CH697754A2 - Beschichteter Spinnring mit Nanopartikeln. - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spinn- oder Zwirnring für Ringspinn- oder Ringzwirnmaschinen mit einem Kern (20) aus einem Eisenwerkstoff, wobei auf dem Kern zumindest teilweise eine Deckschicht (25) mit einer Dicke von weniger als 40 nm angeordnet ist. Die Deckschicht kann eine oder mehrere Lagen umfassen und enthält Nano-Oxid-, Nano-Nitrid-, Nano-Carbid-, Nano-Boridkeramik oder Metall-Legierungen oder Mischungen davon. Durch die Deckschicht hat der erfindungsgemässe Spinn- oder Zwirnring eine gute Abriebfestigkeit und Korrosionsfestigkeit.

Description

  [0001] Die Erfindung betrifft einen Spinn- oder Zwirnring sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

[0002] Beim Spinn- oder Zwirnring handelt es sich um einen Bestandteil einer sogenannten Ringspinnmaschine. Dieser Spinnmaschinen-Typ wird in der Spinnerei-Industrie sehr oft eingesetzt. Der Spinnring wirkt dabei mit auf dem Spinnring aufgesetzten Ringläufer 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 Verschleiss- und Korrosionsschäden und schlechtes spinntechnisches Verhalten sind die Folge.

   Durch Erreichen höherer Standzeiten sollten gleichzeitig die Kosten gesenkt werden.

[0003] Durch Beschichtung der Spinn- oder Zwirnringe mit entsprechenden Materialien konnten deren Betriebseigenschaften in den letzten Jahren verbessert werden. Allerdings konnte die Verschleissfestigkeit an der Kontaktfläche zwischen Spinn- oder Zwirnring und Ringläufer bei sehr hohen Läufergeschwindigkeiten (> 40 m/s) nicht im gewünschten Ausmass verbessert werden.

[0004] Die Herstellung eines Spinn- oder Zwirnringes 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.

[0005] 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, Verchromen, chemisches Vernickeln, Nickeldispersionsschichten etc.

[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 Spinn- oder Zwirnring zur Verfügung zu stellen, der einen verbesserte Verschleissfestigkeit und verbesserte Laufeigenschaften aufweist.

   Zudem wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Spinn- oder Zwirnrings angegeben.

[0008] Das Problem wird gelöst durch einen Spinn- oder Zwirnring, welcher die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, beziehungsweise durch ein Verfahren gemäss Anspruch 10. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

[0009] Ein erfindungsgemässer Spinn- oder Zwirnring weist einen Kern aus einem Eisenwerkstoff oder Sintermaterial (z.B. vergütbare Sinterstahlwerkstoffe mit verschiedenen Porositätsgraden bzw. Dichten) 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 40 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 Spinn- oder Zwirnrings. Die Deckschicht weist weniger Defekte auf, die beispielsweise durch mechanische Beanspruchung, wie sie beim Aufsetzen von Ringläufern entstehen, 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 Spinn- oder Zwirnringe insgesamt eine stark verbesserte Verschleissfestigkeit bei gleichzeitig günstigen Reibwerten für den Ringläufer. Die Verschleissfestigkeit gegenüber Spinn- oder Zwirnringen mit einer herkömmlichen Beschichtung ist signifikant höher, wodurch auch die Standzeiten verlängert werden. Dadurch sinken die Betriebskosten erheblich. Durch die Deckschicht hat der erfindungsgemässe Spinn- oder Zwirnring eine sehr gute Abriebfestigkeit und Korrosionsfestigkeit.

[0011] Die Deckschicht des erfindungsgemässen Spinn- oder Zwirnrings kann ein- oder mehrlagig sein.

   Die Deckschicht weist eine Dicke von weniger als 40 nm, vorzugsweise von weniger als 30 nm und besonders bevorzugt von weniger als 20 nm, auf.

[0012] In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Nano-Oxidkeramik aus der Gruppe bestehend aus AIO3, TiO2, TiO, ZrO2, SiO2, SiO, ZnO, MgO, BeO, Cr2O3, InO3 oder Mischungen davon, ausgewählt.

