[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Spinn- oder Zwirnring mit verbesserten Rostschutzeigenschaften und günstigerem spinntechnischem Verhalten und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
[0002] Beim Spinn- oder Zwirnring handelt es sich um einen Bestandteil einer sogenannten Ringespinnmaschine. Dieser Spinnmaschinen-Typ wird in der Spinnerei-Industrie sehr häufig eingesetzt. Der Spinnring wirkt dabei mit auf dem Spinnring aufgesetzten Ringläufern zusammen. Diese Ringläufer rotieren mit hohen Geschwindigkeiten (30-50 m/s) auf den Spinnringen, was an den Kontaktflächen der beiden Teile zu hoher mechanischer und thermischer Belastung führt. Angestrebte Produktionssteigerungen machen noch höhere Rotationsgeschwindigkeit erforderlich und verschärfen dadurch die Belastung.
Vermehrte Korrosionsschäden und schlechtes spinntechnisches Verhalten sind die Folge.
[0003] Die Herstellung eines Spinn- oder Zwirnringes ohne die erfindungsgemässe Rostschutzbehandlung ist beispielsweise in CH 690 779 beschrieben. Ein solcher Spinn- oder Zwirnring enthält einen aus Eisenwerkstoffen bestehenden Kern und weist einen kopfseitigen Flansch und einen Befestigungsflansch auf, die über einen Steg verbunden sind. Bekannt sind auch noch weitere Herstellungsarten wie die Fertigung aus Rohrmaterial mit spanabhebenden Methoden.
[0004] Verfahren zur Verbesserung der Rostschutzeigenschaften von metallischen Maschinenteilen sind schon lange und in zahlreichen Varianten bekannt.
Davon werden einige auch schon bei den hier vorliegenden Spinnringen eingesetzt, z.B., einfaches Oxidieren (Passivieren) der polierten Metalloberfläche, Brünieren und Phosphatieren.
[0005] Beim Oxidieren wird auf einer Metalloberfläche eine dünne Oxidschicht erzeugt. Dies kann bereits durch Kontakt mit Luftsauerstoff geschehen. Diese Oxidschicht verhindert in der Folge ein weiteres Voranschreiten der Oxidation, d.h., die Metalloberfläche wurde zu einem gewissen Grad unempfindlich ("passiviert") gegen weitere Oxidation.
[0006] Beim Brünieren werden Metalloberflächen, z.B. von Stahl, mit heissen, alkalischen Salzlösungen behandelt, um damit eine dunkle, festsitzende Eisenoxidschicht zu erzeugen.
Der so erzielte Rostschutz ist nicht besonders gut und in etwa vergleichbar mit jenem, der durch einfaches Oxidieren in einem Luftumwälzeofen erhalten wird.
[0007] Beim Phosphatieren werden in einem (elektro-)chemischen Prozess auf Metalloberflächen dünne, feinkristalline Metallphosphatschichten abgelagert, die fest auf dem Metall haften. Solche Phosphatschichten weisen zahlreiche Hohlräume und Kapillaren auf, was für eine nachfolgende Behandlung beispielsweise mit Ölen und Lacken ausgenutzt werden kann. Das durch die Hohlräume und Kapillaren entstandene Saugvermögen sorgt für eine optimale Aufnahme und eine nochmalige Verbesserung des Rostschutzes. Der so erzielte Schutz ist den beiden vorangehend aufgeführten Verfahren überlegen.
Es werden Eisenphosphat-, Zinkphosphat-, Kalziumzinkphosphat- oder Manganphosphatschichten eingesetzt.
[0008] Ein weiteres mögliches Vorgehen zur Verbesserung der Rostschutzeigenschaften von Metallteilen besteht im Verzinken der Metalloberfläche. Der Oxidationsschutz wird hier dadurch erzielt, dass bei Oxidationsvorgängen die Zinkschicht eher angegriffen wird als beispielsweise der darunterliegende Eisenwerkstoff. Natürlich hält die Schutzwirkung nur so lange vor, als noch zumindest Teile der Zinkschicht vorhanden sind. Die Verfahren Oxidieren, Brünieren, Phospatieren und Verzinken weisen ähnliche Herstellkosten auf.
[0009] Verzinkte Spinn- oder Zwirnringe sind bisher nicht bekannt. Der Grund hierfür ist wohl darin zu sehen, dass Zink einen Schmelzpunkt von 419 deg. C und einen Siedepunkt von 910 deg. C besitzt.
Die in Verbindung mit solchen Spinn- oder Zwirnringen eingesetzten sogenannten Ringläufer rotieren auf diesen Ringen mit enormer Geschwindigkeit (z.B. 30-50 m/s), was zwangsläufig zu hoher thermischer und starker mechanischer Belastung führen muss. Zusammengenommen erklärt dies die in der Fachwelt verbreitete und anerkannte Meinung, Verzinkung als Rostschutzbehandlung von Spinn- oder Zwirnringen sei untauglich.
[0010] Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige Behandlung zur Verbesserung der Rostschutzeigenschaften von Spinnringen zur Verfügung zu stellen. Die Spinn- oder Zwirnringe sollen gleichzeitig sehr günstige spinntechnische Eigenschaften aufweisen. Die Wirtschaftlichkeit der Spinn- oder Zwirnringherstellung soll aber nicht durch teure Nachbehandlungsschritte zunichte gemacht werden.
Daher hatte der Aspekt der Kostengünstigkeit hohe Priorität.
