die erfindungsgemäß gestalteten
fadenberührenden
Spinnmaschinenbauteile deutlich verlängerte Standzeiten überdauern
bzw. deutlich höhere
Liefergeschwindigkeiten zulassen.
Gemäß Anspruch
2 besteht ein weiterer Vorteil darin, daß die Fadenberührungsfläche zumindest teilweise
in dem mit dem Faden in Kontakt tretenden Bereichen aus Glas besteht.
Der Einsatz von Glas bietet sich an, da es weniger Poren und ein
gleichmäßigeres
Gefüge
als reine Keramik- oder Stahlwerkstoffe aufweist. Zwar ist die Oberflächenhärte von Glas
geringer als die von Keramik, dies wird jedoch durch die besonders
glatte Oberfläche
und dem damit letztendlich reduzierten Verschleiß ausgeglichen.
Ebenfalls
vorteilhaft ist es, die Fadenberührungsflächen zumindest
teilweise in den mit dem Faden in Kontakt tretenden Bereichen aus
Glaskeramik zu fertigen. Glaskeramiken können dabei die gleichen Vorteile
wie Glas bieten ohne die bei einer Keramik oder Stahl üblichen
Nachteile aufzuweisen.
Ist
die Fadenberührungsfläche zumindest teilweise
in dem mit dem Faden in Kontakt tretenden Bereich aus Zirkonoxid,
Saphir und/oder Rubin hergestellt, so kann ebenfalls der erfindungsgemäße Vorteil
erzielt werden. Diese Art der Keramiken unterscheidet sich von herkömmlicherweise
bei fadenberührenden
Bauteilen verwendeten Keramiken durch ihre besonders glatte und
dicht gepackte Oberfläche.
Weiterhin
ist es vorteilhaft, die Oberflächengüte auf den
Durchmesser der zu verarbeitenden Fasern abzustimmen. Während Naturfasern
relativ große
Faserquerschnitte aufweisen, sind Kunstfasern im Vergleich dazu
in der Regel deutlich dünner.
Soll nun mit einem fadenberührenden
Bauteil ausschließlich eine
Naturfaser verarbeitet werden, so reicht für die erfindungsgemäße Ausgestaltung
bereits ein größeres Rauhigkeitsmaß von beispielsweise
4 μm aus, um
die beschriebenen Vorteile zu erzielen. Bei der Verwendung der fadenberührenden
Bauteile zusammen mit Kunstfasern ist eine höhere Anforderung an die Oberflächengüte zu stellen,
die dann auch eine genauere Fertigung erfordert. Je nach Anwendungsfall
kann somit entschieden werden, welche Oberflächengüte für den jeweils zu verarbeitenden
Fasertyp benötigt
wird. Dies kann beispielsweise zu Kostensenkungen im laufenden Betrieb
genutzt werden, wenn Bauteile ausschließlich für die Bearbeitung von Naturfasern
bestimmt sind und entsprechend eine preiswerte Oberflächengüte der Bauteile
für diese Verwendung
ausreicht.
Dazu
sieht eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung vor,
daß die
Rauhigkeit der Fadenberührungsfläche weniger
als 1 μm
beträgt. Das
so gestaltete fadenberührende
Bauteil ist besonders zur Verwendung mit Kunstfasern geeignet. Der Durchmesser
von Kunstfasern beträgt
im Durchschnitt etwas mehr als 1 μm,
wodurch sie am Eingriff in die Oberfläche des fadenberührenden
Bauteiles gehindert werden, wenn die Angriffsmöglich keiten an der Oberfläche der
Bauteile durch eine sehr geringe Rauhtiefe reduziert werden.
Bei
der Herstellung der fadenberührenden Bauteile
ist es vorteilhaft, wenn das Glas und/oder die Glaskeramik als Preßglasteile
gestaltet ist bzw. sind. Preßgläser können in
einer besonders großen Formvielfalt
hergestellt werden, was zudem noch mit einer sehr guten Reproduzierbarkeit
der Einzelteile geschehen kann und nur geringe Stückkosten
erzeugt.
Vorteilhafterweise
ist das fadenberührende Bauteil
in einer Offenend-Spinnmaschine
angeordnet. Diese Art von Spinnmaschinen erreicht ganz besonders
hohe Fadengeschwindigkeiten. Dies ist zum einen durch die hohen
Liefergeschwindigkeiten des Fadens bedingt, aber auch durch die
hohe Umlaufgeschwindigkeit des rotierenden Fadenendes, wie sie beispielsweise
auf der im Rotorinnenraum liegenden Seite der Fadenabzugsdüse auftritt.