[0013] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Nitridkeramik aus der Gruppe bestehend aus AlN, TiN, TiCN, Si3N4, TaN, GaN, BN, InN, CrN oder Mischungen davon ausgewählt.

[0014] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Carbidkeramik wird aus der Gruppe bestehend aus AlC, TiC, ZrC, Br4C, NbC, WC, TaC, HfC, C (Diamant), VC, CrC oder Mischungen davon, ausgewählt.

   Deckschichten, die C(Diamant; auch Diamond like carbon (DLC) genannt)) umfassen, werden mittels PVD oder CVD aufgetragen.

[0015] In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Boridkeramik aus einer Gruppe bestehend aus AlB, TiB2, ZrB2, HfB2 oder Mischungen davon ausgewählt.

[0016] In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Deckschicht TiCN, besonders bevorzugt reines TiCN, das eine Härte von HV (Vickers-Härte) 0.025 von 2600 bis 3600 aufweist. TiCN ist hart und gleichzeitig relativ zäh, was es besonders geeignet als Deckschicht des erfindungsgemässen Spinn- oder Zwirnrings macht.

[0017] 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 oder Metallkarbide zu verwenden, wie zum Beispiel CrN CrC.

   Die Titannitridschicht weist eine ausgesprochen gute Affinität zum Eisenwerkstoff auf, was langfristig die Stabilität des Spinn- oder Zwirnrings erhöht. So kann beispielsweise Materialabplatzungen vorgebeugt werden.

[0018] Der erfindungsgemässe Spinn- oder Zwirnring weist einen aus Eisenwerkstoffen 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 und 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 Verschleissfestigkeit noch weiter markant gesteigert. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Deckschicht Reinzink.

[0019] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Deckschicht vollflächig auf dem Kern aufgebracht.

[0020] Wird der Kern des Spinn- oder Zwirnrings aus Eisenwerkstoff gefertigt, kann hierfür jede beliebige Stahlform verwendet werden. Besonders geeignet für den Kern des Spinn- oder Zwirnrings sind jedoch Eisenwerkstoffe aus einem unlegiertem Werkzeugstahl, Kaltarbeitsstahl, einem Kugellagerstahl oder einem Schnellstahl. Spinn- oder Zwirnringe können auch aus Sintermaterial mittels Sinterverfahren hergestellt werden.

[0021] Der erfindungsgemässe Spinn- oder Zwirnring mit einem Kern aus Eisenwerkstoff oder Sintermaterial wird hergestellt, in dem der Kern zumindest teilweise mit einer Deckschicht überzogen wird.

   Dabei wird in einem ersten Schritt der Kern in einer Reaktionskämmer 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 Reaktionskämmer ein Abscheidungsgas eingeleitet, so dass auf der Oberfläche des Kerns eine Schicht mit Titancarbonitrid, Chromnitrid oder Vanadiumcarbid aufgetragen wird. Anschliessend wird der beschichtete Spinn- oder Zwirnring unter Schutzgas während 1 bis 2 Stunden langsam abgekühlt. Das langsame Abkühlen des beschichteten Spinn- oder Zwirnrings unter Schutzgas stellt einen wesentlichen 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.

[0022] In einer bevorzugten Ausführungsform wird der abgekühlte Spinn- oder Zwirnring nachgehärtet, in dem die Härtetemparatur dem Kernkohlenstoff angepasst wird, beispielsweise bei 840 deg. C und für 30 Minuten gehalten wird.

[0023] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der nachgehärtete Spinn- oder Zwirnring 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 Spinn- oder Zwirnring eine grössere Zähigkeit und Elastizität, was eine längere Betriebsdauer des Spinn- oder Zwirnring gewährleistet und sich ebenfalls sehr günstig auf die Schichthaftung auswirkt.

[0024] Die Beschichtung der Spinn- oder Zwirnring erfolgt mittels PVD- (physical vapor deposition), CVD- (chemical vapor deposition) oder Sol-Gel-Verfahren. Ebenfalls eingesetzt werden können Photolithographie-Verfahren zur Erzeugung von dreidimensionalen Strukturen und das Dip-Pen-Nanolithographie-Verfahren für partielle Beschichtungen.

[0025] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Oberfläche des Spinn- oder Zwirnring 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.

[0026] Der Kern wird vor der Beschichtung bevorzugt noch entfettet.

