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Dokumentenidentifikation DE102005050068A1 26.04.2007
Titel Friktionsscheibe
Anmelder Saurer GmbH & Co. KG, 41069 Mönchengladbach, DE
Erfinder Blaurock, Frank, 45549 Sprockhövel, DE
DE-Anmeldedatum 19.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005050068
Offenlegungstag 26.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.04.2007
IPC-Hauptklasse D02G 1/08(2006.01)A, F, I, 20051019, B, H, DE
IPC-Nebenklasse D02G 1/04(2006.01)A, L, I, 20051019, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Friktionsscheibe für den Einsatz in einer Falschdrallvorrichtung zur Falschdrallerzeugung an einem laufenden multifilen Faden. Die Friktionsscheibe weist zur Drallgebung an dem Faden einen zumindest im Umfangsbereich angeordnetes Friktionsmaterial auf, welches aus einem Verbund zwischen einem Grundwerkstoff und zumindest einem Beigabestoff besteht. Um im wesentlichen die zur Drallgebung gewünschten Oberflächeneigenschaften bei gleichzeitiger Verbesserung der Lebensdauer zu erhalten, ist erfindungsgemäß der Beigabestoff in Form von feinsten Partikel mit einer Größe von < 1 Mikrometer, vorzugsweise von < 500 Nanometern, dem Grundwerkstoff beigefügt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Friktionsscheibe für den Einsatz in einer Falschdrallvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Falschdrallvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.

Bei der Herstellung von gekräuselten synthetischen Fäden ist es bekannt, an den multifilen Fäden einen durch Friktion eingebrachten Falschdrall zu erzeugen, welcher in einer Texturierzone durch thermische Behandlung in den Filamenten des Fadens fixiert wird. Zur Erzeugung des Falschdralls haben sich insbesondere Falschdrallvorrichtungen bewährt, bei welchen der Faden an den Umfangsflächen sich rotierender und überlappender Friktionsscheiben geführt wird. Eine derartige Falschdrallvorrichtung ist beispielsweise aus der EP 0 943 022 B1 bekannt.

Die dabei verwendeten Friktionsscheiben werden im wesentlicher konstanter Umfangsgeschwindigkeit angetrieben, wobei an ihren Umfangsflächen der Faden in einem schrägen Lauf geführt wird. Die zwischen dem Faden und der Umfangsfläche der Friktionsscheibe wirkenden Reibmechanismen führen dazu, dass an dem Faden eine Querkraft zum Verdrallen des Fadens sowie eine Zugkraft zur Förderung des Fadens erzeugt wird. Die Verteilung der Kraftkomponenten ist dabei abhängig von dem Neigungswinkel, mit welchem der Faden die Umfangsfläche der Friktionsscheibe passiert. Insbesondere bei der Erzeugung der den Falschdrall bestimmenden Querkraft sind Schlupferscheinungen zwischen dem Faden und der Umfangsfläche der Friktionsscheibe nicht auszuschließen. Derartige Schlupferscheinungen verursachen Reibeffekte zwischen den einzelnen Filamenten des Fadens sowie der Umfangsfläche der Scheibe, so dass besondere Werkstoffanforderungen und Oberflächenanforderungen an der Friktionsscheibe gestellt werden. Je nach Fadentyp und Drallhöhe werden somit sowohl Friktionsscheiben mit einem harten Friktionsmaterial beispielsweise aus Keramik oder Metall als auch Friktionsscheiben mit einem nicht metallischen relativ weichen Friktionsmaterial verwendet. Die Friktionsscheiben mit hartem Friktionsmaterial zeichnen sich durch geringe Verschleißerscheinungen aus, jedoch mit dem Nachteil des sogenannten Glacing-Effektes. Hierbei wird die Oberflächenstruktur der Umfangsfläche zunehmend durch Zuschmieren der Rauigkeitstäler geglättet. Damit wird mit zunehmender Betriebszeit die Drallgebung verschlechtert.

