[0001] Die Erfindung betrifft einen Ringläufer für Ringspinn- oder Ringzwirnmaschinen sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
[0002] Ringläufer von Ringspinn- und Ringzwirnmaschinen werden mit hoher Laufgeschwindigkeit (30 m/Sek. bis 50 m/Sek.) auf Ringen der entsprechenden Ringspinn- oder Ringzwirnmaschinen eingesetzt. Daher sind sowohl die Kontaktfläche zwischen Ringläufer und Ring als auch die Kontaktfläche zwischen Ringläufer und Faden einem hohen Verschleiss unterworfen. Zur Produktionssteigerung werden jedoch zunehmend höhere Laufgeschwindigkeiten der Ringläufer gefordert. Durch Erreichen höherer Standzeiten sollten gleichzeitig die Kosten gesenkt werden.
[0003] Durch Beschichtung der Ringläufer mit entsprechenden Materialien, konnten deren Betriebseigenschaften in den letzten Jahren deutlich verbessert werden.
Die Verschleissfestigkeit sowohl am Fadendurchgang wie an der Ringkontaktfläche konnte bei sehr hohen Läufergeschwindigkeiten (> 40 m/s) nicht im gewünschten Ausmass verbessert werden.
[0004] In DE 3 545 484 wird ein Ringläufer für eine Spinnmaschine beschrieben, der eine keramische Überzugsschicht trägt, die mindestens den Oberflächenbereich abdeckt, der mit dem Ring in Berührung kommt. Die keramische Überzugsschicht besteht aus einer oder mehreren Schichten, ausgewählt aus einer Carbidschicht wie SiC, TiC, ZrC, einer Nitridschicht wie etwa TiN, TiCN, ZrN, einer Oxidschicht wie Al2O3, ZrO3, SiO2 oder einer Boridschicht wie TiB2 und ZrB2. Die Keramikschichten werden durch das CVD- oder durch das PVD-Verfahren auf den Kern aufgebracht. Anschliessend werden die beschichteten Ringläufer abgeschreckt und geschliffen.
Die Titancarbidschichten und Titannitridschichten weisen eine Härte von 1900 bis 2500 HV (Vickers-Härte) auf.
[0005] In CH 487 535 wird ein Ringläufer für Spinn- und Zwirnmaschinen beschrieben, wobei der Ring und/oder der Läufer mit einer Beschichtung aus Titanaluminiumnitrid beschichtet ist.
[0006] CH 589 723 beschreibt ein Verfahren zum Beschichten von anorganischen Substraten mit Carbiden, Nitriden oder Carbonitriden.
[0007] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Ringläufer für Ringspinn- oder Ringzwirnmaschinen zur Verfügung zu stellen, der einen verbesserten Korrosionsschutz und verbesserte Laufeigenschaften aufweist.
Zudem wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Ringläufers angegeben.
[0008] Das Problem wird gelöst durch einen Ringläufer, welcher die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, beziehungsweise durch ein Verfahren gemäss Anspruch 9. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
[0009] Ein erfindungsgemässer Ringläufer für Ringspinn- oder Ringzwirnmaschinen weist einen Kern aus einem Eisenwerkstoff oder einem Kunststoff auf, auf dem mindestens teilweise eine Deckschicht angeordnet ist. Die Deckschicht besteht aus einer oder mehreren Lagen einer Oxidkeramik, Nitridkeramik, Carbidkeramik, Boridkeramik, einer Metall-Legierung oder Mischungen davon.
Die Dicke der Deckschicht beträgt weniger als 90 Nanometer (nm) (1/1 000 000 mm = der Millionste Teil eines Millimeters).
[0010] Die geringe Schichtdicke ergibt eine besonders gute Verbindung der Deckschicht mit dem Kern des Ringläufers. Die Deckschicht weist weniger Defekte auf, die beispielsweise durch mechanische Beanspruchung, wie sie beim Aufsetzen von Ringläufern, verursacht werden. Entgegen der in Fachkreisen verbreiteten Meinung lassen sich mit geringen Schichtdicken, d.h. Schichtdicken im Bereich von einigen Nanometern, nicht nur optische, chemische oder elektrische Eigenschaften der behandelten Oberfläche beeinflussen, sondern es werden auch die mechanischen Eigenschaften überraschend stark verbessert. Daher haben die erfindungsgemässen Ringläufer insgesamt eine stark verbesserte Verschleissfestigkeit, insbesondere am Fadendurchgang und an der Ringanlage.