[0011] Die Aufgabe wird durch einen Spinn- oder Zwirnring gelöst, der die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, bzw. durch ein Verfahren gemäss Anspruch 14. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
[0012] Entgegen allen anwendungstechnischen Regeln hergestellte Spinn- oder Zwirnringe, auf deren Kern zumindest teilweise eine Deckschicht angeordnet ist, die als Hauptbestandteil Zink enthält, weisen nicht nur einen verbesserten Korrosionsschutz auf, sie zeigen unerwarteterweise auch ein besseres spinntechnisches Verhalten verglichen mit polierten beziehungsweise oxidierten, phosphatierten oder brünierten Spinnringen.
[0013] Der erfindungsgemässe Spinn- oder Zwirnring weist einen aus Eisenwerkstoff bestehenden Kern auf,
auf dem zumindest teilweise eine Deckschicht angeordnet ist. Diese Deckschicht enthält mehr als 80%, bevorzugt mehr als 95% Zink. Die auf dem Spinn- oder Zwirnring angeordnete Deckschicht enthält in bevorzugten Ausführungsformen neben dem Hauptbestandteil Zink eines oder mehrere Elemente, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eisen, Aluminium, Kupfer, Nickel oder Kobalt oder Mischungen davon. Neben Zink können auch Zinklegierungen wie Zink-Aluminium, Zink-Kupfer, Zink-Aluminium-Kupfer, Zink-Eisen oder Zink-Kobalt verwendet werden. Dadurch wird die Korrosionsbeständigkeit noch weiter markant gesteigert. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Deckschicht Reinzink.
Vorzugsweise werden Verfahren mit cyanidfreien Bädern zum Aufbringen der Deckschicht aus Zink oder Zinklegierungen eingesetzt.
[0014] Durch den ausgezeichneten Rostschutz kann der Spinn- oder Zwirnring auch unter ungünstigeren Umgebungsbedingungen wie hoher Luftfeuchtigkeit und hohen Temperaturen eingesetzt werden. Dadurch verlängert sich die Lebensdauer des Spinn- oder Zwirnringes, was sich wiederum günstig auf die Betriebskosten auswirkt.
[0015] Der erzielte Schutz vor Korrosion ist verglichen mit polierten und oxidierten oder brünierten Spinnringen um ein Mehrfaches höher. Auch das Phosphatier-Verfahren, welches selbst einen recht guten Rostschutz verleiht, wird noch übertroffen.
[0016] Hinzu kommt, dass die Deckschicht völlig unerwartet auch das spinntechnische Verhalten der Spinn- oder Zwirnringe erheblich verbessert.
Dies äussert sich in erster Linie in einer verminderten Abnützung der oben bereits erwähnten Ringläufer. Diese Ringläufer müssen nur noch in vermindertem Ausmass ersetzt werden. Die Wirtschaftlichkeit wird also in zweifacher Hinsicht gesteigert, es werden weniger Ringläufer gebraucht und die Stillstandzeiten der Ring- oder Zwirnmaschinen infolge Unterhaltsarbeiten werden verkürzt. Dies fällt insbesondere im Vergleich mit dem Phospatier-Verfahren ins Gewicht, dieses verleiht zwar einen verhältnismässig guten Korrosionsschutz, hat aber den Nachteil, dass sich die anfänglich tiefe Reibung auf der Oberfläche nach dem Abtrag der Phosphatschicht stark und vor allem unkontrolliert erhöht.
Im Übrigen sind erfindungsgemässe Spinn- oder Zwirnringe auch in ihrem ästhetischen Erscheinungsbild attraktiv und farblich variierbar.
[0017] Gemäss einer bevorzugten Ausführung besteht die Deckschicht aus Zink oder Zinklegierungen.
[0018] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die angeordnete Deckschicht vollflächig über den ganzen Kern des Spinn- oder Zwirnringes. Dies ist für die Verwendung von Verfahren wie Feuerverzinken oder galvanischem Verzinken von Vorteil. Bei diesen Verfahren wird bevorzugt der Kern des Spinn- oder Zwirnringes vollflächig mit einer Zinkschicht überzogen. Es ist aber auch denkbar, nur einen Flansch und/oder den Steg ganz oder teilweise mit einer Deckschicht mit dem Hauptbestandteil Zink zu versehen.
Dies kann zum Beispiel geschehen, indem die Deckschicht, die als Hauptbestandteil Zink enthält, mittels eines Sprays aufgebracht wird. Allerdings werden solche Spray-Verfahren nicht zu den klassischen Verzinkungs-Verfahren gerechnet, sondern stellen den Spezialfall eines Lackes dar.
[0019] Zwei weitere bevorzugte Ausführungen zeichnen sich dadurch aus, dass auf dem Kern des Spinn- oder Zwirnringes nur teilweise eine Deckschicht angeordnet ist. Die Deckschicht wird hier lediglich auf den thermisch und mechanisch belasteten Teilen des Spinn- oder Zwirnringes angeordnet.
Dies sind einerseits der kopfseitige Flansch und andererseits eine Kombination aus kopfseitigem Flansch mit ganzem oder zumindest teilweisem anschliessendem Steg.
[0020] Die Dicke der angeordneten Deckschicht ist variabel und kann somit den gewünschten Erfordernissen des Anwenders hinsichtlich Korrosionsschutz angepasst werden. Bevorzugt wird eine Schichtdicke von 0.05 Microm-100 Microm, bevorzugt 0.1 Microm-50 Microm, besonders bevorzugt 5 Microm bis 20 Microm. Erreicht wird die erforderliche Schichtdicke durch entsprechendes Anpassen der Parameter im verwendeten Verfahren (z.B. galvanisches Verzinken, Feuerverzinken). Dem Fachmann ist bekannt, wie dies im Einzelnen zu bewerkstelligen ist.
