DE19743745A1 - Auflösewalze für eine Offenend-Spinnvorrichtung - Google Patents

Description

Im Zusammenhang mit Offenend-Spinnvorrichtungen sind seit langem Faserbandauflöseeinrichtungen in Form von Auflösewalzen bekannt.

Die rotierbar gelagerten Auflösewalzen verfügen dabei über Sägezahngarnituren, die einen zylindrischen Walzenkörper umschließen und nach verschiedenen Herstellungsverfahren gefertigt sein können.

Durch die DE 35 15 153 C2 ist beispielsweise eine Sägezahngarnitur für eine Auflösewalze bekannt, die aus einem einstückigen Ring gefertigt ist. Das heißt, in ein muffenartiges Bauteil aus härtbarem Stahl wird zunächst eine schraubenförmig verlaufende Nut eingearbeitet. Anschließend wird, parallel zur Mittellängsachse des Bauteils, eine Vielzahl von Einschnitten eingefräst. Auf diese Weise entstehen mehrere nebeneinander angeordnete Zahnreihen mit versetzt angeordneten Reißzähnen. Die Sägezahngarnitur wird schließlich zumindest im Bereich der Zahnspitzen gehärtet.

Bei einem weiteren Herstellungsverfahren wird der zylindrische Walzenkörper der Auflösewalze mit einem Sägezahndraht umwickelt. Der Sägezahndraht wird dabei endseitig jeweils am Walzenkörper festgelegt. Auch bei diesen Auflösewalzen, die beispielsweise durch die DE 29 04 841 A1 bekannt sind, sind zumindest die Sägezahnspitzen gehärtet.

Eine ähnlich ausgebildete Auflösewalze ist in der DE 24 33 769 A1 beschrieben. Diese bekannte Auflösewalze weist eine Sägezahngarnitur auf, die aus einem schraubenfederartig vorgeformten Drahtkörper besteht. Der vorgeformte Drahtkörper wird auf den zylindrischen Walzenkörper aufgeschoben und dort festgelegt.

Durch Verbesserung der Stahlqualitäten ist es zwar im Laufe der Zeit gelungen, die Standzeiten der Sägezahngarnituren zu verlängern und damit den Wirkungsgrad der Auflösewalzen deutlich zu erhöhen. Da die Reißwerkzeuge dieser mit relativ hoher Drehzahl umlaufenden Werkzeuge jedoch einem erheblichen Verschleiß unterworfen sind, sind die erzielbaren Standzeiten nach wie vor verbesserungsfähig.

In der DE 196 01 036 A1 ist eine Auflösewalze beschrieben, bei der der Garniturring Bestandteil eines einstückigen Austauschringes ist. Sowohl der Garniturring als auch der Austauschring bestehen dabei aus einem hochwertigen und damit teueren keramischen Werkstoff.

Nachteilig bei einer solchen Konstruktion ist vor allem, daß bei Verschleiß oder Beschädigung des Garniturringes gleich der gesamte, kostspielige Austauschring ausgewechselt werden muß.

Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannten Auflösewalzen weiter zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst, wie sie im Kennzeichen des Anspruches 1 beschrieben ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Eine Auflösewalze mit einer schraubenfederartig ausgebildeten, aus einem technischen Keramikwerkstoff gefertigten Sägezahngarnitur bietet den Vorteil, daß eine solche Garnitur zwar einerseits eine extrem lange Lebensdauer aufweist, aber dennoch, beispielsweise nach dem Spritzguß- oder Spritzpreßverfahren, unter relativ geringem Materialeinsatz preisgünstig zu fertigen ist.

Im Bedarfsfall kann die direkt oder indirekt auf den rotierbaren Walzenkörper der Auflösewalze positionierte, keramische Sägezahngarnitur außerdem problemlos ausgebaut und durch eine neue Sägezahngarnitur ersetzt werden.

Wie in den Ansprüche 2 bis 4 ausgeführt, ist als Keramikwerkstoff vorzugsweise ein Oxid, ein Karbid oder ein Nitrid vorgesehen.

Aluminiumoxid zeichnet sich dabei durch eine sehr große Härte aus, während beispielsweise Siliziumkarbid eine relativ hohe Biegefestigkeit besitzt.

Gemäß Anspruch 5 kann es vorteilhaft sein, mehrere keramische Werkstoffe zu mischen und auf diese Weise die positiven Eigenschaften verschiedener keramischer Werkstoffe in einem Bauteil zu vereinen.

Ein technischer Mischkeramikwerkstoff, der beispielsweise neben Aluminiumoxid auch Zirkonoxid aufweist, ist nicht nur sehr verschleißfest, sondern auch relativ biegefest.