Alternativ ist es jedoch auch bekannt, Friktionsscheiben mit relativ welchem Friktionsmaterialien wie beispielsweise Kunststoffen einzusetzen. Derartige Friktionsmaterialien ermöglichen aufgrund hoher Reibwerte eine besonders schonende Drallgebung an dem Faden, jedoch mit dem Nachteil einer höheren Verschleißerscheinung. Zur Optimierung sowie zur Veränderung der Oberflächenstrukturen insbesondere an weichen Friktionsmaterialien sind daher Friktionsscheiben bekannt, bei welchem die Eigenschaften eines Grundwerkstoffes durch den Zusatz eines Beigabestoffes verändert werden. In der DE 35 00 208 A1 ist beispielsweise vorgeschlagen, einem gummielastischem Material bei der Hierstellung eine feinpulverige Substanz beizumengen. Als Beispiel wurde ein Verbund aus dem Polyamidpulver und dem Grundwerkstoff Polyurethan gewählt. Damit lässt sich zwar insbesondere die chemische Beständigkeit und der damit einhergehende Verschleiß mindern, jedoch bleibt die aufgrund mechanischer Beanspruchung bedingte Verschleißerscheinung ungenügend verbessert. Höherwertige Verbundwerkstoffe wie beispielsweise ein Aramid gefülltes Polyurethan wie aus der DE 198 15 578 bekannt ist, lassen zwar eine höhere Abriebfestigkeit erwarten, jedoch sind derartige Verbundwerkstoffe sehr kostenintensiv. Desweiteren wurde beobachtet, dass die in einem Grundwerkstoff eingelagerten Teile des Beigabestoffes eine erhöhte Reibbeanspruchung an dem Faden verursachten, so dass zwar der Abrieb an der Friktionsscheibe verbessert wurde, jedoch mit dem Nachteil höhere Beanspruchungen an dem Faden.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung eine Friktionsscheibe der gattungsgemäßen Art für den Einsatz in einer Falschdrallvorrichtung zu schaffen, bei welcher die Oberflächenbeschaffenheit des Friktionsmaterials einerseits einen hohen Reibwert zur Drallübertragung an dem Faden ausweist und andererseits lange Lebensdauern gewährleistet.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Falschdrallvorrichtung zum Falschdralltexturieren multifiler Fäden bereitzustellen, mit welchem relativ hohe Falschdrallraten fadenschonend erzeugt werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Friktionsscheibe mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und durch eine Falschdrallvorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 8 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass bei dem Verbundmaterial die Oberflächenstruktur zwangsläufig durch Teile des Grundwerksstoffes sowie durch Teile des Beigabestoffes gebildet wird. Dabei kann insbesondere bei stark unterschiedlichen Beschaffenheiten der Werkstoffe Rauhigkeitsvorsprünge gebildet sein, die unvermeidlich einen härteren Eingriff an den Filamenten des Fadens bewirken. Insoweit wurde festgestellt, dass hervorstehende Partikel im Verhältnis zu dem Querschnitt eines Filamentes des Fadens ein Mindestmaß nicht überschreiten sollte, um fadenschonende Vorgänge zwischen den Reibpartnern der Friktionsscheibe und dem Faden zu erhalten. Der einem Grundwerkstoff beigegebene Beigabestoff zur Verbesserung der Eigenschaften liegt erfindungsgemäß in Form von feinsten Partikeln mit einer Größe von < 1 Mikrometer vorzugsweise mit einer Größe von < 500 Nanometer vor. Damit besitzen die Partikel des Beigabestoffes eine relativ kleine Einzelangriffsfläche gegenüber dem Faden, so dass im wesentlichen die Reibwerte des Grundwerkstoffes erhalten bleiben.

Die Weiterbildung der Erfindung, bei welcher die Partikel des Beigabestoffes eine mittlere Größe im Bereich von 10 Nanometer bis 300 Nanometer aufweisen, ermöglicht zudem spezielle aus der Nanotechnologie bekannte Oberflächeneffekte an den Friktionsscheiben zu realisieren. So kann damit vorteilhaft bei keramischen Friktionsmaterialien das vorzeitige Zuschmieren erheblich vermindert werden.

Die erfindungsgemäße Friktionsscheibe wird bevorzugt jedoch gemäß der Weiterbildung der Erfindung ausgeführt, bei welcher die Partikel des Beigabestoffes eine größere Härte gegenüber der Härte des Grundwerkstoffes aufweisen. Damit lassen sich beispielsweise in einem relativ weichen Grundwerkstoff eine Vielzahl von Stützstellen schaffen, die zu einer wesentlichen Verschleißminderung führen ohne dabei die hohen Reibwerte zu verschlechtern. Zudem bietet die geringe Partikelgröße des Beigabestoffes eine vorteilhafte Vernetzbarkeit und Einbettung in den Grundwerkstoff, so dass relativ hohe Konzentrationen des Beigabestoffes in dem Grundwerkstoff einbezogen werden können.

