DE2306839B2 - Elektrisch leitfähiges Führungsstück - Google Patents
Elektrisch leitfähiges FührungsstückInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisch leitfähiges Führungsstück gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
Führungsstücke für band- oder strangförmige Aufzeichnungsträger
sollten sowohl eine hohe Abriebfestigkeit zum Verhindeirv alter·'jgsbedingter Bandgeschwindigkeitsändensngen
als auch eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen, us ein Anhaften des
Aufzeichnungsträgers aufgrund elektrostatischer Aufladung zu vermeiden.
In bezug auf die Abriebfestigkeit sind Führungsstücke aus keramischem Material metallischen Führungsstükken
überlegen. Bei nicht leitenden keramischen Führungsstücken (FR-PS 10 35 258) ergeben sich jedoch
Probleme durch das Anhaften des Aufzeichnungsträgers aufgrund elektrostatischer Aufladung.
Deshalb besteht ein bekanntes Führungsstück (US-PS 23 69 266) gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1 aus isolierendem TiO2, dem leitende Materialien,
beispielsweise TI2O3 zugesetzt worden sind. Durch diese
Zusätze wird zwar eine gewisse Leitfähigkeit erreicht, aber auch gleichzeitig die Härte und damit die
Abriebfestigkeit herabgesetzt Zudem ist die erzielte Leitfähigkeit bei bestimmten Umgebungsbedingungen
nicht ausreichend, elektrostatische Aufladung vollständig zu verhindern. Auch weist Titandioxid mit Zusätzen
einen verhältnismäßig großen Reibungsbeiwert auf.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein elektrisch leitfähiges Führungsstück gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 im Hinblick auf eine zur Vermeidung elektrostatischer Aufladung ausreichende
elektrische Leitfähigkeit bei guter Abriebfestigkeit und geringem Reibungswert weiterzubilden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs I angegebenen
Mittel gelöst. Titanmonoxid ist zwar eine Keramik, weist aber dennoch eine verhältnismäßig große
elektrische Leitfähigkeit auf, die unter allen Betriebsbedingungen elektrostatische Aufladungen vollständig
verhindert. Aufgrund der kubisch-flächenzentrierten Kristallstruktur ist Titanmonoxid mechanisch äußerst
stabil, so daß auch nach langer Betriebszeit kaum Abrieb auftritt. Gleichzeitig ist der Reibungsbeiwert von
Titanmonoxid außerordentlich niedrig. Weiter ist vorteilhaft, daß Titanmonoxid eine ausgezeichnete
thermische Leitfähigkeit hat, so daß eine übermäßige Erwärmung des Aufzeichnungsmaterials und des Führungsstückes
vermieden wird.
Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Führungsstückes ist in devn Patentanspruch
2 angegeben.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die
Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Führungsstückes,
F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Führungsstückes,
F i g. 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Führungsstückes,
Fig.3 ein Diagramm, aus welchem die Beziehung
zwischen dem Reibungsbeiwert und der Belastung hervorgeht,
Fig.4 ein Diagramm, aus welchem die Beziehung
zwischen dem Reibungsbeiwert und der Temperatur hervorgeht,
Fig.5 ein Diagramm, aus welchem die Beziehung zwischen dem Reibungsbeiwert und der relativen Feuchte hervorgeht
Fig.5 ein Diagramm, aus welchem die Beziehung zwischen dem Reibungsbeiwert und der relativen Feuchte hervorgeht
Nach einer ausführlichen Forschung mit dem Ziel, Aufnahme- und Wiedergabesignale gleichmäßig guter
Qualität über einen längeren Zeitraum durch ständige Erzeugung einer stabilen Spannung in einem laufenden
Magnetband zu erhalten, wurde gefunden, daß ein elektrisch leitfähiges, keramisches Führungsstück, welches
ein geformtes und gesintertes Element aus Titanmonoxyd mit einer kubisch-Pächenzentrierten
Kristallstruktur umfaßt, als Führungsstück für Magnetbänder außerordentlich überlegen ist
Fig. 1 zeigt ein Führungsstück A mit einem hohlzylindrischen Körper 1, der eine metallische
Schraube 2 aufnimmt Das Führungsstück umfaßt ferner
eine Bodenplatte 3 und eine metallische Haltemutter 4. Sowohl der Körper 1 als auch die Bodenplatte 3 sind
einstückig aus einem gesinterten Titanmonoxyd bestimmter Gestalt geformt, das Kristallpartikel mit einer
kubisch-fiächenzentrierten Kristallstruktur aufweist.