Besonders beim Überstreichen
des rotierenden Fadens über
die Fadenabzugsdüse
kommt es beim bekannten Stand der Technik zu großer Wärmeentwicklung und starkem
Verschleiß,
der durch die erfindungsgemäß gestalteten
fadenberührenden
Bauteile erheblich reduziert oder sogar vermieden werden kann.
Als
vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn das verwendete Glas eine
Knoop-Härte zwischen 510–590 HK
aufweist. Diese Härte
ist zwar deutlich geringer als die von üblicherweise verwendeten Keramik
oder Stahlwerkstoffen. Es hat sich jedoch, wie bereits zuvor beschrieben,
gezeigt, daß die
deutlich gleichmäßigere Oberfläche von
Glas mit ihrer sehr geringen Rauhtiefe deutlich bessere Ergebnisse
liefert als die bisher bekannten Werkstoffe, obwohl diese eine höhere Oberflächenhärte besitzen.
Zudem behält
es diese Eigenschaft, bedingt durch einen niedrigen Verschleiß, über einen
sehr langen Zeitraum gleichbleibend bei. Wie bereits erläutert wurde, ist
dieser Effekt auf die reduzierte Angriffsmöglichkeit der zu verarbeitenden
Faser an der Fa denberührungsfläche zurückzuführen. Als
besonders vorteilhaft hat sich in der Praxis Glas mit einer Härte von
ca. 540 HK erwiesen.
Bei
einer anderen besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
diese dadurch gekennzeichnet, daß das fadenberührende Bauteil
als Werkstoffverbund ausgebildet ist, der wenigstens einen weiteren
Werkstoff aufweist. Die Kombination beispielsweise von Glas oder
Glaskeramik einerseits und Stahl andererseits hat in zweifacher
Weise Vorteile. Zum einen kann die während des Spinnvorganges erzeugte
Wärme mittels
eines aus Stahl gefertigten Trägers
aus dem darüber
angeordneten Glaskörper
bzw. einer auf den Stahlträger
aufgelegten Glasbeschichtung besonders gut abgeführt werden. Dies ist darauf
zurückzuführen, daß die Wärmeleitfähigkeit
von Stahl deutlich höher
ist als die von Glas. Neben der Verbesserung der Wärmeableitung
ist zusätzlich
auch eine Verbesserung der strukturellen Festigkeit der fadenberührenden
Bauteile auf diese Weise realisierbar. So kann Stahl beispielsweise
wesentlich einfacher als Glas mit einem Gewinde versehen werden,
um das fadenberührende
Bauteil durch eine Verschraubung mit der Spinnmaschine zu verbinden.
Weiterhin wirkt sich die wesentlich höhere Elastizität des Stahls
positiv aus und das Bauteil wird gegenüber Bauteilen, die ausschließlich aus
Glas bestehen, weniger empfindlich gegen schlagartig auftretenden
Belastungen.
Eine
andere vorteilhafte Ausführungsform der
Erfindung sieht vor, daß der
Werkstoffverbund als weiteren Werkstoff Aluminium und/oder Kupfer
oder eine der Legierungen dieser Metalle enthält. Kupfer weist ebenso wie
Aluminium eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit
auf. Gegenüber
Stahl zeichnen sie sich zudem durcn ihre niedrigen Schmelzpunkte und
einer damit verbudenen besonders guten Verarbeitbarkeit aus.
Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, daß das fadenberührende Bauteil
durch wenigstens Kleben, Schrauben oder Klemmen mit der Spinnmaschine
verbunden ist. Alle drei genannten Befestigungsmetho den sind für die industrielle Produktion,
insbesondere im Hinblick auf die entstehenden Kosten und die technische
Zuverlässigkeit, besonders
geeignet und können
entweder allein oder in Kombination miteinander oder mit anderen
Befestigungsmethoden zur Anwendung kommen.
Daneben
ist es besonders vorteilhaft, wenn das fadenberührende Bauteil eine Fadenabzugsdüse oder
ein Fadenabzugsrohr ist. Beide Bauteile können entweder alleine oder
auch gemeinsam in der erfindungsgemäßen Weise ausgestaltet sein.