[0027] In einer bevorzugten Ausführungsform ist auf dem Kern des erfindungsgemässen Spinn- oder Zwirnrings 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 Spinn- oder Zwirnrings, 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 Spinn- oder Zwirnrings sehr gezielt zu steuern.

[0028] Ein reines Metall, wie hierin verwendet, enthält mindestens 95%, bevorzugt mindestens 98% und besonders bevorzugt mindestens 99% des betreffenden Metalls.

[0029] 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 Spinn- oder Zwirnrings) werden auch als Hartchrom bezeichnet.

   Die Beschichtung der Spinn- oder Zwirnringe 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.

[0030] In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird die Dicke der Zwischenschicht sehr klein gehalten, d.h., sie beträgt weniger als 40 nm, bevorzugt weniger als 30 nm und besonders bevorzugt weniger als 20 nm. Durch die sehr geringe Dicke der Zwischenschicht werden die Dimensionen der erfindungsgemässen Spinn- oder Zwirnringe 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 Spinn- oder Zwirnringe durch präzise Verarbeitung der Stoffe kontrolliert werden.

[0031] Die erfindungsgemässen Spinn- oder Zwirnringe können sowohl in Spinnereinen als auch in Zwirnereien verwendet werden.

   Ihre guten Laufeigenschaften, wie zum Beispiel ihre guten Reibwerte und der geringe Verschleiss, kommen besonders vorteilhaft im Zusammenwirken mit (beschichteten) Ringläufern zur Geltung.

[0032] Die erfindungsgemässen Spinn- oder Zwirnringe mit einer Titancarbonitrid-Deckschicht können universell eingesetzt werden, sie sind aber insbesondere geeignet für Spinn- oder Zwirnringe, die relativ hohen Kräften ausgesetzt sind oder wenn eine Mangelschmierung vorliegt.

[0033] Die erfindungsgemässen Spinn- oder Zwirnringe mit einer Vanadiumcarbid-Deckschicht können ebenfalls universell eingesetzt werden, sind jedoch besonders bevorzugt, falls mit einer sehr hohen Laufgeschwindigkeit gearbeitet wird, da die Vanadiumcarbid Deckschicht ausgesprochen hart ist, d.h.

   eine Härte von 3000-4000 HV aufweist.

[0034] Die erfindungsgemässen Spinn- oder Zwirnringe mit einer Chromnitrid-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 erhöht.

[0035] 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 Zwirnrings in Seitenansicht;


  <tb>Fig. 2<sep>einen Grundriss einer Ausführungsform eines Spinn- oder Zwirnrings;


  <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 Zwirnrings;


  <tb>Fig. 4b<sep>einen Profilquerschnitt eines Spinnrings mit teilweise angeordneter Deckschicht;


  <tb>Fig. 4c<sep>einen weiteren Profilquerschnitt eines Spinnrings 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 Spinnrings;


  <tb>Fig. 6b<sep>einen Profilquerschnitt eines gedrehten Spinn- oder Zwirnrings mit teilweise angeordneter Deckschicht;


  <tb>Fig. 6c<sep>einen weiteren Profilquerschnitt eines gedrehten Spinnrings mit teilweise angeordneter Deckschicht;


  <tb>Fig. 6d<sep>einen Profilquerschnitt eines gedrehten Spinn- oder Zwirnringes mit vollflächig angeordneter Deckschicht;


  <tb>Fig. 7a<sep>einen Grundriss einer Ausführungsform eines zweiteiligen Spinn oder Zwirnrings;


  <tb>Fig. 7b<sep>eine Seitenansicht eines zweiteiligen Spinn- oder Zwirnrings;


  <tb>Fig. 7c<sep>eine Ausführungsform eines zweiteiligen Spinn- oder Zwirnringes von unten;


  <tb>Fig. 7d<sep>eine perspektivische Ansicht eines zweiteiligen Spinn- oder Zwirnrings;


  <tb>Fig. 7e<sep>eine weitere perspektivische Ansicht eines zweiteiligen Spinn- oder Zwirnrings.

