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Die
Erfindung betrifft eine Garnabzugsdüse für eine Offenend-Rotorspinnvorrichtung
mit einer kurzen trichterförmigen
Garnumlenkfläche,
die eine Unlenkung von etwa 90° für ein entstehendes
Garn bildet und die zwischen einem Garnabzugskanal und einer radial
zu dem Garnabzugskanal verlaufende Stirnfläche angeordnet ist, die außen in eine
zurückweichende
konische Ringfläche übergeht.
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Offenend-Rotorspinnvorrichtungen
laufen heute mit Drehzahlen der Spinnrotoren von 130.000 min–1 und
mehr. Bei der Verarbeitung von Kunststofffasern, insbesondere Polyesterfasern
oder Mischungen aus Naturfasern und Kunststofffasern sind jedoch
die Betriebsgeschwindigkeiten begrenzt. Das liegt daran, dass bei
zu hohen Betriebsgeschwindigkeiten auf Reibungswärme beruhende Überhitzungsschäden an den
Kunststofffasern auftreten. Diese Überhitzungsschäden machen
sich insbesondere an der Garnabzugsdüse bemerkbar, da dort der ersponnene
Faden mit hoher Geschwindigkeit kurbelartig umläuft und an die Garnumlenkfläche der
Garnabzugsdüse
angepresst wird.
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Es
sind bereits verschiedene Vorschläge gemacht worden, wie man Überhitzungsschäden an Garnabzugsdüsen verringern
kann.
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In
der
DE 24 10 940 C3 wird
vorgeschlagen, auf einen Garnführungstrichter,
der mit einer Garnabzugsdüse
vergleichbar ist, einen Kühlluftstrom
zu richten. Bei diesem Kühlluftstrom
handelt es sich um in das Innere der Rotorspinnvorrichtung eintretende Umgebungsluft.
Dieser Vorschlag ist in der Praxis nicht verwirklicht worden.
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In
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 21 59 120 A wurde vorgeschlagen, als Transportluft
für die
Fasern, die von der Auflöseeinrichtung
dem Spinnrotor zugeführt
werden, klimatisierte Luft zu verwenden und diese Luft zum Kühlen des
Garnabzugsbereiches zu verwenden. Dadurch soll die durch den Faden
erzeugte Reibungswärme
abgeführt
werden. Auch dieser Vorschlag konnte nicht in die Praxis umgesetzt
werden.
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Gemäß einem
weiteren Vorschlag ist in der
DE 44 11 972 A1 vorgesehen, Garnabzugsdüsen dadurch
zu kühlen,
dass die Kanalplatte, an welcher die Garnabzugsdüse angebracht ist, doppelwandig
ausgebildet wird. Der entstehende freie Raum soll dabei an einen
Kühlmittelkreislauf
angeschlossen werden. Diese Konstruktion ist sehr aufwändig und
bisher ebenfalls nicht in der Praxis durchgeführt worden.
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In
der
EP 445 554 B1 ist
eine Garnabzugsdüse
beschrieben, bei welcher zwischen den verschleißfesten fadenführenden
Flächen
und einer Aufnahme der Garnabzugsdüse ein Material aus einem Werkstoff
mit hoher Wärmeleitfähigkeit
zwischengeschaltet ist. Dadurch soll die Wärme von den fadenführenden
Flächen
schnell abgeführt
werden. Da die fadenführenden
Flächen
jedoch schlecht wärmeleitend
sind, findet dennoch an derjenigen Stelle, an der die Überhitzung
entsteht, keine schnelle Wärmeabfuhr
statt.
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Nach
der
DE 41 19 264 A1 ist
bekannt, dass die fadenführenden
Flächen
einer Garnabzugsdüse aus
einem verschleißfesten
Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit
bestehen, beispielsweise aus Titandiborid. Es hat sich jedoch gezeigt,
dass das gewählte Material
nicht unbedingt gute Spinneigenschaften aufweist.