Aufgrund ihrer Anordnung und Funktion innerhalb von Spinnmaschinen
sind sie besonderen Belastungen ausgesetzt und bestimmen die Wirtschaftlichkeit
einer Spinnmaschine nicht unerheblich. Für ihre Lebensdauer sind Wärmeabfuhr
und mechanische Beständigkeit
gegenüber
Verschleiß von
elementarer Bedeutung. Beides wird mittels einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung
in der beschriebenen Weise erheblich verbessert.
Schließlich ist
noch eine ganz besondere Ausführungsform
der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß diese Bauteile entsprechend
ihrer jeweiligen Oberflächengüte oder
Verwendung zumindest teilweise mit einer oder mehreren Farben gekennzeichnet
sind. Die Möglichkeit,
Gläser
farbig zu gestalten, ist allgemein bekannt. Im vorliegenden Fall kann
dies besonders vorteilhaft dazu genutzt werden, um die an einem
fadenberührenden
Bauteil vorhandene Oberflächengüte nach
außen
hin leicht lesbar zu kennzeichnen. Dies erleichtert beispielsweise den
Monteuren, die die Wartungsarbeiten an Spinnmaschinen durchführen, die
Auswahl und die Handhabung von Ersatzteilen erheblich. Neben der
Angabe der Oberflächengüte können so
aber auch der Verwendungszweck von fadenberührenden Bauteilen gekennzeichnet
werden, wie beispielsweise in die Zuordnung bestimmter Bauformen
zu bestimmten Maschinentypen und/oder Garntypen. Die farbige Markierung
gibt dem in der Praxis tätigen
damit die Möglichkeit
beispielsweise ohne Überprüfung der Oberflächengüte mittels
Prüfgeräten lediglich
durch eine Sichtprüfung
die mögliche
Verwendung und Beschaffenheit der fadenberührenden Bauteile mit Sicherheit
zu bestimmten.
Bei
der gezeigten Ausführungsform
ist die Fadenabzugsdüse 1 zweiteilig
ausgebildet. Vorwiegend besteht sie aus einem Grundkörper 4 und
einem Einsatz 5. Der Grundkörper 4 kann beispielsweise
aus Stahl, Kupfer, Aluminium oder einer Legierung dieser Metalle
bestehen. Bei der Auswahl des Werkstoffes ist aber primär darauf
zu achten, daß dem
gewählten
Werkstoff die erforderliche mechanische Festigkeit sowie eine gute
Wärmeleitfähigkeit
zu eigen ist. Zur sicheren Verbindung der Fadenabzugsdüse 1 mit
der Abdeckung 2 ist an der Außenseite des Grundkörpers 4 ein
Gewinde 7 angeordnet, das in ein komplementär geformtes
und in der Abdeckung 1 angeordnetes Innengewinde eingreift.
Die Fadenabzugsdüse 1 kann
somit auf besonders einfache Weise durch Lösen der Verschraubung ausgetauscht werden.
Der im Innenraum des Rotors 3 liegende Einsatz 5 besteht
bei der gezeigten Ausführungsform aus
einem Glas oder einer Glaskeramik. Wichtig ist dabei, daß die Oberflächenstruktur,
insbesondere im Bereich der Radien 6, die von der Erfindung
vorgeschlagenen Merkmale aufweist. Soll beispielsweise mit der Fadenabzugsdüse 1 ausschließlich Naturfasermaterial,
wie beispielsweise Baumwolle, verarbeitet werden, so genügt es, die
Oberflächengüte bzw. die
Rauhtiefe so zu wählen,
daß diese
Fasern keine Angriffsmöglichkeiten
an den fadenberührenden
und somit auch fadenführenden
Flächen 6 der
Fadenabzugsdüse 1 finden.
Der bei keramischen Fadenabzugsdüsen 1 bekannte
Effekt des interkristallinen Verschleißes wird hierdurch vermieden.
Haben die Fasern bei einer rein keramischen Berührungsfläche erst einmal Angriffspunkte
gefunden, so löst
dies einen fortlaufenden Verschleiß der Oberfläche aus. Hieran
mag auch die vergleichsweise große Härte von Keramikoberflächen nichts
zu verändern.
Durch den überstreichenden
Faden werden nämliche
vorhandene Poren oder Überstände nicht
etwa weg poliert, sondern es werden im Gegenteil noch Stücke aus
der Oberfläche
herausgelöst,
wodurch die Oberflächengüte zusätzlich in
negativer Weise beeinträchtigt
wird.