In vorteilhafter Ausgestaltung ist, wie im Anspruch 6 dargelegt, vorgesehen, daß die Sägezahngarnitur einen Grundkörper aufweist, der im Querschnitt eckig ausgebildet ist. Von diesem windungsartig verlaufenden Grundkörper ragen dabei radial Reißelemente ab.

Eine derartig ausgebildete Sägezahngarnitur kann, wie im Anspruch 7 dargelegt, beispielsweise direkt auf einen glatten Walzenkörper aufgeschoben und dort zwischen endseitigen Flanschen des Walzenkörpers fixiert werden. Um zu verhindern, daß sich die Auslaufenden der Sägezahngarnitur bei mit hoher Drehzahl rotierender Auflösewalze unter der Wirkung der Fliehkraft aufbiegen können, sind dabei an den Auslaufenden der Sägezahngarnitur Arretierungsansätze vorgesehen, die in axialer Richtung vorstehend in entsprechende Bohrungen in den endseitigen Flanschen des Walzenkörpers fassen und damit ein Aufbiegen der endseitigen Bereiche der Sägezahngarnitur verhindern.

Eine weitere, bevorzugte Ausführungsform, die im Anspruch 8 beschrieben ist, sieht vor, daß die Sägezahngarnitur auf einem Trägerelement positioniert ist. Das Trägerelement weist dabei auf seinem Außenumfang eine schraubenförmig umlaufende Nut auf, in der die Sägezahngarnitur mit ihrem Grundkörper festlegbar ist.

Das Festlegen der in die Nut des Trägerelementes "eingeschraubten" Sägezahngarnitur kann dabei sowohl kraftschlüssig (Anspruch 9) als auch formschlüssig (Anspruch 11) erfolgen. Bei einer formschlüssigen Befestigung ist, im Anspruch 10 dargelegt, im Bereich des Grundkörpers der Sägezahngarnitur eine Ausnehmung vorgesehen. In diese Ausnehmung wird bei einem speziellen Walzprozeß Material des relativ weichen, vorzugsweise aus Aluminium gefertigten, Trägerelementes eingepreßt, so daß eine formschlüssige Verbindung entsteht.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind einem nachfolgend anhand der Zeichnungen dargelegten Ausführungsbeispiel entnehmbar.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Auflösewalze mit einem rotierbar gelagerten, zylindrischen Walzenkörper, sowie einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen, schraubenfederartig ausgebildeten, aus einem Keramikwerkstoff gefertigten Sägezahngarnitur,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sägezahngarnitur,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht auf eine Sägezahngarnitur,

Fig. 4a einen Schnitt durch den Grundkörper einer Sägezahngarnitur, wobei der Grundkörper für eine Festlegung durch Kraftschluß ausgebildet ist,

Fig. 4b einen Schnitt durch den Grundkörper einer Sägezahngarnitur, deren Grundkörper für eine Festlegung durch Formschluß konzipiert ist,

Fig. 5 einen Schnitt durch den Grundkörper einer Sägezahngarnitur, gemäß der Ausführungsform der Fig. 2,

Fig. 6 die formschlüssige Befestigung einer Sägezahngarnitur gemäß Fig. 1 auf dem Trägerelement, in einem größeren Maßstab.

Die in den Fig. 1 und 2 insgesamt mit 1 bezeichnete, in einem nicht dargestellten Auflösewalzengehäuse rotierende Auflösewalze ist in Verbindung mit Offenend-Spinnvorrichtungen grundsätzlich bekannt.

Die Auflösewalze hat die Aufgabe, ein ihr über eine Speisewalze zugeführtes Faserband in Einzelfasern zu zerlegen. Die Einzelfasern werden anschließend über einen Faserleitkanal in ein Spinnorgan, beispielsweise einen Spinnrotor, eingespeist.

Derartige Auflösewalzen laufen während des Spinnprozesses üblicherweise mit Drehzahlen zwischen 6000 und 12 000 Umdrehungen pro Minute.

Die Auflösewalze 1 verfügt über eine Lagerwelle 2, auf der endseitig ein sogenannter Antriebswirtel 3 festgelegt ist. Der Antriebswirtel 3 wird, wie bekannt, während des Spinnbetriebes durch einen (nicht dargestellten) Tangentialriemen beaufschlagt.

Die Lagerwelle 2 ist über Wälzlager 4 rotierbar innerhalb eines Lagergehäuses 5 gelagert. Das Lagergehäuse 5 ist seinerseits in einer (nicht dargestellten) Lagerkonsole eines Auflösewalzengehäuses festgelegt und dort über ein Sicherungselement, das den Kunststoffring 6 tangential durchfaßt, arretiert.

