DE4119264A1 - Fadenabzugsduese fuer oe-spinnvorrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Fadenabzugsdüse für OE-Spinnvor­ richtungen, die eine als Umlenkführung für ein ersponnenes Garn dienende, im wesentlichen trichterförmige Kontaktfläche auf­ weist.

Bei OE-Rotorspinnmaschinen, beispielsweise bei der von der W. Schlafhorst AG & Co., Mönchengladbach, mit dem Handelsnamen "Autocoro" vertriebenen Rotorspinnmaschine, werden Fadenabzugs­ düsen verwendet, die aus einem Keramikmaterial auf Aluminium­ oxidbasis bestehen. Derartige Fadenabzugsdüsen aus Keramik halten die hohen Verschleißbeanspruchungen aus, die bei der­ artigen OE-Rotorspinnmaschinen auftreten, welche heute mit Drehzahlen der Spinnrotoren bis 130 000 min^-1 betrieben werden. Bei der Verarbeitung von Kunststoffasern, insbesondere Poly­ esterfasern oder Mischungen aus Naturfasern und Kunststoff­ fasern sind jedoch die Betriebsgeschwindigkeiten derartiger OE-Rotorspinnmaschinen begrenzt. Die OE-Rotorspinnmaschinen können nicht mit den möglichen hohen Drehzahlen betrieben werden, da auf Reibungswärme beruhende Oberhitzungsschäden an den Kunstfasern auftreten. Es ist deshalb üblich, die OE-Rotor­ spinnmaschinen, wenn Kunstfasern verarbeitet werden sollen, mit reduzierter Geschwindigkeit zu betreiben, d. h. nicht mit der maximal möglichen Rotordrehzahl. Dies stellt im Vergleich zu den theoretisch möglichen Rotordrehzahlen einen Produktions­ verlust dar, da die Produktion einer OE-Rotorspinnmaschine direkt proportional zu der Rotordrehzahl ist. Dieses Problem der Schädigungen von Kunstfasern oder Chemiefasern ist schon lange bekannt, ohne daß dafür eine befriedigende Lösung gefunden wurde. Es ist beispielsweise bekannt (DE 24 10 940 C3), auf einen in der Funktion mit einer Fadenabzugsdüse übereinstimmenden Fadenführungstrichter einen Kühlluftstrom zu richten. Dies hat jedoch nicht zu einer brauchbaren Lösung geführt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Voraussetzungen dafür zu schaffen, daß OE-Rotorspinnvorrichtungen mit erhöhter Geschwindigkeit und insbesondere erhöhten Rotordrehzahlen laufen können und dabei auch Kunstfasern oder Chemiefasern ver­ spinnen zu können, ohne daß an diesen Beschädigungen auftreten.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß wenigstens die Kontakt­ fläche der Fadenabzugsdüse aus einem Material besteht, das in einem Temperaturbereich von etwa 50°C bis etwa 100°C eine Wärmeleitzahl von wenigstens 80 W/mK besitzt.

Eine Schädigung der Fasern kann nur dann vermieden werden, wenn die entstehende Reibungswärme zwischen den Fasern und der Kontaktfläche der Fadenabzugsdüse nicht zu einer unzulässig hohen Temperatur der Fasern führt. Dabei liegt der Erfindung die Überlegung zugrunde, daß die Entstehung der Reibungswärme selbst, die von dem Reibwert, der Normalkraft zwischen Garn und Kontaktfläche der Abzugsdüse und der Gleitgeschwindigkeit ab­ hängig ist, sich aus spinntechnologischen Gründen nicht wesentlich verringern läßt. Es wird deshalb vorgesehen, daß die Fadenabzugsdüse in der Lage ist, die Reibungswärme in einem ausreichenden Maß und auch möglichst schnell abzuführen, so daß der nicht abgeführte Teil der Reibungswärme nicht zu einem Übersteigen einer kritischen Temperatur für die Fasern und damit zu einer örtlichen Überhitzung dieser Fasern führt. Dabei geht die Erfindung auch von der Erkenntnis aus, daß nicht die Abzugsgeschwindigkeit des Fadens wesentliche Ursache für die bisherigen Faserschäden ist, sondern vielmehr die Tatsache, daß das ersponnene Garn mit annähernd der Rotordrehzahl kurbelartig mit umläuft und dabei im wesentlichen auf der Kontaktfläche der Fadenabzugsdüse gleitet. Die Kontaktstelle des Fadens auf der Kontaktfläche ändert sich somit ständig, so daß an dieser je­ weils eine wirksame Abfuhr von Reibungswärme möglich ist.