Die Partikel des Beigabestoffes können dabei den kompletten Grundwerkstoff oder zumindest in einer Randzone des Umfangsbereiches der Friktionsscheibe gleichmäßig verteilt eingebunden sein.

Im besonderen Maße ist die erfindungsgemäße Friktionsscheibe für Friktionsmaterialien geeignet, die als Grundwerkstoff ein Naturgummi oder ein Kunststoff und als Beigabestoff einen keramischen oder metallischen Werkstoff aufweisen.

Bei Verwendung von keramischen oder metallischen Werkstoffen als Beigabestoff lassen sich Gewichtsanteile im Bereich von 5 bis 80% in dem Grundwerkstoff realisieren.

Die erfindungsgemäße Falschdrallvorrichtung zeichnet sich durch einen hohen Wirkungsgrad hinsichtlich der pro Umdrehung erzeugten Drallerteilung aus. Dabei garantieren die Umfangsflächen der Friktionsscheiben eine besonders fadenschonende Verdrehung und Förderung.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Friktionsscheibe und der erfindungsgemäßen Falschdrallvorrichtung sind nachfolgend unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.

Es stellen dar:

1 schematisch eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Friktionsscheibe

2 schematisch eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Friktionsscheibe

3 schematisch eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Falschdrallvorrichtung

In 1 ist schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Friktionsscheibe in einer Querschnittsansicht gezeigt.

Die Friktionsscheibe 1 ist ringförmig ausgebildet und weist einen Außendurchmesser D auf. Die Friktionsscheibe 1 wird durch einen mittleren Buchsenträger 5 gebildet, der im Zentrum eine Aufnahmeöffnung 6 bildet. Am Umfang ist der Buchsenträger 5 U-förmig ausgebildet um einen den Buchsenträger 5 umschließendes Friktionsmaterial 2 zu halten. Das Friktionsmaterial 2 weist einen geformten Umfangsbereich 7 auf. Der Umfangsbereich 7 ist bevorzugt als Profilradius ausgebildet. Das Friktionsmaterial 2 am Umfang des Buchsenträger 5 wird durch ein Verbund aus einem Grundwerkstoff 3 und einem Beigabestoff 4 gebildet. Hierzu ist der Beigabestoff 4 in Form von feinsten Partikeln mit einer Größe von < 1 Mikrometer vorzugsweise von < 500 Nanometer gleichmäßig in dem Grundwerkstoff 3 verteilt eingebracht.

Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Friktionsscheibe könnte das Friktionsmaterial durch den Verbund aus einem Polyurethan und einem keramischen Werkstoff gebildet sein. Hierbei stellt der Kunststoff Polyurethan den Grundwerkstoff, in welchem der keramische Werkstoff als Beigabestoff in kleinsten Partikeln eingelagert ist. Durch die Anreicherung des Polyurethanwerkstoffes mit keramischen Nanopartikeln lassen sich vorteilhaft die Betriebseigenschaften des Polyurethanwerkstoffes erheblich verbessern, ohne dabei den Vorteil einer fadenschonenden Drallgebung zu verschlechtern. Insbesondere lässt sich damit das frühzeitige Aufquellen des Kunststoffes durch die in dem Faden mitgeführte Präparationsmitteln verhindern. Zudem bieten die keramischen Partikel eine hohe Anzahl von kleinen harten Stützstellen, die zu einer Verschleißminderung des relativ reichen Werkstoffes führen. Zudem kann die Formstabilität sowie die Oberflächenbeschaffenheit hinsichtlich ihrer Reibeigenschaften über hohe Betriebsstunden konstant gehalten werden. Insoweit stellt die erfindungsgemäße Friktionsscheibe einen hervorragenden Kompromiss zwischen Langlebigkeit und fadenschonender Bearbeitung dar.

