DE2807277A1

DE2807277A1 - Spinnrotor fuer eine offen-end-spinnmaschine und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE2807277A1
Application number: DE19782807277
Authority: DE
Inventors: Stephen Martin; Jack Shaw; John Whiteley
Original assignee: Platt Saco Lowell Ltd
Current assignee: Hollingsworth UK Ltd
Priority date: 1977-02-25
Filing date: 1978-02-21
Publication date: 1978-08-31
Also published as: FR2381842B1; GB1591192A; CH625568A5; IT1092839B; ES467301A1; DE2807277C2; JPS53106832A; IT7820596A0; JPS5824531B2; US4167846A; FR2381842A1

Description

Platt Saco Lowell Limited, Holcombe Road, Helmshore Rossendale BB4 4NG, Lancashire (Großbritannien)

Spinnrotor für eine Offen-End-Spinnmaschine und Verfahren zu dessen Herstellung

Die Erfindung betrifft einen Spinnrotor für eine Offen-End-Spinnmaschine mit einer innen liegenden ümdrehungsflache, durch die eine Höhlung mit einem Bereich maximalen Durchmessers begrenzt ist, der zur Sammlung der Fasern dient. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Spinnrotors.

Bei einem bekannten Offen-End-Spinnverfahren werden die Fasern in eine in einem umlaufenden Spinnrotor ausgebildete Höhlung eingebracht, wo sie in dem Bereich maximalen Durchmessers dieser Höhlung gesammelt und von diesem aus dadurch abgezogen werden, daß sie an das Schwanzende eines sich kontinuierlich bildenden Garnes angesponnen werden.

Eine der Schwierigkeiten beim Betrieb derartiger Spinnrotoren besteht darin, daß die der Berührung durch die Fasern ausgesetzten Oberflächen dem Verschleiß unterliegen. Dieses Verschleißproblem ist insbesondere in dem Bereich maximalen Durchmessers der Spinnrotorhöhlung vorhanden, wo die materialabtragende Wirkung des sich drehenden Garnes einen raschen Verschleiß zur Folge hat. ^Für die meisten Garne ist die

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Fasersammelfläche vorzugsweise in Gestalt einer V-förmigen Nut ausgebildet, deren Seitenwände unter einem kleinen Winkel gegen eine Scheitellinie konvergieren, so daß die Fasern ausgerichtet und verdichtet werden, bevor sie an das Schwanzende des Garnes angesponnen werden. Um ein ordnungsgemäßes Garn zu erzeugen, muß die Fasersammeifläche,insbesondere wenn sie in Gestalt der erwähnten V-förmigen Nut ausgebildet ist, einer genau bestimmten Gestalt entsprechen, wobei diese Gestalt dauernd aufrechterhalten bleiben muß. Jeder in diesem Bereich auftretende Verschleiß beeinträchtigt die Qualität des gesponnenen Garnes und hat deshalb eine schwerwiegende Verschlechterung des Spinnvorganges zur Folge.

In der DE-OS 2 551 045 ist ein Versuch zur Überwindung des Problems des Spinnrotorverschleisses beschrieben, wozu ein aus keramischem Material bestehender, ringförmiger Einsatz derart in die Spinnrotorhöhlung eingesetzt ist, daß er die innen liegende Fasersammelflache des Spinnrotors bildet. Diese Lösung ist aber deshalb nicht zufriedenstellend, weil es schwierig ist, dem keramischen Einsatz exakt die für die Fasersammelf lache erforderliche Gestalt zu geben, insbesondere wenn eine V-förmige Fasersammeinut notwendig ist. Auch ist es mit Schwierigkeiten verbunden,zu gewährleisten, daß solche Spinnrotoren das für hohe Drehzahlen notwendige Maß an Auswuchtung aufweisen. Schließlich treten bei der Befestigung des Einsatzes in der Spinnrotorhöhlung Probleme auf, was ebenfalls zu den eine solche Spinnrotorkonstruktion wirtschaftlich uninteressant machenden Faktoren beiträgt.

Da der Spinnrotor mit sehr hohen Drehzahlen angetrieben werden muß, ist es üblich, dafür Materialien zu verwenden, die ein niedriges, spezifisches Gewicht aufweisen, aber über eine hohe Festigkeit verfugen. Da Stahl diesen Bedingungen nicht entspricht, bestand bisher ein Vorurteil gegen seine Verwendung als Ausgangsmaterial, aus dem der Spinnrotor hergestellt

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ist. Ein Material, das in der Praxis bisher verwendet wurde, ist eine Aluminiumlegierung. Dieses Material verfügt aber nicht über die Eigenschaften, wie sie notwendig wären, um der materialabtragenden Wirkung der Fasern zu widerstehen; es tritt deshalb Spinnrotorverschleiß auf. Um diesem Nachteil abzuhelfen, wurden schon verschiedene Verfahren in Betracht gezogen, die daraus hinauslaufen, daß auf die Innenflächen des Spinnrotors eine Beschichtung aus einem verschleißfesten Material aufgebracht wird. Diese Verfahren haben sich jedoch nicht als brauchbar erwiesen. Ein Grund dafür besteht darin, daß die Beschichtung nicht bis zu der Scheitellinie der Fasersammelnut reicht und der Verschleiß in diesem kritischen Bereich des Spinnrotors nicht verhindert wurde.