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Gemäß der
DE 32 39 289 A1 übt das an
der Garnabzugsdüse
umgelenkte Garn eine Flächenpressung
nur auf eine im Axialschnitt kreisbogenartig gewölbte Kontaktfläche auf,
die im Vergleich zu anderen bekannten Garnabzugsdüsen relativ
kurz ist. Die Kontaktfläche
ist dadurch gezielt verkürzt
worden, dass im Einlaufbereich der Kreisbogen, für den ein Radius von 4 mm angegeben
ist, durch eine Sekante abgeschnitten ist. Durch diese Maßnahme sollen
Achsenkräfte
des abgezogenen Garnes verringert werden. Die Kontaktfläche beginnt
mit einer ausgeprägten
Kante, an welcher das aus dem Spinnrotor abgezogene Garn erstmals
die Garnabzugsdüse
berührt.
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Aus
der
DE 23 33 401 A1 sind
Garnabzugsrohre mit Garnabzugsdüsen
bekannt, bei welchen eine Garnumlenkfläche, die eine Umlenkung von etwa
90° für ein entstehendes
Garn bildet, weniger als ein Viertelkreis beträgt. Bei dieser Bauart fehlt auch
eine an die Garnumlenkfläche
anschließende, ein
entstehendes Garn stützende
Leitfläche.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfache Garnabzugsdüse zu schaffen,
mit welcher Kunststofffasern mit höherer Geschwindigkeit als bisher
ohne zusätzliche
aufwändige
Maßnahmen
versponnen werden können.
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Die
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass die Garnumlenkfläche – im Axialschnitt
gesehen – einen Viertelkreis
mit einem Krümmungsradius
von maximal 3 mm bildet, an den die als eine ein entstehendes Garn
stützende
Leitfläche
dienende Stirnfläche
tangential anschließt.
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Durch
die gegenüber
bekannten Garnabzugsdüsen
sehr deutliche Verringerung des Krümmungsradius der Garnumlenkfläche hat
sich überraschend
herausgestellt, dass Überhitzungsschäden bei
Kunststofffasern, insbesondere bei Polyesterfasern, verringert werden
können.
Es hat sich gezeigt, dass mit etwa 15% höheren Drehzahlen und damit auch
15% höherer
Lieferung gesponnen werden kann, als wenn man die bisher üblichen
Krümmungsradien
benutzt, die in der Größenordnung
von 6 mm und mehr liegen. Trotz der durch den kleinen Krümmungsradius
erhöhten
Flächenpressung
tritt der erwünschte
Effekt vermutlich deshalb ein, weil die Garnumlenkfläche überaus kurz
ist, so dass das umgelenkte Garn die Garnumlenkfläche bereits
wieder verlässt,
bevor Überhitzungsschäden aufgetreten sind.
Dadurch, dass die Stirnfläche
als tangentiale Fläche
zur Garnumlenkfläche
ausgebildet ist, trifft das aus dem Spinnrotor abgezogene Garn nicht
auf eine Kante auf. Die Stirnfläche
ist praktisch von jeglicher Flächenpressung
ausgenommen, bildet jedoch für
das Garn eine Art stützende
Leitfläche.
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Vorteilhaft
geht die Garnumlenkfläche
ohne ausgeprägte
Kante kontinuierlich in einen hohlzylindrischen Teil des Garnabzugskanals über. Dadurch werden
zusätzlich
erhöhte
Flächenpressungen
durch irgendwelche Umlenkkanten vermieden.
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Aus
Fertigungsgründen
ist es zweckmäßig, wenn
der Krümmungsradius
der Garnumlenkfläche durchgehend
konstant ist.
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Der
Außendurchmesser
der Stirnfläche
ist auf das unbedingt notwendige Maß beschränkt und beträgt vorteilhaft
maximal 10 mm. Zur Verminderung der Reibung sind sowohl die Garnumlenkfläche als auch
die Stirnfläche
glatt poliert. Am Außendurchmesser
geht die Stirnfläche
vorteilhaft in eine vom Garn nicht beaufschlagte konische Ringfläche über, die
also gegenüber
der Garnlaufebene zurückversetzt
ist.
