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Friktionsfalschdraller
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Die Erfindung betrifft den Friktionsfalschdraller, der Gegenstand
des europäischen Patentes 22 743 ist. Dieser Friktionsfalschdraller besteht aus
zwei gegensinnig rotierenden Scheiben, die sich mit ihren Stirnflächen bei teilweiser
Uberlappung gegenüberliegen, wobei eine Scheibe flexibel ausgebildet ist und durch
eine auf ihrer Rückseite einwirkende Andrückeinrichtung gegen den Reibbelag der
anderen starr ausgebildeten Scheibe gedrückt wird.
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Dieser Friktionsfalschdraller erlaubt die Falschdralltexturierung
von synthetischen Fäden bei Fadengeschwindigkeiten von mehr als 800 m/min und höchsten
Qualitätsanforderungen, da das Verhältnis von Zwirnwirkung, Förderwirkung und Friktionskräften
in weiten Bereichen einstellbar, aufeinander abstimmbar und optimierbar ist.
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Ein Problem hat sich daraus ergeben, daß die flexible Scheibe mit
ihrem äußeren Rand, auf den die Andrückeinrichtung einwirkt, aus ihrer normalen
Rotationsebene örtlich ausgelenkt wird. Es ist ersichtlich, daß die Stärke dieser
Auslenkung davon abhängt, mit welchem axialen Abstand die beiden Reibflächen, d.h.
die starre Scheibe einerseits und die flexible Scheibe andererseits im "Leerlauf",
d.h. ohne Einwirkung der Andrückeinrichtung montiert sind. Zur Vermeidung einer
zu starken Verwerfung der flexiblen Scheibe, die bei Rotation zu Beunruhigungen
führt, ist bisher schon der Leerlaufspalt möglichst gering eingestellt worden. Dabei
ging man auf der anderen Seite jedoch davon aus, daß ein Leerlaufspalt vorhanden
sein müsse, damit bei Fadenbruch die beiden Reibflächen nicht unter Friktion aufeinander
laufen.
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Trotz dieses geringen Spaltes zeigte sich jedoch bei kritischen Einsatzfällen,
daß zur Erzielung eines ruhigen Laufes der flexiblen Scheibe und eines gleichmäßigen
Texturierergebnisses eine genaue örtliche Einjustierung der Andrückeinrichtung erforderlich
ist und sich auch die Stärke der Anpreßkraft unter solchen Umständen dem Erfordernis
eines ruhigen Laufs anzupassen hat und nicht nur auf die Optimierung der Zwirngebung
ausgerichtet werden kann.
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Die Erfindung bewirkt eine Verbesserung der Laufruhe und damit eine
Verminderung der Empfindlichkeit des Friktionsfalschdrallers hinsichtlich örtlicher
Justierung der Andrückeinrichtung und Stärke der Andrückkraft, indem die Scheiben
derart im Betrieb gelagert werden, daß die Reibflächen beider Scheiben im Leerlauf,
d.h. bei nicht einwirkender Andrückeinrichtung, ohne Spalt aufeinander liegen bzw.
bei federelastischer, flexibler Scheibe sogar mit Vorspannung aufeinander liegen.
Das wird dadurch möglich, daß die beiden Scheiben ringförmige Reibbeläge (Reibringe)
haben, die auf die ebenen Scheiben aufgebracht sind. Jede Scheibe hat also die Gestalt
eines flachen Topfes. Die Lagerung erfolgt sodann so, daß die Reibringe sich aufeinander
abstützen.
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Vor dieser Ausführung ist man bisher zurückgeschreckt, da der Faden
hierdurch beim Einlauf in den überlappungsbereich der Reibringe, wo die Andrückeinrichtung
angeordnet ist, seinen eigentlichen Falschdrall erhält, beim Auslauf aus dem Überlappungsbereich
aber noch einmal gegensinnig gezwirnt wird. Es hat sich indes herausgestellt, daß
diese zusätzliche gegensinnige Zwirnung durchaus vorteilhaft ist, insbesondere bei
hohen Laufgeschwindigkeiten. Diese zusätzliche Zwirnung führt zu einer gleichmäßigen
Auflösung des für die Texturierung eingebrachten Falschdralls. Ferner stand der
erfindungsgemäßen Lösung bisher hindernd die Vorstellung
entgegen,
daß bei Fadenbruch selbst bei Ausschalten der Andrückeinrichtung die Reibringe weiter
gleitend aufeinander liegen und hierbei infolge ihrer schnellen Rotation zu starkem
Verschleiß führen. Es hat sich indes gezeigt, daß gerade durch die vorgespannte
Anlage der Reibringe sich zwischen den Reibringen ein aerodynamisches Luftpolster
bildet, das den Verschleiß und insbesondere das befürchtete Verbrennen der Reibringe
verhindert.