[0021] Eine andere bevorzugte Ausführung nennt als Verfahren zum Aufbringen der Deckschicht das galvanische Verzinken und das Feuerverzinken.
Daneben gibt es durchaus noch weitere Verfahren, die angewendet werden können, so zum Beispiel das mechanische Verzinken und Zinklamellen/Binder-Systeme. Beim mechanischen Verzinken wird in einer Mischvorrichtung Zinkstaub mit Hilfe von Glaskugeln unter Wärmeeinwirkung quasi aufgehämmert. Die Haftfestigkeit der Zinkschicht ist beim galvanischen Verzinken jedoch wesentlich besser. Bei Zinklamellen/Bindersystemen wird eine Dispersion mit Zinkflocken zum Beispiel mit einem Tauchverfahren aufgebracht, getrocknet und anschliessend bei 250-350 deg. C eingebrannt. Je nach gewünschter Schichtdicke wird der Beschichtungsvorgang wiederholt. Besonders bevorzugt sind das galvanische Verzinken und das Feuerverzinken.
Es handelt sich hierbei um etablierte und verbreitete Verfahren, deren Parameter sich gut kontrollieren lassen.
[0022] In einer anderen bevorzugten Ausführungsart wird die Deckschicht mittels einer weiteren sehr dünnen chromhaltigen Schicht zusätzlich passiviert. Dies ist insbesondere beim galvanischen Verzinken bevorzugt. Der Vorteil hierbei ist, dass die Zinkschicht länger erhalten wird, was den Korrosionsschutz wesentlich erhöht, das spinntechnische Verhalten verbessert und somit Betriebsunterbrüche minimiert. Dies wirkt sich positiv auf die Wirtschaftlichkeit aus. Je nachdem, welche Farbe die Chromatierung besitzt, spricht man von Gelb-, Oliv-, Blau- oder Schwarzchromatierung. Bevorzugt werden Chrom(VI+)-arme, ungiftige Chromitierungen, insbesondere Chrom(III+)-Hochleistungs-Blaupassivierungen, eingesetzt.
Daneben können auch andere Chrom(VI+)-arme bzw. -freie Passivierungsverfahren zur Anwendung kommen, z.B. die Dickschicht-, die Hochleistungs- und die Hochleistungs-Transparentpassivierung.
[0023] Gemäss einer anderen bevorzugten Ausführungsart kann die Deckschicht noch zusätzlich mit einer weiteren Schicht (Top-Coat) versiegelt werden. Auf dem Markt sind dafür Produkte auf unterschiedlichster Basis erhältlich. Das Spektrum reicht von Produkten auf anorganischer, organischer (z.B. Acrylate, Polyesterharze), anorganisch-organisch gemischter Basis über Lacke, Siliziumverbindungen (z.B. Silikate) bis hin zu Polymerdispersionen. Derartige Schichten sind auch als Nanoschichten bekannt. Die Vorteile sind eine nochmalige Verbesserung des Korrosionsschutzes und eine Verbesserung der Gleiteigenschaften der Spinn- oder Zwirnringe.
Dies ist bei der hohen Beanspruchung mechanischer und thermischer Art durch die hohe Rotationsgeschwindigkeit der Ringläufer auf den Spinnringen von entscheidender Bedeutung.
[0024] In einer vorzugsweisen Ausgestaltung der erfindungsgemässen Spinn- oder Zwirnringe wird die Oberfläche des Kerns vor dem Aufbringen der Deckschicht gehärtet und poliert. Die Deckschicht kann nach dem Aufbringen ebenfalls poliert werden.
[0025] Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemässen Spinn- oder Zwirnringes zeichnet sich dadurch aus, dass die Deckschicht mit Zink als Hauptbestandteil entweder durch galvanisches Verzinken oder durch Feuerverzinken aufgebracht wird. Beide Verfahren sind kostengünstig und eignen sich für die Herstellung hoher Stückzahlen. Insbesondere das galvanische Verzinken erlaubt die präzise Kontrolle der Stärke der aufgebrachten Deckschicht.
Das Verfahren gestattet sowohl Vorbehandlungsschritte wie Härten und/oder Polieren des Kerns des Spinn- oder Zwirnringes als auch Nachbehandlungsschritte wie zum Beispiel Chromatieren, Chromitieren und/oder Versiegeln der aufgetragenen zinkhaltigen Deckschicht. Damit lassen sich der Korrosionsschutz verschiedenartigen Umgebungserfordernissen, seien dies nun hohe Luftfeuchtigkeit oder Temperaturen beziehungsweise andere chemische Beanspruchung, anpassen und gleichzeitig das spinntechnische Verhalten verbessern.