Die Verschleissfestigkeit gegenüber Ringläufern mit einer herkömmlichen Beschichtung ist wesentlich höher, wodurch auch die Standzeiten verlängert werden. Dadurch sinken die Betriebskosten signifikant. Durch die Deckschicht hat der erfindungsgemässe Ringläufer eine gute Abriebfestigkeit und Korrosionsfestigkeit.
[0011] In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Deckschicht TiCN, besonders bevorzugt reines TiCN, das eine Härte von HV 0.025 von 2600 bis 3600 aufweist. TiCN ist hart und gleichzeitig relativ zäh, was es besonders geeignet als Deckschicht des erfindungsgemässen Ringläufers macht.
[0012] In einer bevorzugten Ausführungsform wird als erste Lage der Deckschicht auf dem Kern eine Lage aufgebracht, die TiN enthält. Es wäre auch möglich an Stelle von TiN andere Metallnitride zu verwenden, wie zum Beispiel CrN.
Die Titannitridschicht weist eine ausgesprochen gute Affinität zum Eisenwerkstoff auf, was langfristig die Stabilität des Ringläufers erhöht. So kann beispielsweise Materialabplatzungen vorgebeugt werden.
[0013] Die Deckschicht des erfindungsgemässen Ringläufers kann ein- oder mehrlagig sein. Die Deckschicht weist eine Dicke von weniger als 90 nm, vorzugsweise von weniger als 70 nm und besonders bevorzugt von weniger als 40 nm, auf.
[0014] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Deckschicht vollflächig auf dem Kern aufgebracht.
[0015] Der Kern des Ringläufers kann aus Kunststoff hergestellt werden. Besonders geeignet sind Polyamide, insbesondere Polyamid 6,6 sowie mit Glas- oder Aramidfasern verstärktes Polyamid 6,6, die in Spritzgussverfahren verarbeitbar und daher in praktisch beliebigen Formen erhältlich sind.
Es sind auch andere Kunststoffe denkbar.
[0016] Wird der Kern des Ringläufers aus Eisenwerkstoff gefertigt, kann hierfür jede beliebige Stahlform verwendet werden, besonders geeignet ist der Kern des Ringläufers jedoch aus einem unlegiertem Werkzeugstahl, Kaltarbeitsstahl, einem Federstahl oder einem Schnellstahl.
[0017] Der erfindungsgemässe Ringläufer mit einem Kern aus Eisenwerkstoff wird hergestellt, in dem der Kern zumindest teilweise mit einer Deckschicht überzogen wird. Dabei wird in einem ersten Schritt der Kern in einer Reaktionskammer auf 150 deg. bis 1200 deg. C erhitzt. In PVD-Verfahren beträgt die Temperatur 150 deg. C bis 500 deg. C. In CVD-Verfahren beträgt die Temperatur 600 deg. C bis 1200 deg. C.
Anschliessend wird in eine Reaktionskammer ein Abscheidungsgas eingeleitet, so dass auf der Oberfläche des Kerns eine Schicht mit Titancarbonitrid, Chromnitrid oder Vanadiumcarbid aufgetragen wird. Anschliessend wird der beschichtete Ringläufer unter Schutzgas während 1 bis 2 Stunden langsam abgekühlt. Das langsame Abkühlen des beschichteten Ringläufers unter Schutzgas stellt ein wesentlicher Verfahrensschritt dar, denn nur so kann sichergestellt werden, dass die erhaltene Deckschicht eine kristallisierte Nadelstruktur aufweist, und damit eine sehr kleine Eigenspannung aufweist.
Die Grösse der Kristalle ist im Bereich von 5 bis 40 nm.
[0018] Bevorzugt wird die Nano-Oxidkeramik aus der Gruppe bestehend aus AlO3, TiO2, TiO, ZrO2, SiO2, SiO, ZnO, MgO, BeO, Cr2O3, InO3 oder Mischungen davon ausgewählt.
[0019] In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Nano-Nitridkeramik aus der Gruppe bestehend aus AlN, TiN, TiCN, Si3N4, TaN, GaN, BN, InN, CrN oder Mischungen davon, ausgewählt.
[0020] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Nano-Carbidkeramik aus der Gruppe bestehend aus AlC, TiC, ZrC, Br4C, NbC, WC, TaC, HfC, VC, CrC, C (Diamant, Diamond like carbon (DLC)) oder Mischungen davon ausgewählt.
[0021] In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Boridkeramik aus einer Gruppe bestehend aus AlB, TiB2, ZrB2,
HfB2 oder Mischungen davon ausgewählt.