Die Schraube 2 reicht durch ein Durchgangsloch im Körper 1 und in der Bodenplatte 3 und durch die
aufgeschraubte Haltemutter 4 und steht in Verbindung mit einer Stütze 5, die zur Halterung des Führungsstükkes
dient
F i g. 2 zeigt ein Führungsstück B mit einem Körper 6 von hohler konischer Gestalt und kreisförmigem
Querschnitt Das Führungsstück B umfaßt ferner eine Gewindestange 7 mit Gewinden an beiden Enden, eine
Dachplatte 8 und eine Bodenplatte 9. Die Dach- und die Bodenplatte sind einstückig mit dem Körper 6. Ferner
sind eine metallische Hutmutter 10 und eine metallische Haltemutter 11 vorgesehen. Der Körper des Führungsstückes B, die Dachplatte 8 und die Bodenplatte 9 sind
jeweils aus einem gesinterten Titanmonoxyd bestimm-
eo ter Gestalt geformt, das Kristallpartikel mit einer
kubisch-flächenzentrierten Kristallstruktur aufweist. Die Gewindestange 7 reicht durch ein Durchgangsloch
in der Bodenplatte 9, den Körper 6 und die Dachplatte 8 und ist mit der Hutmutter 10 am oberen Ende und mit
der Haltemutter 11 am unteren Ende verschraubt. Ihr unten überstehendes Ende ist in eine Stütze 12
eingeschraubt, welche zur Halterung des Führungsstükkes dient.
Diese Fühningsstücke können beispielsweise in der folgenden Weise hergestellt werden.
Als Ausgangsmaterialien werden puderförmiges metallisches Titan und Titanoxyd in einem Molverhältnis
von 1 :1 miteinander vermischt Die entstehende Mischung wird durch Preßformung in eine bestimmte
gewünschte Gestalt gebracht Die geformte Mischung wird in einem inerten Gas z.B. in Argon, bei 13000C
gesintert Dadurch erhält man ein gesintertes, sehr hartes und festes Element, das die Dach- und/oder die
Bodenplatte umfaßt Dieses gesinterte Element besteht aus einem gesinterter, und geformten Titanmonoxyd,
dessen Kristallpartikel eine kubisch-fiächenzentrierte Kristallstruktur haben. Nach dem hier als Beispiel
angegebenen Verfahren brauchen also nur der Körper 1 und die Bodenplatte 3 des Führungsstückes A bzw. der
Körper 6 die Bodenplatte 8 und die Dachplatte 9 des Führungsstückes B hergestellt zu werden. Angemerkt
sei, daß den gemischten Ausgangsmaterialien zur Verbesserung der Sinterwirkung ungefähr 1 % Ton oder
ein ähnliches Materia! zugegeben werden kann.
Das in dieser Weise erhaltene Führungsstab A oder
B der ersten bzw. der zweiten Ausführungsform hat zur Führung dienende Abschnitte, die mit einem laufenden
band- oder strangförmigen Material in Berührung gebracht werden, so daß das Führungsstück A oder B
dem Material, insbesondere einem Magnetband ständig eine sehr stabile Spannung erteilen kann.
Durchgeführte Untersuchungen haben gezeigt daß die elektrisch leitfähigen, keramischen TiO-Führungsstücke,
deren Kristallpartikel eine kubisch-fiächenzentrierte Kristallstruktur haben, bei einer Benutzung z. B.
in Verbindung mit einem Magnetband auf Polyesterbasis einen erheblich kleineren Reibungsbeiwert als
übliche metallische Führungsstücke haben. Darüber hinaus erzeugen die beschriebenen keramischen Führungsstücke
praktisch keine Spannungsschwankungen im laufenden Band während einer ununterbrochenen
Benutzung über einen langen Zeitraum. Auch wurden die elektrisch leitfähigen, keramischen Führungsstücke
in einem hochwertigen Tonbandgerät eingesetzt und durch Wiedergabe eines Testbandes die Gleichlaufwerte
im unteren und oberen Frequenzbereich ermittelt Dabei ergaben sich Gleichlaufwerte von 0,02% und
weniger (Effektivwert) bei einer Bandgeschwindigkeit von 19 cm/sec. Dieser Wert ist unget'ähr ein Fünftel des
mit üblichen metallischen Führungsstücken zu erzielenden Wertes. Die Qualität des Tonbandgerätes konnte
also verbessert werden.