Um einen Spinnrotor mit niedrigem spezifischem Gewicht zu erhalten, wurde in der DE-OS 21 48 305 schon vorgeschlagen, den Spinnrotor aus einem Kunststoffmaterial herzustellen und ihn mit Verstärkungsrändern aus Titan zu versehen. Daneben enthält die DE-OS 22 39 564 den Vorschlag, den Spinnrotor aus einem mit Kohlenstoffasern verstärkten Kunststoffmaterial herzustellen und damit einen Spinnrotor zu erzeugen, der über ein niedriges spezifisches Gewicht verfügt, aber eine hohe Festigkeit aufweist, so daß er für hohe Drehzahlen geeignet ist. Schließlich ist in der GB-PS 1 383 194 vorgeschlagen, einen Spinnrotor aus Metallblech, beispielsweise einem Blech aus weichem Stahl, herzustellen und auf diese Weise einen Spinnrotor mit niedrigem Gewicht zu erzielen.

Aus der vorstehenden Übersicht über den Stand der -Technik geht hervor, daß schon große Anstrengungen unternommen wurden, um ein Material oder eine Konstruktion für einen Spinnrotor zu finden, der über lange Betriebszeiten hinweg ordnungsgemäß mit hohen Drehzahlen arbeitet. Es hat sich aber gezeigt, daß die allen bekannten Spinnrotoren bisher eigenen

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Nachteile dem ordnungsgemäßen Betrieb dieser Spinnrotoren unter kommerziellen Spinnbedingungen abträglich sind.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Spinnrotor und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, bei dem diesen Schwierigkeiten abgeholfen ist und der sich deshalb dadurch auszeichnet, daß über lange Betriebszeiträume hinweg einwandfrei mit hohen Drehzahlen betrieben werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Spinnrotor gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß er aus Stahl besteht und nach der Gestaltgebung durch eine Wärmebehandlung gehärtet ist.

Der Spinnrotor ist vorzugsweise aus einer zylindrischen Stahlstange hergestellt.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform ist der Spinnrotor lediglich in dem Bereich maximalen Durchmessers der Höhlung gehärtet. Auch ist es vorteilhaft, wenn die Wärmebehandlung durch induktive Erwärmung cpbildet ist.

Zur Herstellung eines solchen Spinnrotors kann gemäß weiterer Erfindung derart vorgegangen werden, daß der Spinnrotor aus Stahl geformt und anschließend einer Wärmebehandlung unterworfen wird und daß daraufhin der Spinnrotor unter Aushärtung des Stahls abgekühlt wird.

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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Die Figur zeigt einen Spinnrotor gemäß der Erfindung im axialen Schnitt, in einer Seitenansicht.

Ein im Inneren des Spinnrotors liegender Hohlraum 1 ist durch eine Innenfläche 2 einer sich von einem Rotorrand aus nach innen und außen erstreckenden konischen Wand 3, sowie durch eine gekrümmte Innenfläche 5 einer unteren sich von einem Bereich maximalen Durchmessers der Höhlung aus nach unten-und einwärts erstreckenden unteren konischen Wand 6 begrenzt. In dem Bereich maximalen Durchmessers der Höhlung 1 ist eine V-förmig gestaltete Fasersammelnut 7 angeordnet, die zu einer Scheitellinie konvergierende obere und untere Flächen 8, 9 aufweist. Die Höhlung 1 weist eine Basis oder Unterteil 10 auf, welches in einer sanften Krümmung in die Innenfläche 5 der unteren Wand 6 übergeht, so daß sich im Betrieb günstige Beanspruchungsverhältnisse ergeben. Von dem unteren Ende des Spinnrotors aus ragt ein Fortsatz 11 vor, der eine Bohrung aufweist, in welche eine Welle 12 eingesetzt ist, auf der der Spinnrotor drehfest angeordnet ist. An dem übergang zwischen dem Vorsprung 11 und der unteren Wand 6 ist eine ringförmige Ausnehmung 13 ausgebildet, die bei hohen Drehzahlen ein Abbiegen der oberen und unteren Wand 3 bzw. 6 um den ausgenommenen Teil gestattet. Dadurch, daß der Spinnrotor auf diese Weise sich etwas elastisch verbiegen kann, wird die Festigkeit der Spinnrotorhalterung auf der Welle 12 erhöht.