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Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeichnet
sich dadurch aus, daß zum einen sichergestellt ist, daß durch die Andrückung des
Reibringes von seiner Rückseite her keine Verwerfungen in dem Reibring entstehen.
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Weiterhin ist dafür Sorge zu tragen, daß der Reibring bei Andrückung
von seiner Rückseite her mit im wesentlichen konstanter Pressung auf der Fadenlinie
liegt, so daß die geschilderten örtlichen Überbeanspruchungen des Fadens vermieden
werden. Schließlich wird gewährleistet, daß der Reibring radial gleichmäßig verschließt
und daß sich auch bei Verschleiß die Anlagekräfte und insbesondere die Pressung
längs der Fadenlinie nicht bzw. nicht mit negativer Auswirkung auf das Texturierergebnis
ändert. In dieser Ausgestaltung der Erfindung besteht die flexible Scheibe aus einer
Nabe und einem Reibring, die durch eine biegeweiche Verein dung zur Übertragung
des erforderlichen Drehmoments verbunden ist. Insoweit ist die Scheibe durch die
DE-PS 31 47 966 (= Bag. 1266 B) bekannt. Besonders vorteilhaft sind die Ausgestaltungen
der bekannten Scheibe, bei der die biegeweiche Verbindung durch in Umfangsrichtung
gerichtete Speichen gebildet werden. Diese bekannte Scheibe ist nun so geformt,
daß sowohl die Nabe als auch der Reibring - sofern keine Kräfte auf die Scheibe
einwirken - in Normalebenen liegen, die einen Abstand voneinander haben. Dabei ist
besonderer Wert darauf gelegt, daß der Reibring so geformt ist, daß er genau plan
ist und parallel zur Normalebene der Nabe liegt.
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Das bedeutet, daß die Verbindung zwischen Nabe und Reibring, insbesondere
also die in Umfangsrichtung weisenden Speichen derart an Nabe und Reibring angeformt
sind, daß sie in einer schwach kegelmantelförmigen oder kalottenförmigen oder kugelkalottenförmigen
Fläche liegen. Durch die biegeweiche Verbindung zwischen Nabe und Reibring wird
erreicht, daß der Reibring durch Andruck eine Parallelverschiebung ausführen kann,
wie es bereits in der erwähnten DE-PS geschildert ist.
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Dies ist insbesondere dann möglich, wenn in Umfangsrichtung weisende
Speichen verwandt werden, die zwar zur Übertragung des Drehmoments von der Nabe
auf den Reibring geeignet sind, die jedoch zwischen Nabe und Reibring keine nennenswerten
Biegekräfte übertragen können.
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Der Abstand zwischen den Normalebenen des Reibringes einerseits und
der Nabe andererseits sollte zweckmäßiger Weise nicht mehr als 2 mm betragen und
beträgt in einem ausgeführten Beispiel 1 mm. Die derart geformte Scheibe wird nun
so montiert, daß sie ohne eingelegten Faden die Gegenfläche - z. B. starre Scheibe
- berührt und geringfügig aus ihrer Normalebene in Richtung auf die Normalebene
der Nabe ausgelenkt wird. Diese Auslenkung ist geringer als der ohne Belastung gemessene
Abstand der beiden Normalebenen und beträgt vorzugsweise nicht mehr als die Hälfte
dieses unbelasteten Abstandes. Durch die Biegeweichheit der Verbindung, insbesondere
der in Umfangsrichtung weisenden Speichen wird gewährleistet, daß der Reibring mit
sehr geringer Vorspannkraft an der Gegenfläche - z. B. starren Scheibe - anliegt.
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Man sollte derarige Verbindungen so biegeweich machen, daß zur Auslenkung
des Reibrings eine Federsteifigkeit von max.
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50 cN/mm erforderlich ist. Das ausgeführte Beispiel hatte eine Federsteifigkeit
von 25 cN/mm was bei einer Auslenkung von 0,3 mm eine Anlagekraft von 8,3 cN ergab.