[0022] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Metall-Legierung aus der Gruppe bestehend aus Zink oder Zinklegierungen ausgewählt.
[0023] In einer bevorzugten Ausführungsform wird der abgekühlte Ringläufer nachgehärtet, in dem die Härtetemparatur dem Kernkohlenstoff angepasst wird, beispielsweise bei 840 deg. C und für 30 Minuten gehalten wird.
[0024] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der nachgehärtete Ringläufer in einem Thermalbad (80 deg. C warmem Öl oder einem Warmbad bei 170-260 deg. C) abgeschreckt und bei 200 bis 350 deg. C während 0.5 bis 1.5 Stunden angelassen, das heisst, einer Wärmebehandlung unterzogen.
Dadurch erhält der Ringläufer eine grössere Zähigkeit und Elastizität, was eine längere Betriebsdauer des Ringläufers gewährleistet und sich sehr günstig auf die Schichthaftung auswirkt.
[0025] Wird der Kern des Ringläufers aus Kunststoff hergestellt, werden dafür bekannte Spritzgussverfahren eingesetzt. Es sind jedoch auch andere Kunststoffverarbeitungsverfahren denkbar.
[0026] Die Beschichtung der Ringläufer kann mittels einer ganzen Reihe von Verfahren erfolgen. PVD (physical vapor deposition), CVD (chemical vapor deposition) eignen sich gut zur Nanobeschichtung von metallischen Werkstoffen. Das Sol-Gel-Verfahren ist für alle Werkstoffe geeignet.
Ebenfalls eingesetzt werden können das Photolithographieverfahren zur Erzeugung dreidimensionaler Strukturen und das Dip-Pen-Nanolithographieverfahren für partielle Beschichtungen.
[0027] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Oberfläche des Ringläufers vor und/oder nach der Beschichtung zusätzlich poliert, so dass eine glatte Oberfläche erhalten wird. Als Poliermittel eignen sich z.B. diamanthaltige Pasten oder Schleifmittel, welche über der Härte der Deckschicht liegen.
[0028] Der Kern wird vor der Beschichtung bevorzugt noch entfettet.
[0029] In einer bevorzugten Ausführungsform ist auf dem Kern des erfindungsgemässen Ringläufers mindestens teilweise eine Zwischenschicht angeordnet. Es sind auch mehrere Zwischenschichten, zum Beispiel aus unterschiedlichen Stoffen bestehende Zwischenschichten, möglich.
Besonders bevorzugt wird die Zwischenschicht vollflächig auf dem Kern des Ringläufers, beziehungsweise der Oberfläche des Kerns, angeordnet. Die Zwischenschicht besteht aus einer oder mehreren Lagen einer Nano-Oxidkeramik, einer Nano-Nitridkeramik, einer Nano-Carbidkeramik, einer Nano-Boridkeramik, einem reinen Metall, einer Metall-Legierung oder Mischungen davon. Zudem ist die Zwischenschicht verschieden von der Deckschicht. Das heisst, Zwischenschicht und Deckschicht bestehen aus verschiedenen Stoffen.
Durch die Kombination der Zwischenschicht mit der Deckschicht ist es möglich die Oberflächeneigenschaften des erfindungsgemässen Ringläufers sehr gezielt zu steuern.
[0030] Ein reines Metall, wie hierin verwendet, enthält mindestens 95%, bevorzugt mindestens 98% und besonders bevorzugt mindestens 99% des betreffenden Metalls.
[0031] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht die Zwischenschicht aus einem reinen Metall oder einer Metall-Legierung. Besonders bevorzugte Metall-Legierungen sind Chrom-Legierungen oder Nickel-Legierungen. Zwischenschichten aus Chrom oder Chromlegierungen, die zum Schutz des Substrats (vorliegend des Kerns des Ringläufers) werden auch als Hartchrom bezeichnet. Die Beschichtung der Ringläufer mit Metall-Legierungen, insbesondere mit Hartchrom und Nickel-Legierungen kann sowohl auf chemischem als auch auf elektrolytischem Wege erfolgen.
Bevorzugte Metalle sind Chrom und Nickel. Bevorzugte Nickel-Legierungen sind NiP und NiB.