Im Betrieb läuft der Spinnrotor mit hoher Drehzahl um, wobei Fasern diskret in die Höhlung 1 eingespeist werden. Unter der Wirkung der Zentrifugalkraft sammeln sich die Fasern in der Fasersammelnut 7, wo sie zwischen den zu-

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sammenlaufenden Flächen 8, 9 verdichtet werden.

Die angesammelten Fasern werden aus der Fasersammeinut dadurch wieder herausgenommen, daß sie an das Schwanzende des sich dauernd bildenden Garnes angesponnen werden, welches dann durch ein nicht weiter dargestelltes, am offenen Ende der Höhlung 1 angeordnetes Abzugsröhrchen oder einen in der Rotorwelle 12 vorgesehenen Kanal abgezogen wird.

Durch das Auftreffen der Fasern auf die obere Innenfläche 2 und die untere Innenfläche 5,insbesondere in dem Bereich der Fasersammeinut 7, sowie durch die Drehbewegung des Schwanzendes des beim Spinnen entstehenden Garnes in der Fasersammeinut 46, sind diese Bereiche des Spinnrotors dem Verschleiß ausgesetzt.

Der Spinnrotor wird dadurch hergestellt, daß er aus einer zylindrischen Stahlstange mit einem Kohlenstoffgehalt in der Größenordnung von 0,4 bis 0,45 % gedreht wird. Ein solcher Stahl gestattet im ungehärteten Zustand die Bearbeitung ohne Verwendung spezieller Werkzeuge, so daß es möglich ist, die Spinnrotorgestalt mit üblichen Drehwerkzeugen herzustellen, wie sie auch bei der Herstellung bekannter Spinnrotoren aus Aluminiumlegierung verwendet werden.

Nachdem der Spinnrotor geformt ist, wird der Stahl durch eine Wärmebehandlung zumindest in dem oberhalb einer gestrichelten Linie 14 angedeuteten Bereich, d.h. in dem Bereich maximalen Druckmessers des Spinnrotors gehärtet. Wie aus der Zeichnung zu ersehen, umfaßt der der Wärmebehandlung unterworfene äußere Bereich des Spinnrotors die ganze obere Wand 3 und den anschließenden oberen

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Teil der unteren Wand 6. Da der Spinnrotor aus Stahl hergestellt ist, ist die Stärke der oberen und unteren Wand klein, verglichen mit der Stärke mit der oberen und unteren Wand eines äquivalenten Spinnrotors aus einer Aluminiumlegierung. Auf diese Weise wird das spezifische Gewicht des Spinnrotors soweit herabgesetzt, daß dieser für hohe Drehzahlen geeignet ist.

Bei der Wärmebehandlung wird eine Hochfrequenz-Induktionsspule 15 derart aufgesetzt, daß sie sich um die Außenseite des Spinnrotors 1 herum in der Nähe des oberhalb der gestrichelten Linie 14 liegenden Bereichs erstreckt, worauf die Induktionsspule 15 an die Ausgangsklemmen eines Hochfrequenz-Wechselstromgenerators angeschlossen wird. Die Induktionsspule 15 besteht aus einer einzigen Windung aus Kupferrohr rechteckiger Querschnittgestalt, die bezüglich der Drehachse des Spinnrotors geneigt angeordnet ist. Erforderlichenfalls kann die Induktionsspule 15 auch in der Höhlung 1 in deren oberen Bereich angeordnet sein. Die Induktionsspule 15 kann auch mehrere Windungen aufweisen.

Der Spinnrotor wird innerhalb der Induktionsspule 15 in Umdrehungen versetzt, während der die Induktionsspule 15 durchfließende Strom in dem Material des Spinnrotors einen Wechselstrom hervorruft, unter dessen Einwirkung der Stahl auf eine oberhalb der kritischen Grenze, d.h. in dem Bereich von 850 C liegende Temperatur erwärmt wird. Nach einigen Sekunden wird der Generator abgeschaltet, während der Spinnrotor in eine wässrige Abschrecklösung eingetaucht wird. Die Absehreckbedingungen liegen vorzugsweise zwischen jenen von Wasser und öl. Auf diese Weise wird aer der

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induktiven Erwärmung ausgesetzte Teil des Spinnrotors bezüglich des nichterwärmten Teiles gehärtet.

Als Ergebnis dieser Wärmebehandlung kommt der Stahl in einen harten, aber sehr brüchigen Zustand, mit hohen inneren Spannungen. Diese inneren Spannungen werden dadurch abgebaut, daß der ganze Stahlspinnrotor auf eine Temperatur in dem Bereich von 150° bis 700° C erwärmt wird. Die zum Abbau der Spannung dienende Anlaßtemeratur liegt vorzugsweise in dem Bereich von 180° C bis 200° C.