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Erfindungsgemäß können die Lagerungen der Scheiben relativ zueinander
axial eingestellt werden, wodurch das Ausmaß der Anlage und Anlagekraft der Reibringe
im Leerlauf eingestellt werden können.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel bei der Erfindung anhand
der Figuren 1 bis 5 beschrieben.
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Fig. 1 und 3 sind Radialschnitte, bei denen jede Friktionsscheibe
in einer durch den Fadeneingriffsbereich und die jeweilige Rotationsachse gehende
Axialebene geschnitten ist. Fig. 1 zeigt den Betrieb mit laufendem Faden. Fig. 3
den Leerlauf.
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Fig. 2 ist eine schematische Ansicht der Friktionsscheiben mit dem
laufenden Faden.
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Der Faden ist mit 1 bezeichnet. Die flexible Scheibe 2 ist mit der
Welle 3 drehfest verbunden. Sie wird durch Riemenscheibe 4 mittels Treibriemen 5
angetrieben. Die flexible Scheibe weist außen einen Reibring 6 auf. Auf den Reibring
wirkt von der Rückseite her eine Andrückeinrichtung 7, die aus einem Stempel 8 und
einem hier als Feder 9 ausgebildeten Kraftgeber besteht. Es kommen auch pneumatische
oder magnetische Kraftgeber in Betracht. Die starre Scheibe 10 ist mit der Welle
11 drehfest verbunden und durch Riemenscheibe 12 und Treibriemen 13 angetrieben.
Auf der starren Scheibe 10 liegt eine flexible Scheibe 14, die in ihrer Beschaffenheit
identisch der anderen flexiblen Scheibe 2 ist. Hierdurch wird erreicht, daß von
beiden Seiten identische Reibverhältnisse auf den Faden ausgeübt werden.
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Die Wellen 3 und 11 mit ihren Lagerungen 16 und 17 sind so montiert,
daß die Normalebenen der Naben 18, 19 eng beieinander liegen oder sogar mit negativem
Spalt - d. h. die Normalebene der Nabe 18 liegt links von der Normalebene der
Nabe
19 - beieinander liegen. Dadurch liegen - wie in Fig. 3 dargestellt - die Reibringe
6 und 15 im Leerlauf, d, h. bei nicht in Funktion befindlicher Andrückeinrichtung,
ohne Spalt und infolge der Federelastizität der flexiblen Scheibe 2 sogar mit Vorspannung
aufeinander, was dazu führt, daß zwischen den Flächen der Reibringe 6, 15 ein geringer
klaffender Spalt entsteht, der allerdings zum Aufbau eines dynamischen Luftpolsters
sehr wesentlich beiträgt.
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Im Betrieb, d. h. bei laufendem Faden und betätigter Andrückeinrichtung,
wird dieser Spalt durch die Andrückeinrichtung geschlossen, so daß die Reibflächen
der Reibringe 6, 15 gleichmäßig am Faden anliegen. Die Gefahr der Verwerfung, die
bei der bislang geübten Einstellung eines positiven "Leerlaufspaltes" auftrat, ist
dadurch vermieden, daß eine Auslenkung der flexiblen Scheibe aus ihrer Rotationsebene
auch bei Betrieb der Andrückeinrichtung nicht mehr stattfindet. Ferner wird die
flexible Scheibe auch im Bereich des Fadenauslaufs noch einmal unterstützt, was
zur Stabilität ihres Betriebsverhaltens beiträgt.
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Der Faden erhält durch die reibende Anlage der Reibringe 6, 15 im
Drallbereich 20 seinen Falschdrall, der sich hinter dem Drallbereich 20 auflöst.
Im Auslaufbereich 21 wird der Faden noch einmal schwach in entgegengesetzter Richtung
falschgezwirnt, wodurch bewirkt wird, daß der Schluß zwischen den Einzelfilamenten,
der durch den ursprünglichen Falschdrall hergestellt worden ist, nunmehr sicher
aufgelöst wird, so daß der Faden den Auslaufbereich 21 in ebenmäßig gekräuselter
Form verläßt.
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Nicht dargestellt ist, daß die Lagerung einer Scheibe in Achsrichtung
zur Einstellung des negativen Leerlaufspaltes und seiner Größe verstellt werden
kann.