[0032] In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird die Dicke der Zwischenschicht sehr klein gehalten, d.h., sie beträgt weniger als 90 nm, bevorzugt weniger als 70 nm und besonders bevorzugt weniger als 40 nm. Durch die sehr geringe Dicke der Zwischenschicht werden die Dimensionen der erfindungsgemässen Ringläufer praktisch nicht beeinflusst. Im Weiteren kann die Zwischenschicht (und auch die Deckschicht) selbst aus Nanopartikeln enthalten oder daraus bestehen. Nanopartikel bezeichnen einen Verbund von wenigen bis einigen tausend Atomen oder Molekülen. Die Grösse liegt typischerweise bei 1 bis 100 Nanometern. Die Nanopartikel können auch nanokristallin sein, d.h. eine kristalline Struktur haben.
Ein Nanokristall ist ein kristalliner Stoff, dessen Grösse im Bereich von Nanometern liegt, ein Nanopartikel mit einer grösstenteils kristallinen Struktur. Da viele der elektrischen und thermodynamischen Eigenschaften Nanopartikeln in Abhängigkeit zu ihrer Grösse stehen, kann die Ausprägung dieser Eigenschaften und somit die Oberflächeneigenschaften der erfindungsgemässen Ringläufer durch präzise Verarbeitung der Stoffe kontrolliert werden.
[0033] Die erfindungsgemässen Ringläufer können sowohl in Spinnereinen als auch in Zwirnereien verwendet werden.
Ihre guten Laufeigenschaften, wie zum Beispiel gutes Gleiten und geringer Verschleiss, kommen besonders vorteilhaft im Zusammenwirken mit beschichteten Stahlringen zur Geltung, sie können aber auch auf anderen Ringen, wie zum Beispiel auf gesinterten oder unbeschichteten Ringen verwendet werden.
[0034] Die erfindungsgemässen Ringläufer mit einer Nanotitancarbonitrid-Deckschicht können universell eingesetzte werden, sie sind aber insbesondere geeignet für Ringläufer, die relativ hohen Kräften ausgesetzt sind oder wenn eine Mangelschmierung vorliegt.
[0035] Die erfindungsgemässen Ringläufer mit einer Nanovanadiumcarbid-Deckschicht können ebenfalls universell eingesetzt werden, sind jedoch besonders bevorzugt, falls mit einer sehr hohen Laufgeschwindigkeit gearbeitet wird, da die Nanovanadiumcarbid Deckschicht ausgesprochen hart ist, d.h.
eine Härte von 3000-4000 HV aufweist.
[0036] Die erfindungsgemässen Ringläufer mit einer Nanochromnitrid-Deckschicht können ebenfalls universell eingesetzt werden, sind jedoch besonders bevorzugt bei der Herstellung von Mischgarnen, da die Deckschicht sehr korrosionsresistent ist und bei der Herstellung von synthetischen Garnen, Avivagen und chlorhaltige Fasern zum Einsatz kommen, was die Korrosion natürlich erhöht.
[0037] Der erfindungsgemässe Ringläufer wird nachstehend anhand von in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen rein schematisch
<tb>Fig. 1a-1f<sep>verschiedene Ausführungsformen von Ringläufern
<tb>Fig. 2<sep>den Schnitt einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemässen Ringläufers, bei dem die Deckschicht unmittelbar auf dem Kern aufgebracht ist.
[0038] Die Fig. 1a bis 1f zeigen Ringläufer 10a, ..., 10f in verschiedenen Ausgestaltungen. In Fig. 1a und 1b sind eiförmige Ringläufer 10a, 10b gezeigt, wie sie typischerweise auf T-Flanschringen von Ringspinn- oder Ringzwirnmaschinen eingesetzt werden. Die Fig. 1c bis 1f zeigen hingegen ohr- und hakenförmige Ringläufer 10c, 10f. Die Ringläufer 10c und 10d werden auf Schrägflanschringen, die Ringläufer 10e auf konisch verlaufenden und die Ringläufer 10f auf vertikal verlaufenden Flanschringen verwendet.
[0039] Mit 1 sind jeweils die Bereiche der Ringläufer 10a, ..., 10f gekennzeichnet, die während des Betriebes die auf den Flanschringen gleitenden Laufflächen bilden.
Dabei können bei den C-förmigen Ringläufern 10a, 10b aufgrund ihrer symmetrischen Ausgestaltung beide Flanken a, b als Lauffläche dienen. Bei den ohr- oder schrägflansch und SU Ringläufern 10c, ..., 10f ist der Bereich 1 der Laufflächen eindeutig durch die Form festgelegt.
[0040] Die erfindungsgemässe Ringläufer 10 bzw. 10a, ... 10f können in den in Fig. 1a, ..., 1f gezeigten oder in beliebigen weiteren Ausgestaltungen hergestellt werden.