[0026] Der erfindungsgemässe Spinn- oder Zwirnring wird nachstehend anhand von in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen rein schematisch:
<tb>Fig. 1<sep>eine Ausführungsform eines Spinn- oder Zwirnringes in Seitenansicht
<tb>Fig. 2<sep>einen Grundriss einer Ausführungsform eines Spinn- oder Zwirnringes
<tb>Fig. 3<sep>einen Querschnitt durch einen im Tiefziehverfahren hergestellten Spinn- oder Zwirnring
<tb>Fig. 4a<sep>einen vergrösserten Querschnitt durch das Profil eines im Tiefziehverfahren hergestellten Spinn- oder Zwirnringes
<tb>Fig. 4b<sep>einen Profilquerschnitt eines Spinnringes mit teilweise angeordneter Deckschicht
<tb>Fig. 4c<sep>einen weiteren Profilquerschnitt eines Spinnringes mit teilweise angeordneter Deckschicht
<tb>Fig. 4d<sep>einen weiteren Profilquerschnitt eines Spinn oder Zwirnringes mit vollflächig angeordneter Deckschicht
<tb>Fig. 5<sep>einen Querschnitt durch einen gedrehten (spanabhebendes Verfahren) Spinn- oder Zwirnring
<tb>Fig. 6a<sep>einen vergrösserten Profilquerschnitt eines gedrehten Spinnringes
<tb>Fig. 6b<sep>einen Profilquerschnitt eines gedrehten Spinn- oder Zwirnringes mit teilweise angeordneter Deckschicht
<tb>Fig. 6c<sep>einen weiteren Profilquerschnitt eines gedrehten Spinnringes mit teilweise angeordneter Deckschicht
<tb>Fig. 6d<sep>einen Profilquerschnitt eines gedrehten Spinn- oder Zwirnringes mit vollflächig angeordneter Deckschicht
[0027] In Fig. 1 wird ein Spinn- oder Zwirnring 1 gezeigt, wie er typischerweise in Ringespinn- oder Zwirnspinnmaschinen zum Einsatz kommt. Der hier gezeigte Spinn- oder Zwirnring 1 wurde in einem Tiefziehverfahren hergestellt. Der Spinnring 1 weist einen kopfseitigen Flansch 5 auf, der über einen Steg 10 mit dem am unteren Rand liegenden Befestigungsflansch 15 verbunden ist. Der Flansch 5 ist so auf dem Steg 10 angeordnet, dass er radial sowohl nach innen wie auch nach aussen über den Steg 10 ragt. Für sich alleine betrachtet, bilden der Steg 10 und der kopfseitige Flansch 5 ein T-förmiges Profil. Der am unteren Rand liegende Befestigungsflansch 15 dagegen ragt nur radial nach aussen über den Steg 10.
Zusammengenommen bilden der Steg 10 und der Befestigungsflansch 15 also ein L-förmiges Profil. Es wären aber auch Ausführungsformen denkbar, bei denen der Befestigungsflansch radial nach aussen und/oder nach innen ragt. Die mit dem Spinn- oder Zwirnring zusammenwirkenden sogenannten Ringläufer werden auf den kopfseitigen Flansch 5 aufgesetzt. Die Spinn- oder Zwirnringe werden beispielsweise durch Verschraubung oder mittels Klemmringen an der Ringbank befestigt.
[0028] Fig. 2 zeigt einen Grundriss eines Spinn- oder Zwirnringes 1. Sichtbar sind hier lediglich der kopfseitige Flansch 5 und teilweise der Befestigungsflansch 15. Der äussere Rand des Befestigungsflansches 15 ragt über den äusseren Rand des kopfseitigen Flansches hinaus. Der Steg 10 ist hingegen vollkommen verdeckt.
[0029] Fig. 3 zeigt den Aufriss eines in der Mitte durchgeschnittenen Spinn- oder Zwirnringes 1.
Deutlich zu sehen sind in dieser Ansicht, wie der innere Rand des unten liegenden Befestigungsflansches 15 bündig an den Steg 10 anschliesst und mit diesem zusammengenommen das bereits oben erwähnte L-förmige Profil bildet. Ebenfalls deutlich zu sehen ist wie der kopfseitige Flansch 5 auf dem Steg 10 aufsitzt und mit diesem ein T-förmiges Profil bildet. Der ins Ring-Innere ragende Teil des kopfseitigen Flansches 5 ist grösser als die nach aussen ragende Partie. Dies hat ein asymmetrisches T-Profil zur Folge.
[0030] Fig. 4a zeigt einen vergrösserten Profilquerschnitt eines Spinn- und Zwirnringes 1. Der Spinnring weist einen aus Eisenwerkstoffen bestehenden Kern 20 auf. Der Eisenwerkstoff des Kerns ist vorzugsweise ein unlegierter oder niedrig legierter Stahl. Der Kern wird vor der Beschichtung vorzugsweise gehärtet.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Oberfläche des Kerns vor der Beschichtung poliert. Dadurch wird eine optimale Schichthaftung der Deckschicht auf dem Kern gewährleistet.
[0031] Fig. 4b zeigt einen Profilquerschnitt durch einen im Tiefziehverfahren hergestellten Spinnring. Der Kern 20 des Spinnringes bildet die drei formbestimmenden Teile, nämlich den kopfseitigen Flansch 5, den Steg 10 und den am unteren Rand liegenden Befestigungsflansch 15. Im abgebildeten Beispiel ist auf dem kopfseitigen Flansch 5 eine Deckschicht 25 mit dem Hauptbestandteil Zink angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Deckschicht 25 mehr als 80%, in weiteren bevorzugten Ausführungsformen mehr als 95% beziehungsweise mehr als 99% Zink.
Optimale Resultate werden erzielt, wenn die Deckschicht 25 eine Dicke von 0.05 Microm-100 Microm, bevorzugt 0.1 Microm-50 Microm, besonders bevorzugt 5 Microm-20 Microm, beträgt. Die Deckschicht 25 wird in einer bevorzugten Ausführungsform mittels Feuerverzinken in einer anderen bevorzugten Ausführungsform mittels galvanischem Verzinken aufgebracht. Die Deckschicht 25 kann nach ihrem Aufbringen chromatiert, chromitiert bzw. passiviert werden. Je nach Farbe der Chromatierung spricht man von Gelb-, Oliv-, Blau- oder Schwarzchromatierung. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird die Deckschicht 25 mit einem Lack versiegelt. Der kopfseitige Flansch 5 ist jener Teil des Spinn- oder Zwirnringes 1, auf den die Ringläufer aufgesetzt werden und auf dem sie während des Betriebes der Ringespinn- oder Zwirnmaschine mit grosser Geschwindigkeit rotieren.