In 2 ist eine weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Friktionsscheibe schematisch in der Querschnittsansicht dargestellt. Der Aufbau der Friktionsscheibe nach 2 ist im wesentlichen identisch zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, so dass an dieser Stelle nur die Unterschiede erläutert sind. Gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach 1 weist die erfindungsgemäße Friktionsscheibe 1 in 2 einen Verbund eines Grundwerkstoffes mit einem Beigabestoff nur im Umfangsbereich innerhalb einer Randzone 8 auf. Die Verbindung mit dem übrigen Friktionsmaterial 2 kann hierbei durch Diffusion, Beschichtung oder unmittelbar beim Spritzgießen erzeugt werden. Eine sogenannte Nanoaktivierung der Oberfläche des Friktionsmaterials 2 ist im Bereich in Schichten von 10 bis 2.000 Nanometer möglich. Hierbei weisen die Partikel des Beigabestoffes bevorzugt eine mittlere Größe im Bereich von 10 bis 300 Nanometer auf. Derartige Oberflächenveränderung lassen sich besonders vorteilhaft an keramischen Grundwerkstoffen vornehmen, um beispielsweise den Glacing-Effekt zu unterbinden. Somit könnte die in 2 dargestellte Ausführung der Friktionsscheibe als Friktionsmaterial 2 einen keramischen Werkstoff aufweisen, der an seiner Umfangsfläche 7 eine durch einen Nanobeschichtung mit einem Beigabestoff beispielsweise einem weiteren keramischen Stoff mit kleinsten Partikeln zu einem Verbundwerkstoff führen. Zudem ermöglicht die Nanotechnologie eine Vielzahl von Werkstoffkombinationen, durch welche Metalle, Kunststoffe, Keramiken oder Gummi als Friktionsmaterial nutzbar gemacht werden könnten.

Die erfindungsgemäße Friktionsscheibe ist für den Einsatz in einer Falschdrallvorrichtung konzipiert. Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Falschdrallvorrichtung ist in 3 schematisch in einer Ansicht dargestellt.

Die Falschdrallvorrichtung weist einen Lagerblock 9 auf. An dem Lagerblock 9 sind mehrere Wellen 10.1, 10.2 und 10.3 auskragend drehbar gehalten. Die Wellen 10.1, 10.2 und 10.3 sind mit ihrem Lagerende mit einem hier nicht dargestellten Antrieb gekoppelt. Ein derartiger Antrieb ist beispielsweise aus der EP 0 744 480 A1 bekannt. Insoweit wird an dieser Stelle auf den Inhalt der zitierten Druckschrift ausdrücklich Bezug genommen.

Die Wellen 10.1, 10.2 und 10.3 sind zu einem Dreieck angeordnet. An den Wellen 10.1, 10.2 und 10.3 sind mehrere Friktionsscheiben 12.1 bis 12.7 versetzt zueinander angeordnet. Im einzelnen weist die Welle 10.1 in Fadenlaufrichtung mit Abstand zueinander eine Einlaufscheibe 11 und zwei Friktionsscheiben 12.3 und 12.6 auf Die zweite Welle 10.2 besitzt eine unmittelbar unterhalb der Einlaufscheibe 11 angeordnet erste Friktionsscheibe 12.1 sowie die weiteren in Abstand folgenden Friktionsscheiben 12.4 und 12.7.

Die dritte Welle 10.3 weist in Fadenlaufrichtung eine erste Friktionsscheibe 12.2 auf, die zwischen den Friktionsscheiben 12.1 und 12.3 angeordnet ist. In Abstand zu der Friktionsscheibe 12.2 folgt eine weitere Friktionsscheibe 12.5, die zwischen den Friktionsscheiben 12.4 und 12.6 angeordnet ist. Am Ende trägt die Welle 10.3 eine Auslaufscheibe 13. Der Achsabstand zwischen den Wellen 10.1, 10.2 und 10.3 sowie der Scheibendurchmesser D der Friktionsscheiben 12.1 bis 12.7 ist derart aufeinander abgestimmt, dass die Friktionsscheiben im Zentrum des durch die Wellen 10.1 bis 10.3 gebildeten Dreiecks sich überlappen.

Auf der Einlaufseite der Falschdrallvorrichtung ist ein Einlauffadenführer 15 und auf der Auslaufseite ein Auslauffadenführer 16 vorgesehen, um einen Faden 14 in dem Überlappungsbereich im wesentlichen im Bereich des Zentrums des gleichseitigen Dreiecks zu führen. Der Faden 14 wird in einem wundenen schraubenlinienförmigen Fadenlauf entlang der Umfangsflächen der Einlaufscheibe 11, der Friktionsscheiben 12.1 bis 12.7 und der Auslaufscheibe 13 geführt. Dabei baut sich durch die zwischen den Faden 14 und den Umfangsflächen der Friktionsscheiben 12.1 bis 12.7 wirkende Reibmechanismen ein Falschdrall an dem Faden 14 aus, der entgegen der Fadenlaufrichtung sich in dem Faden 14 fortpflanzt. Auf der Auslassseite ist der Falschdrall aufgelöst und der Faden verlässt ungedrallt über den Auslauffadenführer 16 das Aggregat.