[0041] Ein erfindungsgemässer Ringläufer 10 weist einen aus einem Eisenwerkstoff bestehenden, nicht beschichteten Kern 20 auf. Auf dem Kern ist zumindest im Bereich 1 der Laufflächen, mit denen er auf einem Ring einer Ringspinn- oder Ringzwirnmaschine geführt wird, eine Deckschicht 24 aus Chromnitrid, Vanadiumcarbid oder Titancarbonitrid angeordnet.
Der Fadendurchgang liegt dabei in den mit 4 bezeichneten Bereichen der Ringläufer 10a, ... 10f.
[0042] Im Bereich des Lauffläche 1 muss vornehmlich eine mit 3 bezeichnete Innenseite des Ringläufers 10 verschleissfest und mit guten Gleiteigenschaften ausgestattet sein und daher eine Deckschicht aufweisen. Bei entsprechender Fadenspannung kann es sich ergeben, dass der Ringläufer seitlich verkippt auf einem Ring entlang läuft, so dass es sich als vorteilhaft erweisen kann, auch die beiden Stirnseiten 2 mit einer Deckschicht zu versehen.
[0043] Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemässen Ringläufers, bei dem die Deckschicht unmittelbar auf dem Kern angeordnet ist.
Die Ringläufer wird vorzugsweise vollflächig für mit einer Deckschicht 24 beschichtet, obwohl es auch möglich ist, nur die mechanisch und/oder chemisch stark beanspruchten Bereiche mit einer Deckschicht 24 zu versehen. Wie oben unter Fig. 1 erwähnt muss insbesondere im Bereich der Lauffläche 1 eine mit 3 bezeichnete Innenseite des Ringläufers 10 verschleissfest und mit guten Gleiteigenschaften ausgestattet sein und daher eine Deckschicht aufweisen. Ebenso kann es vorteilhaft sein die beiden Stirnseiten 2 mit einer Deckschicht 24 zu versehen.
[0044] Der erfindungsgemässe Ringläufer wird erhalten, indem der vorzugsweise gehärtete, polierte und entfettete Kern in einer Reaktionskammer auf 700 deg. bis 1200 deg. C erhitzt wird. Dabei reduziert sich die Härte im Kern auf HV 100-400.
Anschliessend wird gemäss dem CVD Verfahren (chemical vapor deposition) in die Reaktionskammer ein Abscheidungsgas eingeleitet. Falls die Deckschicht Titancarbonitrid enthält wird als Abscheidungsgas CH3CN und TiCl4 verwendet. Die Abscheidungsgase, die bei der Herstellung der Chromnitrid-Schicht oder Vanadiumcarbid-Schicht verwendet werden, sind dem Fachmann bekannt. Auf der Oberfläche des Kerns wird dabei eine Schicht mit Titancarbonitrid, Chromnitrid oder Vanadiumcarbid aufgetragen. Dieses Verfahren kann mehrfach angewendet werden, so dass mehrere Lagen der Deckschicht entstehen. Zwischen dem Aufbringen der einzelnen Lagen der Deckschicht wird der Ringläufer jeweils vorzugsweise gekühlt. Anschliessend wird der beschichtete Ringläufer unter Schutzgas, vorzugsweise unter Stickstoff, während 1 bis 2 Stunden, vorzugsweise 2 Stunden abgekühlt.
Die so erhaltene Deckschicht weist eine kristallisierte Nadelstruktur auf. Der so erhaltene Ringläufer wird anschliessend vorzugsweise nachgehärtet, in heissem Öl oder Warmbad abgeschreckt und bei 285 deg. C 1 Stunde angelassen. Schliesslich können die Ringläufer noch poliert werden, um eine fadenfeine Oberfläche zu erhalten.
The invention relates to a ring traveler for ring spinning or ring twisting machines and a method for its production.
Ring rotors of ring spinning and ring twisting machines are used at high speed (30 m / sec. To 50 m / sec.) On rings of the corresponding ring spinning or ring twisting machines. Therefore, both the contact surface between ring traveler and ring and the contact surface between ring traveler and thread are subjected to high wear. To increase production, however, increasingly higher running speeds of the ring travelers are required. By achieving longer service lives, costs should be reduced at the same time.
By coating the ring travelers with appropriate materials, their operating properties have been significantly improved in recent years.
The wear resistance both at the thread passage and at the ring contact surface could not be improved to the desired extent at very high rotor speeds (> 40 m / s).