Daher finden sich am kopfseitigen Flansch 5 auch die mechanisch und thermisch am stärksten belasteten Bereiche, die gleichzeitig mit guten Gleiteigenschaften ausgestattet sein müssen, was durch die Deckschicht 25 gegeben ist.
[0032] Die Fig. 4c zeigt wiederum einen Profilquerschnitt durch einen Spinnring 1, auf dem teilweise eine Deckschicht 25 angeordnet ist. Die erfindungsgemässe Deckschicht 25 ist hier jedoch nicht nur auf dem kopfseitigen Flansch 5, sondern auch auf dem an den kopfseitigen Flansch anschliessenden Teil des Steges 10 angeordnet. Selbstverständlich ist die gezeigte Anordnung der Deckschicht 25, die sich ungefähr bis in die Hälfte des Steges erstreckt, nicht zwingend.
Ebenso ist möglich, dass die Deckschicht 25 weiter oder weniger weit in Richtung des Befestigungsflansches 15 angeordnet ist.
[0033] Die Fig. 4d zeigt schliesslich einen Profilquerschnitt durch einen Spinn- oder Zwirnring 1, bei welchem auf dem Kern 20 eine vollflächige erfindungsgemässe Deckschicht 25 angeordnet ist. Vollflächig heisst, dass die Deckschicht 25 sowohl auf dem kopfseitigen Flansch 5, dem Steg 10 und dem Befestigungsflansch 15 angeordnet ist. Vollflächig angeordnete Deckschichten 25 können vorteilhaft durch die Verfahren Feuerverzinken und Galvanisches Verzinken aufgetragen werden.
[0034] Fig. 5 zeigt den Aufriss eines in der Mitte durchgeschnittenen Spinn- oder Zwirnringes 1. Im Gegensatz zu den in den Fig. 1-4d gezeigten Spinn- oder Zwirnringen ist der hier abgebildete Spinnring "gedreht", d.h., mittels eines spanabhebenden Verfahrens hergestellt worden.
Deutlich zu sehen ist hier, wie der innere Rand des unten liegenden Befestigungsflansches 15 nicht bündig an den Steg 10 anschliesst, ein ins Innere des Spinnringes 1 hineinragt. Zusammen mit dem Steg 10 ist wieder ein L-förmiges Profil erkennbar, wobei der horizontale Teil des L-förmigen Profils, d.h. der Befestigungsflansch 15, dicker ist als der vertikale Teil des L-förmigen Profils, d.h. der Steg 10. Auch deutlich zu sehen ist wie der kopfseitige Flansch 5 auf dem Steg 10 aufsitzt und mit diesem ein T-förmiges Profil bildet. Der ins Ring-Innere ragende Teil des kopfseitigen Flansches 5 ist grösser als die nach aussen ragende Partie. Dies hat ein asymmetrisches T-Profil zur Folge.
[0035] Fig. 6a zeigt einen vergrösserten Profilquerschnitt eines gedrehten Spinn- und Zwirnringes 1.
Der Spinnring weist analog zu dem in Fig. 4a gezeigten gezogenen Spinnring 1 einen aus Eisenwerkstoffen bestehenden Kern 20 auf, der die drei Teile des Spinnringes 1 bildet, nämlich den kopfseitigen Flansch 5, den Befestigungsflansch 15 und den beide verbindenden Steg 10.
[0036] Fig. 6b zeigt einen gedrehten Spinn- oder Zwirnring 1. Analog zu dem in Fig. 4b gezeigten gezogenen Spinnring 1 ergibt sich auch hier die grösste mechanische und thermische Belastung durch die rotierenden Ringläufer am kopfseitigen Flansch 5, auf dem eine Deckschicht 25 angeordnet ist.
[0037] Fig. 6c zeigt analog zu dem in Fig. 4c gezeigten gezogenen Spinnring 1 einen gedrehten Spinn- oder Zwirnring 1, bei dem sowohl auf dem kopfseitigen Flansch 5 als auch teilweise auf dem Steg 10 eine Deckschicht 25 angeordnet ist.
Die Deckschicht 25 auf dem Steg 10 ist auf der dem kopfseitigen Flansch 5 zugewandten Hälfte angeordnet. Dies bringt den Vorteil, dass der Spinnring 1 durch die Deckschicht 25 auch dann vor mechanischem und thermischem Stress geschützt ist, wenn die Ringläufer aufgrund der Fadenspannung seitlich verkippt rotieren.
[0038] Fig. 6d zeigt analog zu dem in Fig. 4d gezeigten gezogenen Spinn- oder Zwirnring 1 wiederum einen vergrösserten Profilquerschnitt durch einen gedrehten Spinn- oder Zwirnring 1, bei welchem auf dem kopfseitigen Flansch 5, dem Steg 10 und dem Befestigungsflansch 15 eine Deckschicht 25 angeordnet ist. Die Deckschicht 25 ist also vollflächig auf dem Kern 20 angeordnet.
The invention relates to a spinning or twisting ring with improved rust protection properties and more favorable spinning behavior and a method for producing the same.
When spinning or twisting ring is a part of a so-called ring spinning machine. This spinning machine type is used very frequently in the spinning industry. The spinning ring acts together with mounted on the spinning ring ring travelers. These ring rotors rotate at high speeds (30-50 m / s) on the spinning rings, resulting in the contact surfaces of the two parts to high mechanical and thermal stress. Desired increases in production require even higher rotational speed and thereby exacerbate the burden.