Diese erfindungsgemäße Lösung unterscheidet sich deutlich von der bekannten Lösung (DE 24 10 940 C3), nämlich den mit einer Fadenabzugsdüse vergleichbaren Fadenführungstrichter mittels einer Luftströmung zu kühlen. Eine derartige Luftkühlung kann die lokale Oberhitzung der Fasern infolge der entstehenden Reibungswärme nicht verhindern, da sie nicht an der Stelle wirksam ist, an welcher die Reibungswärme entsteht, nämlich zwischen der Kontaktfläche und den betreffenden Fasern. Die Kühlung einer derartigen Luftströmung kommt somit immer zu spät, da sie erst dann wirksam wird, nachdem die Reibungswärme bereits die erhöhte Temperatur in den Fasern verursacht hatte. Die dadurch aufgetretenen Schädigungen können nicht mehr rück­ gängig gemacht werden.

Versuche bei der Anmelderin haben gezeigt, daß es beispiels­ weise mit Fadenabzugsdüsen aus Kupfer, das eine sehr hohe Wärmeleitzahl hat, möglich ist, die Rotordrehzahlen und damit die Spinngeschwindigkeit um wenigstens 20% gegenüber den bis­ her möglichen Rotordrehzahlen zu erhöhen, ohne daß Schädigungen an den Fasern auftreten.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist für die Fadenab­ zugsdüse ein Grundkörper vorgesehen, der wenigsten im Bereich der Kontaktfläche mit dem Material beschichtet ist. Da jeweils nur eine kurzzeitige, jedoch schnelle Wärmeabfuhr notwendig ist, ist zu erwarten, daß auch eine relativ dünne Beschichtung von weniger als 0,5 mm ausreichen wird, um den gewünschten Effekt zu erhalten.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß die Kontaktfläche eine Härte von wenigstens 20 HV_5N besitzt. Damit wird sichergestellt, daß eine ausreichend hohe Ver­ schleißfestigkeit gegeben ist, so daß eine derartige Faden­ abzugsdüse auch eine ausreichende Lebensdauer besitzt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß das Material Titandiborid ist. Dieses Material hat die beiden vor allem gewünschten Eigenschaften, nämlich eine hohe Wärme­ leitzahl in einem Temperaturbereich von etwa 50° bis etwa 100°C, während es außerdem eine hohe Härte besitzt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsformen und der Unteransprüche.

Fig. 1 zeigt einen Teilschnitt einer OE-Spinnvorrichtung im Bereich eines Spinnrotors und einer Fadenabzugs­ düse,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine abgewandelte Ausführung einer Fadenabzugsdüse und

Fig. 3 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles III auf die Abzugsdüse der Fig. 2 oder auch der Fig. 1.

Die in Fig. 1 nur teilweise dargestellte OE-Spinnvorrichtung enthält einen Spinnrotor (1), der in bekannter Weise aus einem Rotorteller (2) und einem mit diesem Rotorteller (2) drehfest verbundenen Schaft (3) besteht. Der Schaft (3) ist in nicht näher dargestellter Weise gelagert und zu hohen Rotordrehzahlen angetrieben. Diese Drehzahlen erreichen heute 130 000 min^-1. Der Rotorteller (2) ist in einem Rotorgehäuse (4) angeordnet, das eine den Rotorteller (2) umgebende Unterdruckkammer (5) bildet, die über eine Unterdruckleitung (6) mit einer nicht dargestellten Unterdruckquelle verbunden ist. Auf der dem Schaft (3) abgewandten, offenen Seite des Rotortellers (2) ist das Rotorgehäuse (4) mit einer öffnung versehen, die größer als der Außendurchmesser des Rotortellers (2) ist, so daß dieser nach vorne, zur Bedienungsseite hin aus dem Rotorgehäuse (4) herausgezogen werden kann.

Im Betriebszustand ist die Öffnung (7) des Rotorgehäuses (4) mittels einer Abdeckung (8) verschlossen, die sich unter Zwischenfügen einer Dichtung (25) an das Rotorgehäuse (4) anlegt. Die Abdeckung (8) ist mit einem Ansatz (9) versehen, der in die offene Vorderseite (11) des Rotortellers (2) hinein­ ragt und dabei einen Spalt (10) beläßt, über welchen die Fasern in den Rotorteller (2) transportierende Luft abströmen kann. In der Abdeckung (8) ist ein Faserzuführkanal (14) vorgesehen, der in dem Ansatz (9) innerhalb des Rotortellers (2) mündet. Der Faserzuführkanal (14) beginnt an einer nicht dargestellten Auf­ lösewalze, die ein zugeführtes Fasermaterial zu Einzelfasern vereinzelt. Über die Unterdruckleitung (6) wird in den Faser­ zuführkanal (14) ein Transportluftstrom erzeugt, der über den Spalt (10) abströmt. Die mittransportierten Fasern gelangen dagegen auf eine Rutschwand (12) des Rotortellers (2), die sich konisch zu einer Fasersammelrille (13) aufweitet. Die Fasern gleiten auf der Rutschwand (12) zur Fasersammelrille (13).