DE 3 545 484 describes a ring traveler for a spinning machine which carries a ceramic coating layer which covers at least the surface area which comes into contact with the ring. The ceramic coating layer consists of one or more layers selected from a carbide layer such as SiC, TiC, ZrC, a nitride layer such as TiN, TiCN, ZrN, an oxide layer such as Al2O3, ZrO3, SiO2 or a boride layer such as TiB2 and ZrB2. The ceramic layers are applied to the core by the CVD or PVD method. Subsequently, the coated ring travelers are quenched and ground.
The titanium carbide layers and titanium nitride layers have a hardness of 1900 to 2500 HV (Vickers hardness).
In CH 487 535 a ring traveler for spinning and twisting machines is described, wherein the ring and / or the rotor is coated with a coating of titanium aluminum nitride.
[0006] CH 589 723 describes a process for coating inorganic substrates with carbides, nitrides or carbonitrides.
The object of the present invention is to provide a ring traveler for ring spinning or ring twisting machines available, which has improved corrosion protection and improved running properties.
In addition, a method for producing such a ring traveler is given.
The problem is solved by a ring traveler, which has the features specified in claim 1, or by a method according to claim 9. Further preferred embodiments are the subject of the dependent claims.
A ring traveler according to the invention for ring spinning or ring twisting machines has a core of a ferrous material or a plastic, on which at least partially a cover layer is arranged. The cover layer consists of one or more layers of an oxide ceramic, nitride ceramics, carbide ceramics, boride ceramics, a metal alloy or mixtures thereof.
The thickness of the cover layer is less than 90 nanometers (nm) (1/1 000 000 mm = the millionth part of a millimeter).
The small layer thickness results in a particularly good connection of the cover layer with the core of the ring traveler. The cover layer has fewer defects, which are caused, for example, by mechanical stress, such as those caused by the use of ring travelers. Contrary to the opinion prevalent in the art, with low layer thicknesses, i. Layer thicknesses in the range of a few nanometers, not only affect optical, chemical or electrical properties of the treated surface, but it also improves the mechanical properties surprisingly strong. Therefore, the ring travelers of the invention as a whole have a greatly improved wear resistance, in particular at the thread passage and at the ring system.
The wear resistance compared to ring travelers with a conventional coating is much higher, which also extends the service life. This reduces operating costs significantly. Due to the cover layer of the inventive ring traveler has a good abrasion resistance and corrosion resistance.
In a preferred embodiment, the cover layer contains TiCN, particularly preferably pure TiCN, which has a hardness of HV 0.025 from 2600 to 3600. TiCN is hard and at the same time relatively tough, which makes it particularly suitable as a cover layer of the ring traveler according to the invention.
In a preferred embodiment, a layer is applied as the first layer of the cover layer on the core, which contains TiN. It would also be possible to use other metal nitrides instead of TiN, such as CrN.
The titanium nitride layer has a very good affinity for the iron material, which in the long term increases the stability of the ring traveler. For example, material chipping can be prevented.
The cover layer of the ring traveler according to the invention may be single-layer or multi-layered. The cover layer has a thickness of less than 90 nm, preferably less than 70 nm, and more preferably less than 40 nm.
In a particularly preferred embodiment, the cover layer is applied over the entire surface of the core.
The core of the ring traveler can be made of plastic. Particularly suitable are polyamides, in particular polyamide 6,6 and reinforced with glass or aramid fibers polyamide 6,6, which are processable by injection molding and therefore available in virtually any shape.
There are also other plastics conceivable.
If the core of the ring traveler made of iron material, any steel form can be used for this, but particularly suitable is the core of the ring traveler made of a non-alloy tool steel, cold work steel, a spring steel or a high-speed steel.
The inventive ring traveler with a core of iron material is prepared in which the core is at least partially coated with a cover layer. In this case, in a first step, the core in a reaction chamber at 150 °. up to 1200 deg. C heated. In PVD process the temperature is 150 deg. C up to 500 deg. C. In CVD method the temperature is 600 deg. C up to 1200 deg. C.
Subsequently, a deposition gas is introduced into a reaction chamber, so that a layer of titanium carbonitride, chromium nitride or vanadium carbide is applied to the surface of the core. Subsequently, the coated ring traveler is slowly cooled under inert gas for 1 to 2 hours. The slow cooling of the coated ring traveler under inert gas is an essential process step, because only then can it be ensured that the resulting cover layer has a crystallized needle structure, and thus has a very low residual stress.
The size of the crystals is in the range of 5 to 40 nm.