Frontseitig ist auf der Lagerwelle 2 ein Walzenkörper 7 angeordnet. Der Walzenkörper 7 ist dabei über einen Preßsitz drehfest mit der Lagerwelle 2 verbunden. Der Walzenkörper 7 verfügt über eine zylindrische Form und weist rückseitig einen Flansch 8 auf. Die Oberfläche des Walzenkörpers 7 ist dabei vorzugsweise glatt ausgebildet. Frontseitig verfügt die Auflösewalze 1 über einen weiteren Flansch 11, der, zum Beispiel über einen Schraubenbolzen 12 und eine Druckfeder 13, mit der Lagerwelle 2 verbunden ist.

Auf der Oberfläche des zylindrischen Walzenkörpers 7 ist entweder, wie in Fig. 2 angedeutet, direkt eine Sägezahngarnitur 10' festlegbar oder die Sägezahngarnitur 10 ist indirekt festgelegt, das heißt, auf einem Trägerelement 19 montiert. Die Fig. 1 zeigt diese bevorzugte Ausführungsform. Der vordere Flansch 11 fixiert dabei im Montagezustand die Sägezahngarnitur 10 beziehungsweise 10' auf dem Walzenkörper 7.

Die Sägezahngarnitur 10 beziehungsweise 10' weist einen schraubenfederartig geformten Grundkörper 15 auf, der im Querschnitt verschiedene Ausführungsformen aufweisen kann.

Die Fig. 1 zeigt eine Sägezahngarnitur 10, die mit den Windungen ihres Grundkörpers 15 in eine schraubenförmig verlaufende Nut 9 eines Trägerelementes 19 eingelassen ist. Der Grundkörper 15 weist dabei, wie in den Fig. 4a und 4b angedeutet eine etwa rechteckige Querschnittsform A bzw. A' auf. Bei der Querschnittsform A (Fig. 4a) erfolgt die Festlegung des Grundkörpers 15 in der Nut 9 kraftschlüssig. Das heißt, durch Druck auf den zwischen der Nut 9 verlaufenden Steg 22 wird Material an die Flanken des Grundkörpers 15 angewalzt. In einer etwas modifizierten Ausführungsform (Fig. 4b) ist im Bereich des Grundkörpers 15 der Sägezahngarnitur 10 eine Ausnehmung 21 angeordnet. In diese Ausnehmung 21 drückt sich beim Anwalzen des Steges 22 des Trägerelementes 19 Material des Trägerelementes. Dieses in die Ausnehmung 21 gedrückte Material ergibt eine formschlüssige Verbindung.

Wie in Fig. 5 angedeutet, kann der Querschnitt A'' des Grundkörpers 15 auch eine Form aufweisen, bei der die einzelnen Windungen des Grundkörpers 15 ineinandergreifen und sich dadurch gegenseitig arretieren. Eine derartig ausgebildete Sägezahngarnitur, die in Fig. 3 perspektivisch dargestellt ist, kann, wie aus Fig. 2 ersichtlich, direkt auf den Walzenkörper 7 der Auflösewalze 1 aufgeschoben werden.

Die Auslaufenden 17 der Sägezahngarnitur 10' können dabei über entsprechende Arretierungsansätze 18 an den Flanschen 8 beziehungsweise 11 fixiert werden. Auf diese Weise wird verhindert, daß sich die Auslaufenden 17 während des Betriebes, das heißt, wenn die Auflösewalze 1 mit hoher Drehzahl rotiert, unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft nach außen abspreizen.

Die aus einem technischen Keramikwerkstoff gefertigten, schraubenfederartig ausgebildeten Sägezahngarnituren 10 bzw. 10' verfügen, wie auch aus dem Stand der Technik bekannt, über eine Vielzahl von Reißelementen 16, die jeweils radial vom Grundkörper 15 abstehen.

Als Konstruktionswerkstoff ist ein Oxid, ein Karbid, ein Nitrid oder ein Borid vorgesehen, wobei sich unter anderem Aluminiumoxid als sehr geeignet erwiesen hat. Aluminiumoxid verfügt beispielsweise über ein breites Anwendungspotential und ist als Mischkeramikwerkstoff z. B. in Verbindung mit Zirkonoxid vorteilhaft. Ein solcher Mischkeramikwerkstoff ergibt eine verschleißfeste Konstruktion, die außerdem über eine relativ gute Biegefestigkeit verfügt.