3 zeigt schließlich eine
stark vergrößerte Schnittdarstellung
durch die Oberflächenstruktur herkömmlicher
Keramikwerkstoffe. Der Bereich der Keramik 10 weist in
der unebenen Oberfläche 11 porenartige
Vertiefungen 12 und steil ansteigende Erhebungen 13 auf.
Dargestellt ist, wie sich an solch einer Erhebung 13 eine
Kunstfaser 14 abgelagert hat. Die dargestellten Kunstfasern 14 haben
einen Durchmesser von etwas mehr als 1 μm. In der Pore 12 sind neben
den Kunstfasern 14 noch zwei Naturfasern 15 dargestellt,
deren Faserbreite bei ungefähr
4 μm liegt.
Anhand dieser Darstellung wird deutlich, daß selbst bei sehr großen Oberflächenhärten, wie
sie mit Keramikwerkstoffen erreichbar sind, ein Verschleiß auftritt,
indem sich Fasern bei sehr hohen Geschwindigkeiten an oder in der
Oberfläche
ablagern. Dies wird erst möglich,
weil diese Fasern geeignete Angriffspunkte finden, um sich anlagern
zu können. Werden
danach die auf diese Weise abgelagerten Fasern wieder herausgelöst, kommt
es häufig
zu einem Herausbrechen von kleinen Abschnitten aus der Keramikoberfläche, wodurch
teilweise neue Anlagerungspunkte entstehen können, in jedem Fall aber die
Oberflächengüte weiter
herabgesetzt wird. Als Maß für die Oberflächengüte können die
Werte Rauhigkeitsmaße
Ry, Rp und Rm herangezogen werden. Ry stellt
dabei die maximale Profilhöhe
dar, Rp steht für die maximale Profilkuppenhöhe und Rm kennzeichnet die maximale Profiltaltiefe.
Die Rauhigkeit einer Oberfläche
wird in der Regel als die maximale Profilhöhe, d. h. die Differenz zwischen
der größten Profilkuppenhöhe und der
tiefsten Profiltaltiefe angegeben. Eine andere Möglichkeit, die Rauhtiefe anzugeben
ist es, diese Werte über
mehrere Abschnitte zu mitteln. Im Ergebnis erhält man dann eine gemittelte
Rauhtiefe. Bereits dieses Maß der
Rauhtiefe kann in ausreichender Weise dazu verwendet werden, um
die erfindungsgemäßen Vorteile
zu erzielen. Noch genauer kann die Oberflächengüte über die maximale Profilkuppenhöhe und die
maximale Profiltaltiefe bestimmt werden. Beide beziehen sich auf eine
gemittelte Ausgangslage und geben jeweils ein Maß für die größte Abweichung nach oben bzw.
nach unten relativ zu dieser Ausgangslage an. Dies hat den Vorteil,
daß die
für die
Erfindung besonders interessanten Abweichungen von Referenzlage
in Form von Poren 12 und Erhebungen 13 besser
erfassbar sind. Für
die Erfindung ist es nämlich
weniger von Bedeutung wie groß der
Höhenunterschied
zwischen einem Profiltal und einer möglicherweise recht weit davon
entfernt liegenden Profilkuppe bzw. Erhebung ist. Vielmehr ist von
Bedeutung, wie tief beispielsweise Poren 12 mit ihren relativ
steilen Wänden
von der Oberfläche 11 nach
unten abweichen oder Erhebungen 13 mit ihren ebenfalls
relativ steilen Wänden nach
oben über
das Mittel hinausragen, da an derartigen steil ansteigenden Oberflächensprüngen Ablagerungen
bevorzugt stattfinden. Sorgt man nun, wie bei der vorliegenden Erfindung
vorgeschlagen, dafür, daß Poren
bzw. Vertiefungen 12 einerseits und Profilkuppen bzw. steil
ansteigende Erhebungen 13 andererseits in ihren Höhendifferenzen
kleiner sind als die Durchmesser der zu verarbeitenden Fasern, so fehlt
den Fasern die Angriffsmöglichkeit
und Ablagerungen werden vermieden. Durch die vorgeschlagene Verwendung
von Glas oder Glaskeramik als Oberflächenmaterial, reduziert dies
den von der rein keramischen Werkstoffen her bekannte interkristalline Verschleiß erheblich.