Preferably, the nano-oxide ceramic is selected from the group consisting of AlO3, TiO2, TiO, ZrO2, SiO2, SiO, ZnO, MgO, BeO, Cr2O3, InO3 or mixtures thereof.
In a preferred embodiment, the nano-nitride ceramic is selected from the group consisting of AlN, TiN, TiCN, Si 3 N 4, TaN, GaN, BN, InN, CrN or mixtures thereof.
In a further preferred embodiment, the nano-carbide ceramic from the group consisting of AlC, TiC, ZrC, Br4C, NbC, WC, TaC, HfC, VC, CrC, C (diamond, diamond like carbon (DLC)) or Mixtures thereof selected.
In a preferred embodiment, the boride ceramic is selected from a group consisting of AlB, TiB2, ZrB2,
HfB2 or mixtures thereof.
In another preferred embodiment, the metal alloy is selected from the group consisting of zinc or zinc alloys.
In a preferred embodiment, the cooled ring traveler is postcured, in which the hardening temperature is adapted to the core carbon, for example at 840 deg. C and kept for 30 minutes.
In a further preferred embodiment, the postcured ring traveler is quenched in a thermal bath (80 ° C. warm oil or a warm bath at 170-260 ° C.) and heated at 200 to 350 ° C. C tempered for 0.5 to 1.5 hours, that is, subjected to a heat treatment.
This gives the ring traveler a greater toughness and elasticity, which ensures a longer service life of the ring traveler and has a very favorable effect on the layer adhesion.
If the core of the ring traveler made of plastic, known injection molding methods are used. However, other plastic processing methods are also conceivable.
The coating of the ring travelers can be done by a whole series of methods. PVD (physical vapor deposition) and CVD (chemical vapor deposition) are well suited for the nano-coating of metallic materials. The sol-gel process is suitable for all materials.
Also useful are the photolithography process for creating three-dimensional structures and the dip-pen nanolithography process for partial coatings.
In a preferred embodiment of the invention, the surface of the ring traveler is additionally polished before and / or after the coating, so that a smooth surface is obtained. As polishing agents are suitable, e.g. diamond-containing pastes or abrasives which are above the hardness of the topcoat.
The core is preferably degreased prior to coating.
In a preferred embodiment, at least partially an intermediate layer is arranged on the core of the ring traveler according to the invention. There are also several intermediate layers, for example, consisting of different materials intermediate layers possible.
Particularly preferably, the intermediate layer is arranged over the entire surface of the core of the ring traveler, or the surface of the core. The intermediate layer consists of one or more layers of a nano-oxide ceramic, a nano-nitride ceramic, a nano-carbide ceramic, a nano-boride ceramic, a pure metal, a metal alloy or mixtures thereof. In addition, the intermediate layer is different from the cover layer. This means that the intermediate layer and top layer are made of different materials.
By combining the intermediate layer with the cover layer, it is possible to control the surface properties of the novel ring traveler in a very targeted manner.
A pure metal as used herein contains at least 95%, preferably at least 98% and most preferably at least 99% of the metal of interest.
In a further preferred embodiment, the intermediate layer consists of a pure metal or a metal alloy. Particularly preferred metal alloys are chromium alloys or nickel alloys. Intermediate layers of chromium or chromium alloys used to protect the substrate (in this case the core of the ring traveler) are also referred to as hard chrome. The coating of the ring travelers with metal alloys, in particular with hard chrome and nickel alloys, can take place both chemically and electrolytically.
Preferred metals are chromium and nickel. Preferred nickel alloys are NiP and NiB.
In another preferred embodiment, the thickness of the intermediate layer is kept very small, that is, it is less than 90 nm, preferably less than 70 nm and more preferably less than 40 nm. Due to the very small thickness of the intermediate layer, the dimensions of inventive ring traveler practically not affected. Furthermore, the intermediate layer (and also the cover layer) itself may contain or consist of nanoparticles. Nanoparticles denote a composite of a few to a few thousand atoms or molecules. The size is typically from 1 to 100 nanometers. The nanoparticles may also be nanocrystalline, i. have a crystalline structure.
A nanocrystal is a crystalline material whose size is in the range of nanometers, a nanoparticle with a largely crystalline structure. Since many of the electrical and thermodynamic properties of nanoparticles are dependent on their size, the expression of these properties and thus the surface properties of the inventive ring travelers can be controlled by precise processing of the substances.
The novel ring travelers can be used both in spinning as well as in twisting.
Their good running properties, such as good sliding and low wear, are particularly advantageous in cooperation with coated steel rings to advantage, but they can also be used on other rings, such as on sintered or uncoated rings.