Increased corrosion damage and poor spinning behavior are the result.
The preparation of a spinning or twisting ring without the inventive antirust treatment is described for example in CH 690 779. Such a spinning or twisting ring contains a core made of iron materials and has a head-side flange and a mounting flange, which are connected via a web. Also known are other production methods such as the production of pipe material with machining methods.
Methods for improving the anti-rust properties of metallic machine parts have been known for a long time and in numerous variants.
Of these, some are already used in the spinning rings herein, for example, easy oxidation (passivation) of the polished metal surface, burnishing and phosphating.
When oxidizing a thin oxide layer is produced on a metal surface. This can already be done by contact with atmospheric oxygen. This oxide layer subsequently prevents further progress of the oxidation, that is, the metal surface has become insensitive ("passivated") to further oxidation.
When burnished metal surfaces, e.g. of steel, treated with hot, alkaline salt solutions to produce a dark, stuck iron oxide layer.
The rust protection achieved in this way is not very good and is roughly comparable to that obtained by simple oxidation in an air circulating oven.
When phosphating thin, finely crystalline metal phosphate layers are deposited in an (electro-) chemical process on metal surfaces, which firmly adhere to the metal. Such phosphate layers have numerous cavities and capillaries, which can be exploited for a subsequent treatment, for example with oils and paints. The suction capacity created by the cavities and capillaries ensures optimum absorption and a further improvement in rust protection. The protection thus obtained is superior to the two methods listed above.
Iron phosphate, zinc phosphate, calcium zinc phosphate or manganese phosphate layers are used.
Another possible approach to improve the rust protection properties of metal parts is galvanizing the metal surface. The oxidation protection is achieved here by oxidizing processes, the zinc layer is attacked rather than, for example, the underlying iron material. Of course, the protective effect only lasts as long as at least parts of the zinc layer are still present. The processes of oxidizing, burnishing, phosphating and galvanizing have similar production costs.
Galvanized spinning or twisting rings are not yet known. The reason for this is probably to be seen in the fact that zinc has a melting point of 419 deg. C and a boiling point of 910 deg. C owns.
The so-called ring travelers used in connection with such spinning or twisting rings rotate on these rings at an enormous speed (for example 30-50 m / s), which inevitably leads to high thermal and heavy mechanical stress. Taken together, this explains the widely accepted and accepted opinion in the art that galvanizing as a rustproofing treatment of spinning or twisting rings is unsuitable.
The object of the invention is to provide a cost-effective treatment for improving the rust-protection properties of spinning rings available. The spinning or twisting rings should simultaneously have very favorable spinning properties. The economics of spinning or Zwirnringherstellung but should not be nullified by expensive post-treatment steps.
Therefore, the aspect of cost-effectiveness had high priority.
The object is achieved by a spinning or twisting ring having the features specified in claim 1, or by a method according to claim 14. Further preferred embodiments are the subject of the dependent claims.
Contrary to all performance rules produced spinning or twisting rings, on the core at least partially a cover layer is arranged, which contains zinc as the main component, not only have improved corrosion protection, they also show unexpectedly a better spinning behavior compared with polished or oxidized , phosphated or browned spinning rings.
The spinning or twisting ring according to the invention has a core made of iron material,
on which at least partially a cover layer is arranged. This topcoat contains more than 80%, preferably more than 95% zinc. The cover layer arranged on the spinning or twist ring contains in preferred embodiments, in addition to the main constituent zinc, one or more elements selected from the group consisting of iron, aluminum, copper, nickel or cobalt or mixtures thereof. In addition to zinc, zinc alloys such as zinc-aluminum, zinc-copper, zinc-aluminum-copper, zinc-iron or zinc-cobalt can also be used. As a result, the corrosion resistance is further increased significantly. In a preferred embodiment, the cover layer contains pure zinc.
Preferably, methods with cyanide-free baths for applying the top layer of zinc or zinc alloys are used.
Due to the excellent rust protection of the spinning or twisting ring can be used even under less favorable environmental conditions such as high humidity and high temperatures. This extends the life of the spinning or twisting ring, which in turn has a favorable effect on the operating costs.
The achieved protection against corrosion is higher by a multiple compared to polished and oxidized or burnished spinning rings. Even the phosphating process, which itself gives a very good rust protection, is exceeded.
In addition, the cover layer completely unexpectedly also significantly improves the spinning behavior of the spinning or twisting rings.
This manifests itself primarily in a reduced wear of the ring travelers already mentioned above. These ring travelers need only be replaced to a lesser extent. The economy is therefore increased in two ways, it will be less ring travelers needed and the downtime of the ring or twisting machines due to maintenance work will be shortened. This is particularly significant in comparison with the phosphatizing method, although this gives a relatively good corrosion protection, but has the disadvantage that the initially deep friction on the surface after removal of the phosphate layer increases greatly and above all uncontrollably.
Incidentally, spinning or twisting rings according to the invention are also attractive in their aesthetic appearance and can be varied in color.
According to a preferred embodiment, the cover layer consists of zinc or zinc alloys.
In a further preferred embodiment, the arranged cover layer extends over the entire surface of the entire core of the spinning or twisting ring. This is advantageous for the use of methods such as hot-dip galvanizing or electro-galvanizing. In these methods, preferably the core of the spinning or twisting ring is coated over its entire surface with a layer of zinc. However, it is also conceivable to provide only a flange and / or the web completely or partially with a cover layer with the main component zinc.
This can be done, for example, by applying the topcoat, which contains zinc as the main constituent, by means of a spray. However, such spray methods are not calculated to the classical galvanizing process, but represent the special case of a paint.