[0036] In Fig. 1 wird ein Spinn- oder Zwirnring 1 gezeigt, wie er typischerweise in Ringspinn- 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 Ringläufer werden auf den kopfseitigen Flansch 5 aufgesetzt. Die Spinn- oder Zwirnringe werden beispielsweise durch Verschraubung oder mittels Klemmelementen an der Ringbank befestigt.

[0037] Fig. 2 zeigt einen Grundriss eines Spinn- oder Zwirnrings 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.

[0038] 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.

[0039] 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.

[0040] Fig. 4b zeigt einen Profilquerschnitt durch einen im Tiefziehverfahren hergestellten Spinnring. Der Kern 20 des Spinnrings bildet die drei formbestimmenden Teile, nämlich den kopfseitigen Flansch 5, den Steg 10 und den am unteren Rand liegende Befestigungsflansch 15. Im abgebildeten Beispiel ist auf dem kopfseitigen Flansch 5 eine erfindungsgemässe Deckschicht 25 mit dem Hauptbestandteil Zink angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Deckschicht 25 mehr also 80%, in weiteren bevorzugten Ausführungsformen mehr als 95% beziehungsweise mehr als 99% Zink. 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 Ringspinn- 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.

[0041] 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 erfindungsgemässen 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.

[0042] 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.

[0043] 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.

[0044] 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 Befestigungsfuss 15 und den beide verbindenden Steg 10.

[0045] 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 erfindungsgemässe Deckschicht 25 angeordnet ist.

[0046] 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 erfindungsgemässe Deckschicht 25 angeordnet ist. Die erfindungsgemässe 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 mechanischen und thermischem Stress geschützt ist, wenn die Ringläufer aufgrund der Fadenspannung seitlich verkippt rotieren.

[0047] 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 erfindungsgemässe Deckschicht 25 angeordnet ist. Die Deckschicht 25 ist also vollflächig auf dem Kern 20 angeordnet.

[0048] Fig. 7a zeigt eine Ausführungsform eines zweiteiligen Spinn- oder Zwirnrings 1. Der Spinn- oder Zwirnring umfasst dabei einen Halter 2 und eine Krone 3.

   Durch die Zweiteiligkeit des Spinn- oder Zwirnrings 1 können für die gleiche Krone 3 unterschiedliche Halter 2 verwendet werden, womit den Erfordernissen verschiedener Spinnmaschinentypen Rechnung getragen werden kann.

[0049] Fig. 7b zeigt einen zweiteiligen Spinn- oder Zwirnring 1 in Seitenansicht. Die Krone 2 ist auf dem Halter 3 angeordnet, wobei die Krone 2 einen kopfseitigen Flansch 5 und einen Steg 10 aufweist.

[0050] Fig. 7c zeigt einen zweiteiligen Spinn- oder Zwirnring von unten. Dabei ist der Halter 3 und die Krone 2 sichtbar. Letztere wird jedoch durch den Halter 3 teilweise verdeckt. Der Halter 3 eines zweiteiligen Spinn- oder Zwirnrings entspricht dem Befestigungsflansch 15 (auch Befestigungsfuss genannt) eines einteiligen Spinn- oder Zwirnrings.

[0051] Fig. 7d zeigt einen zweiteiligen Spinn- oder Zwirnring 1 in perspektivischer Darstellung.

   Im Vordergrund zu sehen ist dabei der Halter 3, der die Krone 2 teilweise verdeckt.

[0052] Fig. 7e zeigt einen zweiteiligen Spinn- oder Zwirnring 1 wiederum in perspektivischer Darstellung. Dabei ist im Vordergrund die Krone 2 zu sehen, die den Halter 3 teilweise verdeckt.

[0053] Der erfindungsgemässe Spinn- oder Zwirnring 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) ein Abscheidungsgas in die Reaktionskammer eingeleitet. Falls die Deckschicht Titancarbonitrid enthält wird als Abscheidungsgas CH3CN und TiCl4 verwendet (Nanotitancarbonitrid-Deckschicht).

   Die Abscheidungsgase, die bei der Herstellung der Nanochromnitrid-Schicht oder Nanovanadiumcarbid-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 Spinn- oder Zwirnring jeweils vorzugsweise gekühlt. Anschliessend wird der beschichtete Spinn- oder Zwirnring 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 Spinn- oder Zwirnring wird anschliessend vorzugsweise nachgehärtet, in heissem Öl oder Warmbad abgeschreckt und bei 285 deg.