Die Induktionserwärmung hat sich zum Härten des Spinnrotors als besonders zweckmäßig herausgestellt; sie ergibt eine Härtung der mit den Fasern in Berührung kommenden Flächen. Es ist außerordentlich wichtig, daß die die Fasersammelnut 7 begrenzenden Flächen und deren Scheitel gehärtet sind, weil es wesentlich ist, daß die Fasersammelnut 7 über lange Spinnzeiten hinweg ihre genaue Gestalt beibehält, um damit die Erzeugung eines einwandfreien Garnes zu gewährleisten. Die Härte der Fläche des gehärteten Bereichs liegt in der Größenordnung von 450 bis 750 Vickers Pyramid Number und vorzugsweise in dem Bereich von 650 Vickers Pyramid Number.

Es können auch andere Wärmebehandlungsverfahren zur Herstellung der notwendigen verschleißfesten, harten Spinnrotorflächen verwendet werden, wie karburieren, nitrieren oder karbonitrleren.

Bei einigen Ausbildungsformen von Spinnrotoren kann es genügen, lediglich den Bereich der oberen Wand 3 und der unteren Wand 6 in der Nähe der Fasersammelnut 7 zu härten. Die Tiefe der Härtung braucht nicht die gesamte Wandstärke der oberen und unteren Wand zu durchdringen, d.h. es werden einsatzgehärtete Flächen erzeugt.

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Claims

Patentanwälte Dipl.-tng.W.Scherrmann Dr.-lng. ft Rüger 73QO EssUngen (Neckar). Webergasse 3. Postfach 348 20. Februar 1978 uieion PA 52 rükU Stuttgart (0M„ 356539 reltix 07 256610 smtu Telegramme Patentschutz Esslmgenneckar Patentansprüche

1. Spinnrotor für eine Offen-End-Spinnmaschine mit.einer innen liegenden Umdrehimgsf lache, durch die eine Höhlung mit einem Bereich maximalen Durchmessers begrenzt ist, der zur Sammlung der Fasern dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Spinnrotor (1) aus Stahl besteht und nach der Gestaltgebung durch eine Wärmebehandlung gehärtet ist.

2. Spinnrotor nach Anspruch I₁. dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer zylindrischen Stahlstange hergestellt ist»

3. Spinnrotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er lediglich in dem Bereich maximalen Durchmessers der Höhlung gehärtet ist.

4« Spinnrotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er einer Wärmebehandlung in Form einer induktiven Erwärmung unterworfen worden ist.

5. Spinnrotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen innen liegende Umdrehungsflache durch eine obere_f im wesentlichen kegelstumpfförmige und eine untere,im wesentlichen ebenfalls kegelstumpfförmige Wand gebildet ist, wobei die von der oberen und der unteren Wand gebildeten Flächen im Bereiche des maximalen Durchmessers der Höhlung zusammenlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Wand (3)und ein anschließender Bereich der unteren Wand (6) gehärtet sind.

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6. Spinnrotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bereich maximalen Durchmessers eine V-förmige, ringsumlaufende Fasersammeinut (7} ausgebildet ist.

7. Spinnrotor nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet, daß die Höhlung ein Basis- oder Unterteil (1O) aufweist und die innen liegende Oberfläche (5) der unteren Wand (6) eine schwache Krümmung aufweist, die sanft in das Basisoder Unterteil (10) übergeht.

8. Spinnrotor nach Anspruch 5, bei dem von der unteren Wand ein mit einer Bohrung zur Aufnahme einer den Spinnrotor halternden Welle versehener Fortsatz vorragt, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (11} mit einer ringförmigen Ausnehmung (13) versehen ist.

9. Verfahren zur Hersteilung eines Spinnrotors,für eine Offen-End-Spinnmaschine, mit einer innen liegenden Uradrehungsflache, durch die eine Höhlung mit einem Bereich maximalen Durchmessers begrenzt ist, der zur Sammlung der Fasern dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Spinnrotor aus Stahl geformt und anschließend einer Wärmebehandlung unterworfen wird und daß daraufhin der Spinnrotor unter Aushärtung des Stahls abgekühlt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spinnrotor durch spanabhebende Bearbeitung aus einer zylindrischen Stahlstange geformt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Wärmebehandlung des Spinnrotors die Wärmeeinwirkung lediglich örtlich begrenzt erfolgt, derart, daß

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lediglich ein Teil des Spinnrotors in dem Bereich maximalen Durchmessers der Höhlung betroffen ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Spinnrotor bei der Wärmebehandlung induktiv erwärmt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend an die induktive Erwärmung des Spinnrotors der Spinnrotor unter Abkühlung in einer Flüssigkeit abgeschreckt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend an das Abkühlen der Spinnrotor wieder auf eine für den Abbau der inneren Spannungen des Stahls ausreichende Temperatur erwärmt wird.

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