Die Gründe für den niedrigen Reibungsbeiwert des so elektrisch leitfähigen, keramischen Führungsstückes aus
einem geformten, gesinterten Element mit einer TiO-Phase und für seine Stabilität gegenüber Schwankungen
der Temperatur und der relativen Feuchte der Umgebung lassen sich vermutlich folgendermaßen
erklären. Das gesinterte Element aus TiO hat eine kubisch-fiächenzentrierte Kristallstruktur und ist außerdem
ein Oxyd des Titans. Es hat daher einen hohen Fließgrenzdruck bzw. eine hohe Quetschgrenze. Außerdem
liegen in den gesinterten TiO-Kristallpartikeln regulär angeordnete Sauerstoffatome und Gitterstörungen
des Titans vor. Daher hat das Führungsstück eine verringerte Berührungsfläche mit dem laufenden Band
bzw. Material. Gleichzeitig besitzt das Führungsstück eine große elektrische Leitfähigkeit. Bei dem Führungs- f>5
stück kann daher nicht das Band aufgrund einer auf ihm
angesammelten elektros'atischen Aufladung an dem Führungsstück anhaften- Darüber hinaus ist das
gesinterte Element mit TiO-Phase in bezug auf die gegenseitige Anordnung und Verteilung der JCristallpartikel
und der nicht kristallischen Bereiche relativ irregulär. Seine Kristallpartikel, die nadelartige Gebilde
mit einer Größe von ungefähr 5 bis 20 um sind, sind wahllos verteilt Daher hat das gesinterte Element mit
TiO-Phase die wesentliche Eigenschaft eines geringen Reibungswiderstandes.
_ Fig.3 zeigt die Ergebnisse einer Bestimmung der
Änderungen des Reibungsbeiwertes μ für die bier beschriebenen Führungsstücke und für Führungsstücke
nach dem Stande der Technik in Abhängigkeit von der Zugbelastung L eines laufenden Bandes, dessen
Basisseite in Berührung mit den Führungsstücken steht bei einer Umgebungstemperatur von 25° C und einer
relativen Feuchte der Umgebung von 73%. In der Darstellung der F i g. 3 ist längs der vertikalen Achse der
Reibungsbeiwert μ und längs der horizontalen Achse die ZugbpJastung L in Gramm des laufenden Bandes
aufgetragen. Die Kurve 13 zeig-, den Verlauf des Reibungsbeiwerles für elektrisch ieitiärige, keramische
Führungsstücke A und B. Die Kurve 14 zeigt den Verlauf des Reibungsbeiwertes für übliche metallische
Führungsstücke. Aus den Kurven der Fig.3 läßt sich
entnehmen, daß der Reibungsbeiwert μ bei Verwendung von keramischen Führungsstücken in der Größenordnung
von 0,2 liegt Der Reibungsbeiwert μ hat insofern eine negative Charakteristik, als sein Wert in einem
geringen Ausmaß mit zunehmender Zugbelastung des laufenden Bandes abnimmt Gleichwohl kann der
Reibungsbeiwert wenigstens ungefähr als konstant angesehen werden; er hat einen niedrigen Wert Daher
ist das beschriebene Führungsstück besonders in der in Fig.2 gezeigten konischen Ausführungsform den
bekannten metallischen Führungsstücken überlegen, die in einer konischen Form zu Problemen führen.
_ Fig.4 zeigt die Meßergebnisse bezüglich der Änderungen des Reibungsbeiwertes in Abhängigkeit von Temperaturänderungen für die hier beschriebenen Führungsstücke und für Führungsstücke nach dem Stfcjde der Technik bei einer Bandgeschwindigkeit von 19cm/sc In Fig.4 ist längs der vertikalen Achse der Reibungsbeiwert μ und längs der horizontalen Achse die Temperatur t in 0C aufgetragen. Die Kurve 15 zeigt den Verlauf des Reibungsbeiwertes für die elektrisch leitfähigen, keramischen Führungsstücke. Die Kurve 16 zeigt den Verlauf des Reibungsbeiwertes für übliche metallische Fühningsstücke. Aus Fig.4 läßt sich erkennen, daß Führungsstücke nach der Erfindung einen niedrigen und praktisch stabilen Reibungsbeiwert von ungefähr 0,2 besitzen.
_ Fig.4 zeigt die Meßergebnisse bezüglich der Änderungen des Reibungsbeiwertes in Abhängigkeit von Temperaturänderungen für die hier beschriebenen Führungsstücke und für Führungsstücke nach dem Stfcjde der Technik bei einer Bandgeschwindigkeit von 19cm/sc In Fig.4 ist längs der vertikalen Achse der Reibungsbeiwert μ und längs der horizontalen Achse die Temperatur t in 0C aufgetragen. Die Kurve 15 zeigt den Verlauf des Reibungsbeiwertes für die elektrisch leitfähigen, keramischen Führungsstücke. Die Kurve 16 zeigt den Verlauf des Reibungsbeiwertes für übliche metallische Fühningsstücke. Aus Fig.4 läßt sich erkennen, daß Führungsstücke nach der Erfindung einen niedrigen und praktisch stabilen Reibungsbeiwert von ungefähr 0,2 besitzen.