Die Einlaufscheibe 11 weist eine profilierte Umfangsfläche auf, so dass der Faden ohne wesentliche Wirkung über die Umfangsfläche gleiten kann. Im Verhältnis zu den Friktionsscheiben 12.1 bis 12.7 kann die Einlaufscheibe 11 einen kleinen Scheibendurchmesser aufweisen. Damit übernimmt die Einlaufscheibe 11 ausschließlich eine Fadenführung.

Der Scheibenstapel der sich überlappenden Friktionsscheiben wird auf der Auslassseite durch die Auslaufscheibe 13 begrenzt. Die Auslaufscheibe 13 ist vorzugsweise mit einer relativ scharfkantig begrenzten Umfangsfläche ausgeführt, so dass nach Überlauf der Faden eine gewisse Aufspreizung erhält. Damit kann vorteilhaft ein Restdrall an Faden vermindert werden.

Die Friktionsscheiben 12.1 bis 12.7 sind in ihren Abmessungen identisch ausgebildet und könnten beispielsweise eine Ausführung wie in 1 oder wie in 2 dargestellt zeigen. Damit wird eine besonders fadenschonende Drillgebung erreicht. Bei Verwendung von der in 1 dargestellten Friktionsscheibe können zudem intensive Drallgebungen in dem Faden erreicht werden.

Das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel der Falschdrallvorrichtung ist im Aufbau und Anordnung der Scheibenstapel an den Wellen 10.1 bis 10.3 beispielhaft. Grundsätzlich kann die Anzahl der Friktionsscheiben variiert werden.

1
Friktionsscheibe
2
Friktionsmaterial
3
Grundwerkstoff
4
Beigabestoff
5
Buchsenträger
6
Aufnahmeöffnung
7
Umfangsbereich
8
Randzone
9
Lagerblock
10.1, 10.2, 10.3
Wellen
11
Einlaufscheibe
12.1 ... 12.7
Friktionsscheibe
13
Auslaufscheibe
14
Faden
15
Einlauffadenführer
16
Auslauffadenführer
D
Scheibendurchmesser


Anspruch[de]
Friktionsscheibe für den Einsatz in einer Falschdrallvorrichtung zur Falschdrallerzeugung an einem laufenden multifilen Faden mit einem zumindest im Umfangsbereich angeordneten Friktionsmaterial (2), welches aus einem Verbund zwischen einem Grundwerkstoff (3) und zumindest einem Beigabestoff (4) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Beigabestoff (4) in Form von feinsten Partikel mit einer Größe von < 1 Mikrometer, vorzugsweise von < 500 Nanometer vorliegt. Friktionsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel des Beigabestoffs (4) eine mittlere Größe im Bereich von Nanometer bis 300 Nanometer aufweisen. Friktionsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel des Beigabestoffs (4) eine größere Härte gegenüber der Härte des Grundwerkstoffs aufweisen. Friktionsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel des Beigabestoffs (4) zumindest in einer Randzone (8) des Umfangsbereich (7) der Friktionsscheibe gleichmäßig in dem Grundwerkstoff (3) verteilt eingebunden sind. Friktionsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundwerkstoff (3) in dem Friktionsmaterial (2) durch einen Naturgummi oder einem Kunststoff gebildet ist. Friktionsscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Beigabestoff (4) in dem Friktionsmaterial (2) durch einen keramischen oder metallischen Werkstoff gebildet ist. Friktionsscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil des Beigabestoffes (4) in dem Grundwerkstoff (3) im Bereich von 5% bis 80% liegt. Falschdrallvorrichtung zur Falschdrallerzeugung an einem multifilen Faden (14) mit mehreren an einem Lagerblock (9) drehbar gelagerten Wellen (10.1, 10.2, 10.3) und mit mehreren Friktionsscheiben (12.112.7), welche versetzt zueinander an den Wellen (10.110.3) gehalten sind und welche einen derartig großen Scheibendurchmesser aufweisen, dass sich die Friktionsscheiben (12.112.7) im Zentrum des Dreiecks überlappen und einen gewundenen Fadenlauf mit ihren Umfangsflächen bilden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Friktionsscheiben (12.112.7) gemäß einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Abmessungen gleichgroßen Friktionsscheibe (12.112.7) an ihren Umfangsflächen (7) mit identischen Friktionsmaterialen (2) ausgebildet sind. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Friktionsscheiben (12.112.7) zur Aufnahme der Wellen (10.110.3) jeweils einen Buchsenträger (5) aufweisen, welcher Buchsenträger (5) am Umfang durch das Friktionsmaterial (2) eingeschlossen ist.






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