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In Fig. 4 ist eine zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Friktionsfalschdraller
geeignete biegeweiche Scheibe dargestellt. Eine biegeweiche Verbindung 22 wird gebildet
durch Stege1 die sich mit einer gewissen Länge, die vorzugsweise größer als ihre
Breitseite ist, zwischen Nabe 18 und Reibring 6 erstrecken. Diese Stege sind in
einer bevorzugten Ausführung tangential oder sekantial zur Nabe ausgerichtet (Sektion
III), Eine alternative Ausführung sieht haken-förmige Stege vor (Sektion II). Bei
der hakenförmigen Ausbildung besteht jeder Steg aus zwei im wesentlichen radialen
Enden 29, 30 die mit Nabe 18 einerseits und dem Reibring 6 andererseits verbunden
sind und einem dazwischenliegenden, im wesentlichen zur Nabe konzentrischen Stück
27. Gerade diese hakenförmige Verbindung ist sehr biegewieich, jedoch drehmomentfest.
Durch Dimensionierung der Stege, insbesondere durch Dimensionierung der Länge der
in Umfangsrichtung weisenden Stücke läßt sich die Weichheit beeinflussen. Die in
der Sektion I gezeigten Stege stellen eine Alternative dar, bei der die Stege in
S-Richtung ausgebildet sind. Es sei ausdrücklich erwähnt, daß auch andere in der
zuvor genannten DE-OS angegebenen Stegformem mit in Umfangsrichtung weisenden Stegbereichen
gewählt werden können.
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Fig. 5 zeigt schematisch und übertrieben die Ausformung einer derartigen
Scheibe im Querschnitt. Die untere Bildhälfte von Fig. 5 zeigt dabei die biegeweiche
Scheibe in ihrem unbelasteten Zustand. Die Nabe 18 der biegeweichen Scheibe liegt
in einer Normalebene N 1. Der Reibring 6 liegt planparallel hierzu in der Normalebene
N II. Im unbelasteten Zustand besteht zwischen diesen beiden Normalebenen N I und
N II ein Abstand A, der erfindungsgemäß nur weniger als 5 mm Deträg. In einem Ausführungbeispiel
ist A = 1 mm. In der oberen Bildhälfte ist dargestellt, daß zum Betrieb die erste
starre Scheibe 10 und die biegeweiche Scheibe 2 so gelagert werden, daß der Reibring
6 der biegeweichen Scheibe mit Vor-
spannung am Reibring 15 der
starren Scheibe anliegt. Der Reibring 6 der biegeweichen Scheibe wird also um einen
Betrag V, der die Vorspannkraft bestimmt, aus seiner Normalebene N II ausgelenkt.
Diese Auslenkung V ist kleiner und vorzugsweise auch kleiner als die Hälfte des
Abstandes A. In dem erwähnten Ausführungsbeispiel betrug diese Auslenkung 0,3 mm.
Dadurch wurde eine Vorspannkraft von insgesamt 8,3 cN zwischen den Reibringen 15
und 6 aufgebracht.
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In Versuchen hat sich in bemerkenswerter Weise gezeigt, daß die Anpreßkraft
der Andrückeinrichtung 7, die durch die Feder 9 oder pneumatisch oder mittels sonstiger
Kraftgeber ausgeübt wird, von 190 cN um ca. 1/3 auf 140 cN vermindert werden konnte,
wenn bei einer Fadengeschwindigkeit von 1000 m/min, 4200 Umdrehungen pro Minute
in einen Faden von 78 dtex eingebracht werden sollte.
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BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG 1 Faden 2 flexible Scheibe 3 Welle 4 Riemenscheibe
5 Treibriemen 6 Reibring 7 Andrückeinrichtung 8 Stempel 9 Kraftgeber, Feder 10 starre
Scheibe 11 Welle 12 Riemenscheibe 13 Treibriemen 14 flexible Scheibe 15 Reibring
16 Lagerung 17 Lagerung 18 Nabe 19 Nabe 20 Falschdrallbereich, Einlaufbereich, Friktionsbereich
21 Auslaufbereich, Friktionsbereich 22 biegeweiche Verbindung 23 24 25 26 27 Zunge,
Stück 28 29 Steg, Ende
30 Steg, Ende 31 32 33 34 Steg, S-förmig
35 Steg, sekantial und tangential 36 Steg, doppelhakenförmig 37 ringförmig geschlossener
Bereich 38 radialer Einschnitt 39 radialer Einschnitt
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