Es ist jedoch durchaus auch möglich, die Sägezahngarnituren 10, 10' aus einem anderen Keramikwerkstoff, zum Beispiel aus Siliziumkarbid oder Siliziumnitrid, zu fertigen. Auch diese Keramikwerkstoffe zeichnen sich durch eine gegenüber gehärtetem Stahl deutlich höhere Abriebfestigkeit aus.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen, schraubenfederartigen Sägezahngarnituren erfolgt, wie bei Keramikwerkstoffen üblich, in speziellen Formen, in die der Keramikwerkstoff, der in der Regel zunächst in Form von Pulver vorliegt, eingebracht wird.

Die entsprechende Form kann dabei nach verschiedenen Preß- oder Gießverfahren gefüllt werden. Im Zusammenhang mit der Erstellung komplex geformter keramischer Bauteile, wie es die erfindungsgemäßen Sägezahngarnituren darstellen, ist unter anderem das sogenannte Spritzgießen oder das Spritzpressen üblich. In diesem Fall ist zum Füllen der Form keramisches Pulver mit einem relativ hohen Plastifizierungsanteil notwendig, wobei dieser Plastifizierungsanteil vor dem anschließenden thermischen Brand entfernt wird.

Das heißt, zur Herstellung der erfindungsgemäßen Sägezahngarnitur wird ein feinstkörniges Keramikpulver, beispielsweise Si₃N₄-Pulver, das mit Additiven und Hilfsstoffen versetzt ist, vorzugsweise unter Einsatz von Druck in eine Form gebracht, bei deren Maßgebung die unvermeidliche Schrumpfung der keramischen Bauteile während ihres Erstellungsprozesses berücksichtigt wurde.

Der nach dem Trocknen und Entfernen der Form entstandene, relativ empfindliche Grünling kann anschließend relativ leicht bearbeitet werden.

An die Grünbearbeitung schließt sich der sogenannte Weißbrand an. Beim Weißbrand werden die im keramischen Werkstoff enthaltenen Hilfsstoffe ausgebrand. Die sogenannte Weißfestigkeit wird dabei durch diesen Vorbrand bestimmt. Auch die sogenannten Weißlinge lassen sich mit konventionellen Werkzeugen bei geringem Werkzeugverschleiß noch relativ gut bearbeiten. Es ist daher vorgesehen, daß durch die Urformgebung sowie die Grün- und Weißbearbeitung die Sägezahngarnitur so nahe wie möglich an ihre Endabmessungen herangeführt wird.

Nach der Sinterung, die beispielsweise im Vakuum oder unter erhöhtem Stickstoffdruck bei Temperaturen von 1750°C bis 1950°C erfolgt, sind die Bauteile nur noch mit diamantbestückten Werkzeugen oder keramischen Arbeitsmitteln mit extremer Härte zu bearbeiten.

Claims (11)

1. Auflösewalze für eine Offenend-Spinnvorrichtung, mit einem rotierbar gelagerten, von einer Sägezahngarnitur umfaßten, zylindrischen Walzenkörper, dadurch gekennzeichnet, daß die Sägezahngarnitur (10, 10') schraubenfederartig ausgebildet und aus einem technischen Keramikwerkstoff gefertigt ist.

2. Auflösewalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikwerkstoff ein Oxid, z. B. Aluminiumoxid, Zirkonoxid oder dgl., ist.

3. Auflösewalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikwerkstoff ein Karbid, z. B. Siliziumkarbid, ist.

4. Auflösewalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikwerkstoff ein Nitrid, z. B. Siliziumnitrid, ist.

5. Auflösewalze nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sägezahngarnitur (10, 10') aus einem Mischkeramikwerkstoff, z. B. Aluminiumoxid und Zirkonoxid, gefertigt ist.

6. Auflösewalze nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sägezahngarnitur (10, 10') einen Grundkörper (15) mit radial abstehenden Reißelementen (16) aufweist, wobei der Grundkörper (15) einen im wesentlichen eckigen Querschnitt (A, A', A'') besitzt.

7. Auflösewalze nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sägezahngarnitur (10') direkt auf den zylindrischen Walzenkörper (7) positioniert ist und endseitig jeweils einen Arretierungsansatz (18) aufweist.

8. Auflösewalze nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sägezahngarnitur (10) auf einem Trägerelement (19) angeordnet ist, das auf seinem Umfang eine schraubenförmig verlaufende Nut (9) aufweist.

9. Auflösewalze nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sägezahngarnitur (10) auf dem Trägerelement (19) durch Reibschluß festlegbar ist.

10. Auflösewalze nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sägezahngarnitur (10) im Bereich ihres Grundkörpers (15) eine Ausnehmung (21) aufweist.

11. Auflösewalze nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sägezahngarnitur (10) auf dem Trägerelement (19) durch Formschluß festlegbar ist.