Fig.5 zeigt die Meßergebnisse bezüglich der
Änderungen des Reibungsbeiwertes von Führungsstükken
in Abhängigkeit von Änderungen der relativen Feuchte für aus Co-Fe2Os hergestellte Magnetbänder
bei einer Bandgeschwindigkeit von 19 cm/sec und einer
Temperatur (Raumtemperatur) von 400C In Fig.5 ist
längs der vertikalen Achse der Reibungsbeiwert μ und längs der horizontalen Achse die relative Feuchte Hm
°fo aufgetragen. Die Kurve 17 zeigt den Verlauf des
Reibungsbeiwertes von elektrisch leitfähigen, keramischen Führungsstücken, während die Kurve 18 den
Verlauf des Reibungsbeiwertes für die üblichen, metallischen Führungsstücke darstellt. Der Fig.5 läßt
sich entnehmen, dali sich der Reibungsbeiwert μ der
beschriebenen Führungsstücke, dessen Betrag in der Größenordnung von 0,2 liegt, ändert und die Änderung
eine Dositive Charakteristik hat. also der Wert vnn n mit
zunehmender relativer Feuchte etwas ansteigt. Im Vergleich zum Ausmaß der Änderung des Reibungsbeiwertes
von üblichen metallischen Führungsstücken ist die Änderung bei diesen Führungsstücken jedoch sehr
gering.
Es wurden außerdem Versuche bezüglich der Härte der elektrisch leitfähigen, keramischen Führungsstücke
durchgeführt Mit der Meßmethode nach Vickers bei einer Prüflast von 25 g wurde eine Härte zwischen 1450
und 1600 festgestellt. Mit anderen Worten ergab sich, daß die Führungsstücke nach der Erfindung gut
bearbeitbar, also z. B. gut schneidbar und schleifbar sind.
Die elektrisch leitfähigen, keramischen Führungsstükke, die jeweils ein geformtes und gesintertes Element
mit einer TiO-Phase umfassen, haben den weiteren Vorteil, daß sie die elektrostatische Aufladung der
Magnetbänder verhindern, weil sie eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit haben, obwohl das gesinterte
Element mit TiO-Phase ein Porzellan auf Metalloxydbasis ist. Genauer gesagt, hat das gesinterte Element mit
TiO-Phase eine hohe elektrische Leitfähigkeit in der Größenordnung von 1000—2000(Ω cm)-' bei Raumtemperatur.
Diese Leitfähigkeit wird durch den Sauerstoff sowie Gitterstörungen des Titans verursacht.
Selbst wenn sich also auf dem Magnetband aus irgendeinem Grunde eine elektrostatische Ladung
bildet, kann diese bei Berührung des Bandes mit dem Führungsstück A oder B1 das ein gut leitendes geformtes
und gesintertes Element mit TiO-Phase umfaßt, abgeleitet werden. Insgesamt können daher fehlerhaftes
Verhalten aufgrund elektrostatischer Aufladung des Magnetbandes und nieder- und hochfrequente Gleichlaufschwankungen
während der Aufnahme und der Wiedergabe vermieden werden. Darüber hinaus verringert
das Führungsstück die Ablagerung von Staub auf dem Führungsstück und auf dem Band auf ein Minimum.
Das Führungsstück ist den keramischen Führungsstükken die unter Verwendung elektrisch isolierenden
Porzellans auf Metalloxydbasis hergestellt sind, also in vieler Hinsicht überlegen.
Weiterhin hat das Führungsstück eine gute Wärmeleitfähigkeit. Es erzeugt also nur einen kleinen
thermischen Schock und wird im Betrieb nicht überhitzt. Entsprechend ist es auch als Führungsstück bei der
Herstellung künstlicher Fäden, Fasern und Filme geeignet In diesem Falle hilft das Führungsstück, die
Erzeugung von flockigem Faden-, Faser- und Filmstaub und dessen Ankleben aufgrund einer Beschädigung oder
einer elektrostatischen Aufladung zu vermeiden. Es trägt damit zur Verbesserung der Qualität und der
Produktivität bei der Herstellung solcher Artikel bei.