Die in der Fasersammelrille gesammelten Fasern werden während des normalen Spinnbetriebs als ein strichpunktiert dargestell­ ter, ersponnener Fasern aus der Fasersammelrille abgezogen. Dabei wird der ersponnene Faden (16) zunächst im wesentlichen in der Radialebene der Fasersammelrille abgezogen und dann über eine Fadenabzugsdüse (17) in axialer Richtung umgelenkt, d. h. koaxial zu dem Rotorteller. Der Faden (16) läuft dann über eine mit Falschdrallrippen (24) versehene Drallstoppeinrichtung (23), in deren Bereich er in Pfeilrichtung (A) abgelenkt wird, wonach er auf eine nicht dargestellte Abzugseinrichtung zu­ läuft. Auf die Abzugseinrichtung folgt eine nicht dargestellte Aufwickeleinrichtung, mit welcher der ersponnene Faden zu einer Spule gewickelt wird. Die Fadenabzugsdüse (19) weist einen im Bereich der Sammelrille (13) beginnenden trichterförmigen Ein­ lauf (19) auf, der eine gewölbte Kontaktfläche (20) aufweist, die in einen koaxial zu dem Rotorschaft (3) verlaufenden Ab­ schnitt (15) übergeht, der in Richtung zu dem Drallstoppelement (23) sich leicht kegelstumpfförmig aufweitet. Die Fadenabzugs­ düse (17) ist mit einem Außengewinde versehen, mittels dessen sie in eine Gewindebohrung (18) der Abdeckung (8) eingeschraubt ist.

Während des Spinnbetriebs läuft das sich von der Kontaktfläche (20) zu der Fasersammelrille des Rotortellers (2) erstreckende Stück des ersponnenen Fadens (16) kurbelartig um. Die Umlauf­ bewegung ist um die Fadenabzugsgeschwindigkeit gegenüber der Umfangsgeschwindigkeit der Faserabzugsrille (13) geringer. Dieses kurbelartig umlaufende Fadenstück führt dazu, daß der Faden (16) überwiegend auf der Kontaktfläche gleitet, wobei allerdings ein geringer Falschdrall eingeleitet wird, der dem durch das Drehen des Rotortellers erzeugten Echtdrall über­ lagert wird. Diese in Umfangsrichtung erfolgende Gleitbewegung des Fadens (16) auf der Kontaktfläche (20) der Fadenabzugsdüse (17) ist Hauptursache für das Entstehen einer Reibungswärme. Die dagegen wesentlich geringere Fadenabzugsgeschwindigkeit spielt nur eine untergeordnete Rolle bei dem Entstehen der Reibungswärme. Diese Reibungswärme führte bisher bei sehr hohen Rotordrehzahlen dazu, daß Chemiefasern, beispielsweise Polyesterfasern, mechanisch und/oder thermisch infolge von lokalen Überhitzungen geschädigt wurden. Um diese Schädigungen trotz hoher Rotordrehzahlen zu vermeiden oder wenigstens zu verringern und damit höhere Rotordrehzahlen als bisher zuzu­ lassen, ist die Fadenabzugsdüse (17) aus einem Material her­ gestellt, das einerseits eine hohe Verschleißfestigkeit auf­ weist und andererseits eine hohe Wärmeleitzahl aufweist, d. h. in einem Temperaturbereich von etwa 50°C bis etwa 100°C eine Wärmeleitzahl von wenigstens 80 W/mK (Watt pro Meter Kelvin). Diese hohe Wärmeleitzahl bestimmt im wesentlichen die Wärme­ eindringzahl die die Quadratwurzel aus Dichte, Wärmeleitzahl und spezifischer Wärme ist. Diese hohe Wärmeleitzahl, die eine entsprechend hohe Wärmeeinddringzahl bedingt, führt dazu, daß ein wesentlicher Teil der entstehenden Reibungswärme sofort mittels der Faserabzugsdüse (17) an der Entstehungsstelle abgeführt wird, so daß diese Reibungswärme nicht dazu führt, daß die Chemiefasern oder Kunststoffasern auf unzulässig hohe Temperaturen aufgeheizt werden. Da die Reibungswärme jeweils nur örtlich begrenzt an der Stelle erzeugt wird,1 an der sich der Faden (16) gerade während des kurbelförmigen Umlaufs befindet, wird insgesamt die Fadenabzugsdüse nicht auf allzu hohe Werte aufgeheizt. Üblicherweise nimmt die Fadenabzugsdüse (17) Werte von 50°C bis 100°C an. Da die Fadenabzugsdüse (17) sich in der metallischen Abdeckung (8) befindet, wird die Wärme weiter abgeleitet.