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Es
kann zusätzlich
vorgesehen sein, wenn in an sich bekannter Weise die Garnumlenkfläche mit Kerben
versehen ist. Dadurch wird der Falschdrall, der an der Garnumlenkfläche auftritt,
periodisch kurz unterbrochen, so dass der erzeugte Falschdrall gewissermaßen von
Zeit zu Zeit ”zurückspringen” kann.
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Die
Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
näher beschrieben.
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Die
nur teilweise dargestellte Offenend-Rotorspinnvorrichtung enthält einen
Spinnrotor 1, der aus einem Rotorteller 2 und
einem darin eingepressten Schaft 3 besteht. Der Schaft 3 ist
in nicht dargestellter Weise gelagert und angetrieben.
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Der
Rotorteller 2 rotiert in einer Unterdruckkammer 4,
die durch ein Rotorgehäuse 5 gebildet
ist, welches in nicht dargestellter Weise an eine Unterdruckquelle
angeschlossen ist.
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Der
Rotorteller 2 weist eine sich konisch zu einer Fasersammelrille 6 erweiternde
Fasergleitfläche 7 auf.
In der Fasersammelrille 6 hat der hohle Innenraum des Rotortellers 2 seinen
größten Durchmesser.
Der Spinnrotor 1 lässt
sich durch eine vordere Öffnung 8 des
Rotorgehäuses 5 zur
Bedienungsseite hin herausziehen. Bei Betrieb ist die Öffnung 8 des
Rotorgehäuses 5 zusammen
mit der offenen Vorderseite 9 des Rotortellers 2 durch
eine wegbewegbare Abdeckung 10 verschlossen. Die Abdeckung 10 legt
sich unter Zwischenschaltung einer Ringdichtung 11 an das
Rotorgehäuse 5 an.
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Die
Abdeckung 10 enthält
einen außerhalb der
Zeichenebene liegenden Faserzuführkanal 12, der
in nicht dargestellter, weil bekannter Weise an einer Auflösewalze
beginnt und dessen Mündung 13 gegen
die Fasergleitfläche 7 gerichtet
ist. Durch die Wirkung der genannten Unterdruckquelle werden bei Betrieb
durch die Auflösewalze
vereinzelte Fasern durch den Faserzuführkanal 12 gegen die
Fasergleitfläche 7 geschossen,
von wo sie in die Fasersammelrille 6 gleiten, dort einen
Faserring bilden und in bekannter Weise als Garn in axialer Richtung
des Schaftes 3 abgezogen werden. Die über den Faserzuführkanal 12 angesaugte
Transportluft kann über einen Überströmspalt 15 an
der offenen Vorderseite 9 des Spinnrotors 1 abfließen.
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Das
ersponnene Garn wird aus der Fasersammelrille 6 wenigstens
annähernd
in einer zum Schaft 3 liegenden Normalebene des Spinnrotors 1 abgezogen
und über
einen Garnabzugskanal 17 einer Garnabzugsdüse 18 mittels
eines nicht dargestellten Abzugswalzenpaares abgezogen und einer ebenfalls
nicht gezeichneten Auflaufspule zugeführt. Der Garnabzugskanal 17 liegt
koaxial zum Schaft 3 des Spinnrotors 1, so dass
das Garn mittels der Garnabzugsdüse 18 um
etwa 90° umgelenkt
wird, wobei das Garn in der genannten Normalebene kurbelartig umläuft. Die
Garnabzugsdüse 18 ist
mittels eines Außengewindes 20 in
eine entsprechende Bohrung der Abdeckung 10 eingeschraubt.
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Dem
Umlenken des Garnes aus der genannten Normalebene in den Garnabzugskanal 17 dient eine
trichterförmige
Garnumlenkfläche 21.
In dem dargestellten Axialschnitt ist die Garnumlenkführung 21 eine
kreisbogenartig gewölbte
Fläche,
der unmittelbar der kleinste Querschnitt 22 des Garnabzugskanals 17 folgt.