Two further preferred embodiments are characterized in that on the core of the spinning or twisting ring only partially a cover layer is arranged. The cover layer is arranged here only on the thermally and mechanically loaded parts of the spinning or twisting ring.
These are, on the one hand, the head-side flange and, on the other hand, a combination of a head-side flange with an entire or at least partially adjoining web.
The thickness of the arranged cover layer is variable and can thus be adapted to the desired requirements of the user with regard to corrosion protection. Preference is given to a layer thickness of 0.05 microm-100 microm, preferably 0.1 microm-50 microm, more preferably 5 microm to 20 microm. The required layer thickness is achieved by suitably adjusting the parameters in the method used (for example galvanizing, hot-dip galvanizing). The skilled person is aware of how to accomplish this in detail.
Another preferred embodiment mentions galvanic galvanizing and hot-dip galvanizing as a method for applying the cover layer.
In addition, there are still other methods that can be applied, such as mechanical galvanizing and zinc flake / binder systems. In mechanical galvanizing, zinc dust in a mixing device is quasi hammered down with the help of glass balls under the action of heat. However, the adhesion of the zinc layer is much better in galvanic galvanizing. For zinc flake / binder systems, a dispersion with zinc flakes is applied, for example by a dipping process, dried and then at 250-350 deg. C branded. Depending on the desired layer thickness of the coating process is repeated. Particularly preferred are galvanic galvanizing and hot-dip galvanizing.
These are established and widespread methods whose parameters are easy to control.
In another preferred embodiment, the cover layer is additionally passivated by means of another very thin chromium-containing layer. This is particularly preferred in galvanic galvanizing. The advantage here is that the zinc layer is retained longer, which significantly increases the corrosion protection, improves the spinning behavior and thus minimizes operational interruptions. This has a positive effect on the economy. Depending on which color the chromating has, one speaks of yellow, olive, blue or black chromating. Preference is given to using chromium (VI +) -poor, non-toxic chromitations, in particular chromium (III +) high-performance blue passivations.
In addition, other chromium (VI +) -type passivation processes may also be used, e.g. the thick-film, high-performance and high-performance transparent passivation.
According to another preferred embodiment, the cover layer can be additionally sealed with another layer (top coat). There are many different types of products available on the market. The spectrum ranges from products to inorganic, organic (e.g., acrylates, polyester resins), inorganic-organic mixed bases, lacquers, silicon compounds (e.g., silicates) to polymer dispersions. Such layers are also known as nanolayers. The advantages are a further improvement in the corrosion protection and an improvement in the sliding properties of the spinning or twisting rings.
This is in the high stress mechanical and thermal type by the high rotational speed of the ring traveler on the spinning rings of crucial importance.
In a preferred embodiment of the inventive spinning or twisting rings, the surface of the core is hardened and polished before applying the cover layer. The cover layer can also be polished after application.
A method for producing a spinning or twisting ring according to the invention is characterized in that the cover layer is applied with zinc as the main component either by galvanic galvanizing or by hot-dip galvanizing. Both methods are inexpensive and suitable for the production of large quantities. In particular, galvanic galvanizing allows precise control of the thickness of the applied topcoat.
The method permits both pretreatment steps such as hardening and / or polishing the core of the spinning or twisting ring and post-treatment steps such as, for example, chromating, chromitizing and / or sealing the applied zinc-containing covering layer. Thus, the corrosion protection of various environmental requirements, be it high humidity or temperatures or other chemical stress, adapt and at the same time improve the spinning behavior.
The inventive spinning or twisting ring is explained below with reference to exemplary embodiments shown in the drawings. It shows purely schematically:
<Tb> FIG. 1 <sep> an embodiment of a spinning or twisting ring in side view
<Tb> FIG. 2 <sep> is a plan view of one embodiment of a spinning or twisting ring
<Tb> FIG. 3 <sep> a cross section through a spinning or twisting ring produced by thermoforming
<Tb> FIG. 4a <sep> an enlarged cross section through the profile of a spinning or twisting ring produced by deep-drawing
<Tb> FIG. 4b <sep> a profile cross section of a spinning ring with partially arranged cover layer
<Tb> FIG. 4c <sep> another profile cross-section of a spinning ring with partially arranged cover layer
<Tb> FIG. 4d <sep> another profile cross-section of a spinning or twisting ring with cover layer arranged over the entire surface
<Tb> FIG. 5 <sep> a cross section through a twisted (cutting process) spinning or twisting ring
<Tb> FIG. 6a <sep> an enlarged profile cross-section of a rotated spinning ring
<Tb> FIG. 6b <sep> a profile cross section of a rotated spinning or twisting ring with partially arranged cover layer
<Tb> FIG. 6c <sep> another profile cross-section of a rotated spinning ring with partially arranged cover layer
<Tb> FIG. 6d <sep> a profile cross-section of a twisted spinning or twisting ring with cover layer arranged over the entire surface
In Fig. 1, a spinning or twisting ring 1 is shown, as is typically used in ring spinning or twisting spinning machines. The spinning or twisting ring 1 shown here was produced in a deep-drawing process. The spinning ring 1 has a head-side flange 5 which is connected via a web 10 with the mounting flange 15 located at the lower edge. The flange 5 is arranged on the web 10 in such a way that it projects radially beyond the web 10 both inwards and outwards. Considered alone, the web 10 and the head-side flange 5 form a T-shaped profile. By contrast, the fastening flange 15 located at the lower edge projects radially outward beyond the web 10.