Um eine ausreichend hohe Lebensdauer zu gewährleisten, muß die Kontaktfläche (20) der Fadenabzugsdüse (17) auch eine aus­ reichend hohe Härte aufweisen, d. h. eine Härte von wenigstens 20 VH_5N (Vickers-Härte bei 5 N Belastung). Es wurde gefunden, daß ein Werkstoff mit einer geeigneten Wärmeleitzahl und einer geeigneten Härte in Titandiborid zur Verfügung steht, das eine Wärmeleitzahl von 210 W/mK und eine Härte von 28 VH_5N aufweist. Dieses Titanborid ist in Pulverform herstellbar und kann als Keramikmaterial verarbeitet werden.

Während bei der Ausführungsform nach Fig. 1 die gesamte Faden­ abzugsdüse (17) aus einem geeigneten Material hergestellt ist, ist die Fadenabzugsdüse (217) nach Fig. 2 nur im Bereich der Kontaktfläche (220) des Einlauftrichters (219) mit einer ge­ strichelt dargestellten Beschichtung (221) aus diesem eine hohe Wärmeleitzahl und eine hohe Härte aufweisenden Material ver­ sehen. In diesem Fall kann beispielsweise Titandiborid als eine Plasmabeschichtung aufgebracht werden. Da die Reibungswärme jeweils nur lokal und auch nur kurzzeitig auftritt, ist zu erwarten, daß eine relativ dünne Beschichtung (221) von 0,5 mm und weniger ausreicht. Zweckmäßigerweise wird diese Beschich­ tung auf einen Grundkörper aus Metall aufgebracht, so daß ins­ gesamt die entstehende Wärme weitergeleitet werden kann. Hierbei kann insbesondere Kupfer verwendet werden, das eine höhere Wärmeleitzahl, nämlich 384 W/mK, als das Beschichtungs­ material Titandiborid aufweist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist ferner vorgesehen, daß im Bereich des Einlauftrichters (219) die Kontaktfläche (320) mit Rillen oder Kerben (322) versehen ist, wie dies durch den Stand der Technik bekannt ist. Diese Kerben (322) oder Rillen, die sich bis in den Bereich des axialen Kanals (315) er­ strecken, erhöhen in bekannter Weise die Spinnstabilität. Selbstverständlich können entsprechende Kerben auch bei der Ausführungsform nach Fig. 1 vorgesehen werden.

Claims (8)

1. Fadenabzugsdüse für OE-Spinnvorrichtungen, die eine als Umlenkführung für ein ersponnenes Garn dienende, im wesent­ lichen trichterförmige Kontaktfläche aufweist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens die Kontaktfläche (20, 220, 320) aus einem Material besteht, das in einem Temperaturbereich von etwa 50°C bis etwa 100°C eine Wärmeleitzahl von wenigstens 80 W/mK besitzt.

2. Fadenabzugsdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Grundkörper vorgesehen ist, der wenigstens im Bereich der Kontaktfläche (220, 320) mit dem Material beschich­ tet ist.

3. Fadenabzugsdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß ein metallischer Grundkörper vorgesehen ist, dessen Wärmeleitzahl im Temperaturbereich von etwa 50°C bis etwa 100°C vorzugsweise größer als die des als Beschichtung (221) auf­ gebrachten Materials ist.

4. Fadenabzugsdüse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Grundkörper aus Kupfer oder einer Kupfer­ legierung besteht.

5. Fadenabzugsdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die gesamte Fadenabzugsdüse (17) aus dem Material her­ gestellt ist.

6. Fadenabzugsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche (20, 220, 320) eine Härte von wenigstens 20 HV_5N besitzt.

7. Fadenabzugsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Material Titandiborid ist.

8. Fadenabzugsdüse nach einem der Ansprüche 2 bis 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Material als eine Plasma­ beschichtung (221) auf den Grundkörper aufgebracht ist.