The inventive ring travelers with a Nanotitancarbonitrid cover layer can be used universally, but they are particularly suitable for ring travelers who are exposed to relatively high forces or if there is a lack of lubrication.
The inventive ring travelers with a Nanovanadiumcarbid cover layer can also be used universally, but are particularly preferred if it is operated at a very high speed, since the Nanovanadiumcarbid top layer is very hard, i. E.
has a hardness of 3000-4000 HV.
The novel ring travelers with a nanochrome nitride cover layer can also be used universally, but are particularly preferred in the production of blended yarns, since the cover layer is very resistant to corrosion and in the production of synthetic yarns, finishing and chlorine-containing fibers are used, which the corrosion increases naturally.
The ring traveler according to the invention will be explained in more detail below with reference to embodiments shown in the drawings. It is purely schematic
<Tb> FIG. 1a-1f <sep> different embodiments of ring travelers
<Tb> FIG. 2 <sep> the section of a first embodiment of the ring traveler according to the invention, in which the cover layer is applied directly to the core.
1a to 1f show ring travelers 10a, ..., 10f in different embodiments. In Fig. 1a and 1b are shown egg-shaped ring travelers 10a, 10b, as they are typically used on T-flange rings of ring spinning or ring twisting machines. By contrast, FIGS. 1c to 1f show ear and hook-shaped ring travelers 10c, 10f. The ring travelers 10c and 10d are used on helical flange rings, the ring travelers 10e on conically running and the ring travelers 10f on vertically extending flange rings.
1, the areas of the ring travelers 10a, ..., 10f are respectively marked, which form the running surfaces sliding on the flange rings during operation.
In this case, in the case of the C-shaped ring travelers 10a, 10b, both flanks a, b serve as a running surface due to their symmetrical design. In the ear or oblique flange and SU ring travelers 10c, ..., 10f, the area 1 of the treads is clearly defined by the shape.
The ring travelers 10 or 10a,... 10f according to the invention can be produced in the embodiments shown in FIGS. 1a,..., 1f or in any further embodiments.
A ring traveler 10 according to the invention has an uncoated core 20 consisting of an iron material. At least in the region 1 of the running surfaces, with which it is guided on a ring of a ring spinning or ring twisting machine, a cover layer 24 of chromium nitride, vanadium carbide or titanium carbonitride is arranged on the core.
The thread passage is in the designated 4 areas of the ring travelers 10a, ... 10f.
In the area of the tread 1, an inner side of the ring traveler 10, which is designated by 3, must be provided in a wear-resistant manner and with good sliding properties and therefore have a covering layer. With appropriate thread tension, it may turn out that the ring traveler is tilted sideways running on a ring, so that it may prove advantageous to provide the two end faces 2 with a cover layer.
FIG. 2 shows a section through a first embodiment of the ring traveler according to the invention, in which the cover layer is arranged directly on the core.
The ring traveler is preferably coated over its entire surface with a cover layer 24, although it is also possible to provide only the regions subject to high mechanical and / or chemical stress to a cover layer 24. As mentioned above in FIG. 1, in particular in the area of the running surface 1, an inside of the ring traveler 10, designated 3, must be wear-resistant and be provided with good sliding properties and therefore have a cover layer. Likewise, it may be advantageous to provide the two end faces 2 with a cover layer 24.
The inventive ring traveler is obtained by the preferably cured, polished and degreased core in a reaction chamber to 700 °. up to 1200 deg. C is heated. The hardness in the core is reduced to HV 100-400.
Subsequently, a deposition gas is introduced into the reaction chamber according to the CVD method (chemical vapor deposition). If the top layer contains titanium carbonitride, CH3CN and TiCl4 are used as the deposition gas. The deposition gases used in the production of the chromium nitride layer or vanadium carbide layer are known to those skilled in the art. A layer of titanium carbonitride, chromium nitride or vanadium carbide is applied to the surface of the core. This method can be applied several times, so that several layers of the top layer arise. Between the application of the individual layers of the cover layer, the ring traveler is preferably cooled in each case. Subsequently, the coated ring traveler is cooled under protective gas, preferably under nitrogen, for 1 to 2 hours, preferably 2 hours.
The cover layer thus obtained has a crystallized needle structure. The ring traveler thus obtained is then preferably postcured, quenched in hot oil or hot bath and at 285 deg. C tempered for 1 hour. Finally, the ring travelers can still be polished to obtain a thread-fine surface.