Taken together, the web 10 and the mounting flange 15 thus form an L-shaped profile. However, embodiments would also be conceivable in which the fastening flange protrudes radially outwards and / or inwards. The cooperating with the spinning or twist ring so-called ring traveler are placed on the head flange 5. The spinning or twisting rings are fastened, for example, by screwing or by means of clamping rings on the ring rail.
Visible are here only the head-side flange 5 and partially the mounting flange 15. The outer edge of the mounting flange 15 protrudes beyond the outer edge of the head-side flange addition. The web 10, however, is completely hidden.
Fig. 3 shows the elevation of a cut through in the middle spinning or twisting ring first
Clearly visible in this view, as the inner edge of the underlying mounting flange 15 connects flush with the web 10 and taken together this forms the above-mentioned L-shaped profile. Also clearly visible is how the head-side flange 5 is seated on the web 10 and forms a T-shaped profile with this. The projecting into the ring-inner part of the head-side flange 5 is larger than the outwardly projecting batch. This results in an asymmetric T-profile.
4a shows an enlarged profile cross-section of a spinning and twisting ring 1. The spinning ring has a core 20 made of iron materials. The iron material of the core is preferably an unalloyed or low alloy steel. The core is preferably cured prior to coating.
In a preferred embodiment, the surface of the core is polished prior to coating. This ensures optimal layer adhesion of the cover layer on the core.
FIG. 4b shows a profile cross-section through a spinning ring produced by deep drawing. The core 20 of the spinning ring forms the three shape-determining parts, namely the head-side flange 5, the web 10 and the mounting flange 15 lying at the bottom. In the example shown, a cover layer 25 is arranged on the head-side flange 5 with the main component zinc. In a preferred embodiment, the cover layer 25 contains more than 80%, in other preferred embodiments more than 95% or more than 99% zinc.
Optimum results are achieved when the cover layer 25 has a thickness of 0.05 microm-100 microm, preferably 0.1 microm-50 microm, more preferably 5 microm-20 microm. The cover layer 25 is applied in a preferred embodiment by means of hot-dip galvanizing in another preferred embodiment by means of galvanic galvanizing. The cover layer 25 can be chromated, chromitized or passivated after its application. Depending on the color of the chromating one speaks of yellow, olive, blue or black chromating. In another preferred embodiment, the cover layer 25 is sealed with a lacquer. The head-side flange 5 is that part of the spinning or twisting ring 1, on which the ring travelers are placed and on which they rotate at high speed during operation of the ring spinning or twisting machine.
Therefore, the mechanically and thermally most heavily loaded areas, which must be equipped with good sliding properties at the same time, which is given by the cover layer 25, can be found on the head-side flange 5.
4c again shows a profile cross section through a spinning ring 1, on which a cover layer 25 is partially arranged. However, the cover layer 25 according to the invention is arranged not only on the head-side flange 5, but also on the part of the web 10 adjoining the head-side flange. Of course, the arrangement of the cover layer 25 shown, which extends approximately to half of the web, is not mandatory.
It is also possible that the cover layer 25 is arranged further or less far in the direction of the mounting flange 15.
Finally, FIG. 4d shows a profile cross-section through a spinning or twisting ring 1, in which a full-surface covering layer 25 according to the invention is arranged on the core 20. Full surface means that the cover layer 25 is arranged on both the head-side flange 5, the web 10 and the mounting flange 15. Cover layers 25 arranged over the entire area can advantageously be applied by the methods of hot-dip galvanizing and galvanic galvanizing.
Fig. 5 shows the elevation of a centered in the middle spinning or twisting ring 1. In contrast to the spinning or twisting rings shown in Figs. 1-4d of the spinning ring shown here is "rotated", ie, by means of a machined Process has been prepared.
Clearly visible here is how the inner edge of the underlying mounting flange 15 is not flush with the web 10, one protrudes into the interior of the spinning ring 1. Together with the web 10, an L-shaped profile is again recognizable, the horizontal part of the L-shaped profile, i. the attachment flange 15 is thicker than the vertical part of the L-shaped profile, i. the web 10. Also clearly seen how the head-side flange 5 is seated on the web 10 and forms a T-shaped profile with this. The projecting into the ring-inner part of the head-side flange 5 is larger than the outwardly projecting batch. This results in an asymmetric T-profile.
6a shows an enlarged profile cross-section of a twisted spinning and twisting ring 1.
Analogously to the drawn spinning ring 1 shown in FIG. 4 a, the spinning ring has a core 20 consisting of iron materials, which forms the three parts of the spinning ring 1, namely the head-side flange 5, the fastening flange 15 and the web 10 connecting the two.
6b shows a twisted spinning or twisting ring 1. Analogously to the drawn spinning ring 1 shown in FIG. 4b, the greatest mechanical and thermal stress also results here through the rotating ring travelers on the head-side flange 5, on which a cover layer 25 is arranged.
6c shows, analogously to the drawn spinning ring 1 shown in FIG. 4c, a twisted spinning or twisting ring 1 in which a cover layer 25 is arranged both on the head-side flange 5 and partly on the web 10.
The cover layer 25 on the web 10 is arranged on the head-side flange 5 facing half. This has the advantage that the spinning ring 1 is protected by the cover layer 25 from mechanical and thermal stress, even if the ring travelers rotate laterally tilted due to the thread tension.
Fig. 6d shows analogous to the drawn in Fig. 4d drawn spinning or twisting ring 1 again an enlarged profile cross-section through a twisted spinning or twisting ring 1, in which on the head-side flange 5, the web 10 and the mounting flange 15 a Cover layer 25 is arranged. The cover layer 25 is thus arranged over the entire surface of the core 20.