   C 1 Stunde angelassen. Schliesslich können der Spinn- oder Zwirnring noch poliert werden, um eine fadenfeine Oberfläche zu erhalten.

Claims (14)

1. Spinn- oder Zwirnring für Ringspinn- oder Ringzwirnmaschinen mit einem Kern aus einem Eisenwerkstoff oder Sintermaterial, wobei auf dem Kern mindestens teilweise eine Deckschicht angeordnet ist, wobei die Deckschicht aus einer oder mehreren Lagen einer Nano-Oxidkeramik, Nano-Nitridkeramik, Nano-Carbidkeramik, Nano-Boridkeramik, einer Metall-Legierung oder Mischungen davon besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Deckschicht weniger als 40 nm, bevorzugt weniger als 30 nm, besonders bevorzugt weniger als 20 nm beträgt.

2. Spinn- oder Zwirnring gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Nano-Oxidkeramik ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus AlO3, TiO2, TiO, ZrO2, SiO2, SiO, ZnO, MgO, BeO, Cr2O3, InO3 oder Mischungen davon.

3. Spinn- oder Zwirnring gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nano-Nitridkeramik ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus AlN, TiN, TiCN, Si3N4, TaN, GaN, BN, InN, CrN oder Mischungen davon.

4. Spinn- oder Zwirnring gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nano-Carbidkeramik ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus AlC, TiC, ZrC, Br4C, NbC, WC, TaC, HfC, C (Diamant), VC, CrC oder Mischungen davon.

5. Spinn- oder Zwirnring nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metall-Legierung ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Zink oder Zinklegierungen.

6. Spinn- oder Zwirnring gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nano-Boridkeramik ausgewählt wird aus einer Gruppe bestehend aus AlB, TiB2, ZrB2, HfB2 oder Mischungen davon.

7. Spinn- oder Zwirnring nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Eisenwerkstoff des Kerns ein unlegierter Werkzeugstahl, Kaltarbeitsstahl, ein Kugellagerstahl oder ein Schnellstahl ist.

8. Spinn- oder Zwirnring nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht vollflächig auf dem Kern aufgebracht ist.

9. Spinn- oder Zwirnring nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht des Spinn- oder Zwirnrings poliert ist.

10. Spinn- oder Zwirnring nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Kern mindestens teilweise eine Zwischenschicht angeordnet ist, wobei die Zwischenschicht aus einer oder mehreren Lagen einer Nano-Oxidkeramik, Nano-Nitridkeramik, Nano-Carbidkeramik, Nano-Boridkeramik, eines reinen Metalls, einer Metall-Legierung oder Mischungen davon besteht, wobei die Zwischenschicht verschieden von der Deckschicht ist.

11. Spinn- oder Zwirnring nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet dass die Zwischenschicht aus einem reinen Metall oder einer Metall-Legierung, bevorzugt aus einer Chrom- oder Nickel-Legierung besteht.

12. Spinn- oder Zwirnring nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Zwischenschicht weniger als 40 nm, bevorzugt weniger als 30 nm, besonders bevorzugt weniger als 20 nm beträgt.

13. Verfahren zur Herstellung eines Spinn- oder Zwirnrings gemäss einem der vorangehenden Ansprüchen mit einem Kern aus Eisenwerkstoff, wobei der Kern zumindest teilweise mit einer Deckschicht, in dem dass der Kern in einer Reaktionskammer auf 700 deg. C bis 1200 deg. C erhitzt wird, in die Reaktionskammer ein Abscheidungsgas eingeleitet wird, so dass auf der Oberfläche des Kerns eine Deckschicht angebracht wird, und der beschichtete Spinn- oder Zwirnring abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Spinn- oder Zwirnring unter Schutzgas während 1 bis 2 Stunden abgekühlt wird.

14. Verfahren zur Herstellung eines Spinn- oder Zwirnrings gemäss einem der vorangehenden Ansprüche mit einem Kern aus einem Eisenwerkstoff oder Sintermaterial, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung durch PVD-Verfahren, CVD-Verfahren, Sol-Gelverfahren oder Photolithographieverfahren vorgenommen wird.