Die Garnumlenkfläche 21 bildet
in dem dargestellten Axialschnitt einen Viertelkreis mit einem Krümmungsradius
R, der maximal 3 mm und vorzugsweise nur 2,5 mm beträgt. Dieser
Krümmungsradius
R ist deutlich kleiner als bei den bisher in der Praxis üblichen
Garnabzugsdüsen.
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Der
Garnumlenkfläche 21 folgt
ein hohlzylindrischer Teil 23 des Garnabzugskanals 17 mit
einem Durchmesser, welcher dem kleinsten Querschnitt 22 entspricht.
Anschließend
erweitert sich der Garnabzugskanal 17 längs eines leicht konischen
Bereiches 24.
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Der
kurbelartig an der Garnumlenkfläche 21 umlaufende
und umgelenkte Faden wird an dieser Stelle durch Reibungswärme stark
erhitzt. Dies ist insbesondere dann kritisch, wenn es sich bei dem
zu verspinnenden Fasermaterial um bestimmte Kunststofffasern, insbesondere
um Polyesterfasern handelt. Diese Fasern werden bei zu starker Erwärmung der
Garnumlenkfläche 21 geschädigt. In
der Praxis ist man daher bisher so vorgegangen, dass man die Obergrenze
der Drehzahl des Spinnrotors 1 gegenüber der Drehzahlgrenze bei
anderen Fasermaterialien verringert hat.
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Man
ist nun bestrebt, auch Polyesterfasern mit höherer Drehzahl verspinnen zu
können,
wobei bereits kleinste Drehzahlsteigerungen vorteilhaft sind. Es
ist nun erkannt worden, dass die Schädigung der Kunststofffasern
durch Überhitzung
dann geringer ist, wenn die Garnumlenkfläche 21 möglichst
kurz ist. Dabei kann sogar eine etwas größere Flächenpressung an dieser Stelle
in Kauf genommen werden. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass der
Krümmungsradius
R der Garnumlenkfläche 21 maximal
3 mm und vorzugsweise 2,5 mm beträgt. Dabei ist es günstig, wenn
der Garnumlenkfläche 21 eine
Leitfläche
vorgeschaltet ist, die das kurbelartig umlaufende Garn zwar in gewisser
Weise stützt,
die jedoch praktisch von einer spürbaren Flächenpressung ausgenommen ist.
Aus diesem Grunde ist die Stirnfläche 25 der Garnabzugsdüse 18 als
tangentiale Fläche
zur Garnumlenkfläche 21 ausgebildet.
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Die
Garnumlenkfläche 21 beginnt
also an der Stirnfläche 25 und
geht kontinuierlich in den hohlzylindrischen Teil 23 des
Garnabzugskanals 17 über. Die
Garnumlenkfläche 21 ist
weder am Anfang noch am Ende durch irgendwelche Umlenkkanten begrenzt.
Der Radius R ist vorzugsweise durchgehend konstant. Der Außendurchmesser
der Stirnfläche 25 soll
so klein wie möglich
sein und liegt in der Praxis bei etwa 10 mm. Sowohl die Stirnfläche 25 als
auch die Garnumlenkfläche 21 der
aus Keramik bestehenden Garnabzugsdüse 18 sind poliert.
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Am
Außendurchmesser
der Stirnfläche 25 schließt sich
eine leicht konische Ringfläche 26 an, die
von der Fasersammelrille 6 hinweg geneigt ist und die nicht
vom Garn beaufschlagt wird.
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In
an sich bekannter Weise kann die Garnumlenkfläche 21 noch mit Kerben 27 versehen
sein. Dadurch wird der an der Garnumlenkfläche 21 unvermeidbar
eingeleitete und für
die Spinnstabilität
sogar erwünschte
Falschdrall immer wieder periodisch unterbrochen, so dass der Falschdrall
von Zeit zu Zeit gewissermaßen ”zurückspringt”. Wegen
des sehr kleinen Radius R soll die Ausbildung der Kerben 27 jedoch
nicht so ausgeprägt
sein wie bei an sich bekannten Garnabzugsdüsen.