Es folgen noch einige aligemeine Ausführungen zu einem geeigneten Herstellungsverfahren für das neue
Führungsstück. Zuerst wird metallisches Titan mit Titandioxyd in einem Molverhältnis zwischen 1 :0,66
und 1 :1,22 gemischt Dann wird die Mischung zu einem Element der gewünschten Gestalt, beispielsweise wie
sie in F i g. 1 oder 1 gezeigt ist, geformt. Dieses Element wird anschließend bei einer Temperatur zwischen
12000C und 14500C im Vakuum oder in einem inerten
ι Gas gesintert. Auf dies« Weise erhält man ein gesintertes Element, bei dem eine TiO-Phase vorliegt.
Das sich ergebende TiO hat ein Zusammensetzungsverhältnis zwischen TiOoj und TiOi.i und die Kristallpartikel
dieses Elementes bekommen eine kubisch-flächenzentrierte Struktur.
Genauer gesagt, haben die entstehenden Kristallpartikel im Falle eines Mischungsverhältnisses, bei welchem
der Anteil von Titandioxyd kleiner als 0,66 in bezug auf den 1 betragenden Anteil des metallischen Titans ist, im
wesentlichen keine kubisch flächenzentrierte Struktur mit TiO-Phase, sondern gehören zu einem Mehrkomponentensystem
mit kubisch-raumzentrierten oder ähnlichen Strukturen. Diese letztere Struktur ist von
brüchiger Natur und daher für ein Führungsstück nicht
-%λ mphr WaSAJiTn^J1 WJann SiidefCrSCitS dwT Am*Cm dCS
Titandioxyds in bezug auf den 1 betragenden Anteil des Titans über 1,22 ansteigt, bekommen die Kristallpartikel
eine Struktur, die hauptsächlich keine kubisch flächenzentrierte ist, sondern diejenige eines Mehrkomponenten-Systems
ist, das rhombische und ähnliche Anteile ohne TiO-Phase aufweist. Diese Struktur hat eine
geringe elektrische Leitfähigkeit, ist von brüchiger Natur und hat einen hohen Reibungsbeiwert, ist also
nicht ^ehr für ein Führungsstück geeignet. Da im
in Vakuum oder in einem inerten Gas gesintert wird, wird
das Element nicht der Wirkung des Sauerstoffs in der umgebenden Atmosphäre ausgesetzt. Daher kann das
gewünschte TiO genau und leicht nach Maßgabe des Molverhältnisses zwischen dem metallischen Titan und
dem Titandioxyd erhalten werden. Außerdem läßt sich eine sowohl in bezug auf die Kosten als auch in bezug
auf die Herstellungstechniken befriedigende Herstellung des elektrisch leitfähigen, keramischen Führungsstückes verwirklichen, wenn man nur diejenigen
Abschnitte des Elementes, die mit dem laufenden Band oder dem ähnlichen Material in Berührung kommen, als
ein gesintertes Stück mit TiO-Phase in obiger Weise herstellt, die restlichen Abschnitte aus normalem
metallischen Material produziert und diese beiden Gruppen unterschiedlicher Abschnitte anschließend
miteinander verbindet Obwohl bei der Zusammensetzung des erwähnten gesinterten Stückes oder Elementes
mit TiO-Phase, das TiO-Verhältnis zwischen TiO0^
und TiOi.ι liegen kann, ist doch ein Zusammensetzungsverhältnis
von TiO10 für Führungsstücke am besten geeignet
Das Führungsstück zeigt also ausgeprägt gute Eigenschaften insbesondere bei der Führung von
Video-Magnetbändem, bei denen eine sehr dichte und qualitativ sehr hochstehende Aufzeichnung der Ton-
und der Bildinformation notwendig ist
Claims (2)
- Patentansprflche;J, Elektrisch leitfähiges Führungsstück aus gesintertem Titanoxid für üand- oder strangförmige Aufzeichnungsträger, insbesondere für Magnetbänder, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsstück (A; B) aus Titanmonoxid besteht, und mit dem band- oder strangförmigen Aufzeichnungsträger in Berührung kommende Abschnitte (1,3; 6, 8, 9) besitzt, die Kristallpartikel mit jeweils einer kubisch-flächenzentrierten Kristallstruktur aufweisen.
- 2. Verfahren zur Herstellung des Führungsstückes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus metallischem Titan und Titandioxid mit einem Molverhältnis zwischen 1 :0,66 und 1:1,22 (Titan/Titandioxid) hergestellt wird, daß die Mischung in ein Element der gewünschten Gestalt geformt wird, und daß dieses Element bei einer Temperatur zwischen 12000C und 1450°C im Vakuumfeder in einem inerten Gas gesintert wird, wodurch die Struktur der Kristallpartikel des Elementes zu einer kubisch-flächenzentrierten wird.
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |