DE2906012C2

DE2906012C2 - Garnführung für eine Garnheizung und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE2906012C2
Application number: DE19792906012
Authority: DE
Inventors: Philip Anthony Hexham Northumberland Lavin
Original assignee: HEATING ELEMENTS Ltd LEICESTER GB; Monitor Coatings And Engineers Ltd Wallsend Tyne & Wear Gb; Heating Elements Ltd Leicester; Monitor Coatings And Engineers Ltd Wallsend Tyne & Wear
Current assignee: HEATING ELEMENTS Ltd LEICESTER GB
Priority date: 1978-02-16
Filing date: 1979-02-16
Publication date: 1986-12-18
Also published as: DE2906012A1; FR2417563A1; HK56283A; CH636137A5; GB1597645A; FR2417563B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Garnführung für eine Garnheizung, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung entsprechend den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 8, vgl. US-PS 36 60 051.

Zahlreiche Garne können auf Streck-Texturier-Vorrichtungen bearbeitet werden, um den Fäden eine verbesserte Qualität hinsichtlich des Griffes zu geben. Beim Streckverzwirnen wird das Garn über eine Faden- bzw. Garnführung gezogen und dabei gleichzeitig gezwirnt. Dabei wirken starke Abriebkräfte auf die Garnführung ein und zwar als Ergebnis der Bewegung des Garnes durch die Führung unter erheblicher Spannung und weil das Garn als Ergebnis der im Garn vorhandenen Verzwirnung an der Oberfläche hämmert. Elektrische Faden- bzw. Garnheizer werden in solchen Vorrichtungen verwendet um die Fäden zu erhitzen, während sie gezwirnt werden. Diese Heizvorrichtungen bestehen im allgemeinen aus einer Fadenführung aus Stahl oder Messing einer Länge von einem halben bis 3 m, in denen Kerben für die Fäden enthaften sind, durch welche die Fäden passieren. Hohe Geschwindigkeiten kann man bei Verwendung von Dampfphasenerhitzern erzielen, bei denen die Garnkerben im Inneren eines hohlen, hauptsächlich mit Dampf gefüllten röhrenähnlichen Teil gebildet werden, und wobei der Querschnitt dieses Teiles so geformt ist, daß er die Garnkerben bildet. Die Fäden können erheblichen Abrieb erleiden, wobei der Grad des Abriebs von der Geschwindigkeit abhängt, mit welcher die Fäden in der Führung laufen, dem Grad des Verzwirnens, der Temperatur und der Art des Fadens. Auch Korrosion tritt auf, weil die Fäden häufig mit einer Vielzahl von Chemikalien, die sehr aggressiv sein können, geschmiert sind.

Fadenführungen sind bisher elektrobeschichtet worden mit einer Schicht aus Nickel und einer anschließenden Schicht aus Chrom, um ihnen eine verbesserte Abrieb- und Korrosionsbeständigkeit zu verleihen. Die stromlose Abscheidung von Nickel ergibt Nickelschichten, die nach einer Wärmebehandlung eine Härte ergeben, die praktisch der von elektroabgeschiedenem Chrom entspricht, und seit etwa 10 Jahren ist es bekannt, Fa-Jenführungen mit Nickel, das stromlos abgeschieden wurde, zu beschichten, siehe z. B. US-PS 36 60 051. Die Verarbeitungsgeschwindigkeiten haben sich jedoch durch die fortgeschrittenen Technologien erhöht und seit etwa 5 Jahren ist bekannt, daß der Abrieb von derartigen Abscheidungen nicht tolerierbar ist. Die Führungen wurden daraufhin mit Chromoxyd oder Mischungen aus Aluminiumoxyd und Titanoxyd beschichtet, siehe z. B. US-PS 40 51 655. Da solche Keramiken sehr viel härter sind als Chrom oder Nickel, war zu erwarten, daß die Abriebbeständigkeit der Führungen erhöht würde. Vor zwei oder drei Jahren wurde aber festgestellt, daß ein großer Teil der keramikbeschichteten Führungen versagte. Die Fehler bestanden im allgemeinen in einem »Abblättern« der Keramikbeschichtung aber es ist bisher nicht genau bekannt, wodurch dieses Abblättern erfolgt.

Seit wenigstens zwei Jahren stehen die Hersteller von Fadenführern vor dem Problem, die Führungen gegen Abrieb und Korrosion zu schützen, und es wurde allgemein angenommen, daß dieses Problem weder durch Nickelbeschichtungen noch durch Keramikbeschichtungen gelöst werden könnte.

Die Erfindung, wie sie durch die Ansprüche 1 und 8 wiedergegeben wird, löst die Aufgabe, eine Garnführung bzw. ein Verfahren zu deren Herstellung eingangs genannter Art so zu verbessern, daß die Garnführung auch bei hohen Garngeschwindigkeiten gute Beständig-

keit gegen Abrieb und Korrosion aufweist

Die Oberflächenschicht besteht in der Praxis hauptsächlich aus stromlos abgeschiedenem Nickel. Das stromlos abgeschiedene Nickel gibt eine Schicht niedriger Porosität sowie mit niedrigem Korrosions- und Reibungswiderstand und niedriger Wärmeleitfähigkeit, jedoch mit guter Haftung an dem länglichen Körper, insbesondere wenn dieser aus Stahl besteht, wie dies bei den meisten Dampfphasen-Fadenheizungender Fall ist

Die keramische Beschichtung ist vorzugsweise schwarz oder im wesentlichen schwarz und das stromlos abgeschiedene Nickel wird vorzugsweise auf das gesamte Äußere der dampfenthaltenden, längsgestreckten hohlen Teile des Dampfphasenerhitzers abgeschieden.

Das Verfahren kann vorteilhaft durchgeführt werden durch nacheinanderfolgende Stufen, indem man eine Oberflächenschicht aufträgt, die im wesentlichen aus stromlos abgeschiedenem Nickel besteht und die an jeder Kerbe anliegt worauf man dann die stromlos abgeschiedene Nickeloberfläche in der Kerbe sandbläst bzw. sandstrahlt und dabei die Dicke des stromlos abgeschiedenen Nickels vermindert, aber dabei die Oberflächenbeschichtung des länglichen Körpers in den Kerben und anliegend an die Kerben im wesentlichen mit einer dünnen Schicht von stromlos abgeschiedenen Nikkei beibehält, worauf man dann eine Keramikbeschichtung überdie sandgeblasene stromlos abgeschiedene Nickeloberfläche am Boden einer jeden Kerbe bildet.

Vorzugsweise ist die Keramikbeschichtung dünner als die Dicken, die bei den bekannten, nur aus Keramik bestehenden Beschichtungen vorlagen. Es ist vorteilhaft, wenn die Durchschnittsdicke der Keramikbeschichtung im Bereich vn 0,1 mm bis 0,002 mm liegt. Die Härtung der stromlos abgeschiedenen Nickelbeschichtung findet automatisch bei Anwendung des Fadenheizers statt, wnn dieser bei erhöhten Temperaturen betrieben wird. Vorzugsweise wird das Sandblasen in einer Richtung mit dem Verlauf der Kerben durchgeführt, um die Wirkung des Sandblasens am Boden der Kerben zu konzentrieren und dadurch in den Kerben eine Keramikbeschichtung zu bilden, die vorwiegend U-förmig im Querschnitt ist und sich in der Höhe der Kerben verjüngt.

Versuche haben überraschenderweise gezeigt, daß solche Führungen abrieb- und korrosionsbeständiger sind und zwar in weit höherem Maße als die bekannten nickelbeschichieten und keramikbeschichteten Führungen. Dies gilt besonders für lange (z. B. 2 m) mit hohen Geschwindigkeiten gefahrenen Führungen in Fadenheizungen, die mit Heizmitteln in der Dampfphase erhitzt werden. Außerdem läßt sich die Führung besser reinigen.

Das bevorzugte Verfahren zur Herstellung einer Garnführung wird anschließend näher beschrieben. Dabei geht man von einem langgestreckten Körper aus Stahl oder Nickel aus, der zwei symmetrisch angeordnete Längskerben mit im wesentlichen U-förmigem Querschnitt aufweist, wobei der langgestreckte Körper durch Extrudieren oder Walzen und anschließende Bearbeitung gCisiiuCi n'ürviC. go berührt

Eine Oberflächenschicht aus Nickel mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Dicke von 20 bis 80 μηι (0,001 bis 0,003 inch), vorzugsweise ungefähr 50 μίτι (ungefähr 0,002 inch) wird in und anliegend an die Kerben über die gesamte Körperfläche, welche die Kerben enthält, durch stromlose Abscheidung aufgebracht. Es ist möglich, daß eine Schicht aus Chrom oder Nickel und Chrom ebenso befriedigend bei der überzogenen Führung arbeitet aber zur Zeit kann man Chrom nicht stromlos abscheiden und gleichmäßige Überzüge der Kerben sind durch Elektroabscheidung sehr schwer zu erhalten; außerdem ist es nicht möglich, vorauszusagen, daß eine Chromschicht so erfolgreich wie eine Nickelschicht die Keramikbeschichtung binden kann.

Die Nickelschicht an der Oberfläche wird durch übliche stromlose Nickel/Phosphid-Überzugsverfahren aufgebracht Der Körper wird in spezielle Lösungen für jeweils bestimmte Zeiten eingetaucht Die Nickel in ionischer Form enthaltende Lösung in einem Tank wird mittels eines Wassermantels erhitzt Die Temperatur der Lösung wird genau eingestellt und die Dicke der Nickelabscheidung wird durch die Eintauchzeit bestimmt Eine Dicke von weniger als 20 um (0,001 inch), die bei sorgfältiger Handhabung ausreichen könnte, birgt das Risiko in sich, daß sie in zu starkem Maße bei der anschließenden Behandlung abgetragen wird. Umgekehrt ist eine Dicke von mehr als 80 μπι (0,003 inch) unwirtschaftlich, obwohl sie in praktischer Hinsicht befriedigend wäre.

Die Oberflächenbeschichtung aus Nickel kann auf im wesentlichen 1000 Vickers durch eine übliche Wärmebehandlung, die ein Tempern bei einer Temperatur von annähernd 400° C während 1 Stunde einschließt, gehärtet werden. Dann werden die Teile der Oberflächenschicht die mit der Keramik beschichtet wird, durch Sandblasen aufgerauht Andere Teile der Oberflächenschicht werden auch durch das Sandblasen angegriffen, aber dies ist nicht besonders nachteilig. Dagegen ist es wichtig, daß die Nickelschicht nicht abgetragen wird, und deshalb wird das Sandblasverfahren so eingestellt, daß eine Schichtdicke von wenigstens 20 μίτι (0,001 inch) zurück bleibt. Unmittelbar nach (oder nicht mehr als 2 Stunden nach) dem Sandblasen wird der Keramiküberzug aufgetragen.

Prüfungen, einschließlich Biegeversuche, haben gezeigt, daß die beste Bindungsfestigkeit einer Keramikbeschichtung am Boden der Garnkerben entwickelt wird, d. h. dort, wo der Abrieb der unbeschichteten Fadenführungen tatäschlich stattfindet. Deshalb wird die Keramikbeschichtung vorzugsweise nur am Boden der Fadenkerben aufgetragen, und die oberen Teile der Seitenwandungen der Kerben (ebenso wie der Rest der Nickelschicht) bleiben unbeschichtet. Ein Ausdehnen der Beschichtung bis zu den Ecken der Kerben oder darüber hinaus ist nicht bevorzugt, jedoch möglich, aber dies birgt das Risiko in sich, daß die Beschichtung zu früh versagt und dadurch die Fäden schädigt, oder das Arbeiten des Fadenerhitzers stört.

Um sicherzustellen, daß die Keramikbeschichtung nur am Boden der Kerben abgeschieden wird, werden die übrigen Teile der Oberflächenschicht vor der Anwendung der Beschichtung maskiert Die Maskierung kann durch eine mechanische Maske erfolgen, die die nicht zu beschichtenden Flächen abdeckt, aber vorzugsweise wird eine Maskierungssubstanz in Form eines organischen Filmes mit einer Filzrolle aufgetragen, die so geformt ist, daß nur die Teile der Oberflächenschicht

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nicht haften soll. Nach der Beschichtung wird der Film durch ein organisches oder wäßriges Lösungsmittel entfer.it.

Die Keramikbeschichtung kann z. B. au Chromoxyd und/oder Aluminiumoxyd und/oder Titanoxyd bestehen, wobei Chromoxyd wegen seiner hohen Abriebbeständigkeit bevorzugt wird. Die Chromoxydbeschichtung wird durch übliche Plasmabeschichtungstechnik

unter Verwendung einer Plasmapistole aufgetragen, deren Kopf eine Kammer enthält mit einem Gaseinlaß und einem Gasauslaß und die im Inneren Elektroden enthält. Der Gasauslaß aus der Pistolenkammer ist auch eine Elektrode und die gewünschte Gasmischung strömt durch die Kammer und durch einen inneren erzwungenen Wechselstrombogen zwischen den Elektroden. Die Gasmischung wird beim Passieren durch den elektrischen Bogen ionisiert und das ionisierte Gas (Plasma) nimmt schnell Temperaturen in der Größenordnung ic von 18 000⁰C bis 20 000⁰C an. Wegen der schnellen Temperaturerhöhung dehnt sich das Gas mit Überschallgeschwindigkeit aus und strömt aus der Kammer. Das Chromoxyd wird zu dem Hochtemperaturstrom als feines Pulver in genau kontrollierten Fließmengen zugegeben. Jedes einzelne Teilchen wird in einen geschmolzenen Tropfen überführt und mit hoher Geschwindigkeit auf das Substrat geschleudert. Die Beschichtung wird durch die Teilchen gebildet, die sich abplatten und um die Unregelmäßigkeiten der sandgeblasenen Oberflächenschicht fließen und die Bindefestigkeit ist eine Funktion der Teilchentemperatur und der Geschwindigkeit.

Die Keramikbeschichtung wird dann oberflächenbehandelt, um die erforderliche Glätte zu erzielen. Die Dicke der Beschichtung beträgt vorzugsweise wenigstens 20 μΐη (0,001 inch). Die maximal zulässige Dicke hängt von der Tiefe der Kerben ab, aber es scheint nicht erforderlich zu sein, die Dicke auf mehr als 100μπι (0,004 inch) zu erhöhen. Deshalb wird eine Dicke von ungefähr 50 μπι (0,002 inch) bevorzugt

Nachfolgend werden zwei Ausführungsformen der Fadenführungen beschrieben, wobei diese nur Beispiele sind. Dabei wird auf die Figuren Bezug genommen.

F i g. 1 ist ein Querschnitt durch eine Garnführung;

F i g. 2 zeigt im einzelnen der Querschnitt einer Garnkerbe der Führung gemäß F i g. 1 im vergrößerten Maßstab;

F i g. 3 ist ein Querschnitt durch eine andere Garnführung; und

F i g. 4 zeigt im Detail den Querschnitt einer Garnkerbe der Führung gemäß Fig.3 im vergrößerten Maßstab.

Die in F i g. 1 gezeigte Führung hat einen Stahlkörper 1, der zur Zeichenebene länglich ist und der zwei längsgestrecke Garnkerben 2 mit U-förmigem Querschnitt hat Die Oberflächenschicht 3 (Fig. 2) aus Nickel ist in einer Dicke von annähernd 50 μιη (0,002 inch) in und benachbart zu den Kerben 2 vorgesehen und über die ganze Fläche 4 des die Kerben enthaltenden Körpers. Eine Chromoxydbeschichtung 5 in einer Dicke von ungefähr 50 μιη (0,002 inch) ist auf der Nickelschicht 3 nur am Boden jeder Kerbe 2 vorgesehen. Die in F i g. 3 und 4 gezeigte Führung ist ähnlich der oben beschriebenen mit der Ausnahme, daß die Kerben 2 V-förmigen Querschnitt mit einem runden Boden haben.

Bei Anwendung der Faden- bzw. Garnführungen der obenbeschriebenen Art ist es möglich, Dampfphasenfadenheizer herzustellen, die sehr korrosionsbeständig sind, und die man verhältnismäßig leicht reinigen kann, to Überraschenderweise wurde auch festgestellt daß, obwohl nur ein sehr kleiner Teil der Oberfläche des Dampfphasengarnerhitzers mit Keramik beschichtet ist (ungefähr 30% der äußeren, nichtisolierten Oberfläche), dennoch bis zu 8% Energieeinsparung erzielt werden kann. Die Verwendung von schwarzen Keramikbeschichtungen nur in den Böden der Kerben kann erheblich die Wärmestrahlung zu dem Garn erhöhen, ohne die Strahlung in der Umgebung zu erhöhen. Die Abriebeigenschaften sind derartig, daß die Fadenheizer mit stromlos abgeschiedenen Nickelbeschichtungcn und Keramikbeschichtungen, die sich bis zu den Garnabnahme- und -aufnahmestellen erstrecken, verwendet werden können, also an den Stellen, an denen der Abrieb viel stärker auftritt als an den Zwischenstellen längs der Garnkerben. Man muß keine besonderen abriebfesten Elemente an den Aufnahme- und Abgabepunkten verwenden, und dennoch kann der Garnheizer 2 oder 3 m lang gemacht werden und kann Garne verarbeiten, die mit sehr hohen Geschwindigkeiten laufen und gezwirnt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Garnführung für eine Garnheizung aus einem langgestreckten Körper mit wenigstens einer sich in der Länge erstreckenden Fadenkerbe und mit einer aus Nickel bestehenden Oberflächenschicht (3) des Körpes in und benachbart zu den Fadenkerben, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht (3) am Boden der Fadenkerben (2) eine weitere Beschichtung (5) trägt, welche aus Keramik besteht

2. Garnführung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht (3) eine Dicke von 20 bis 80 μπι hat

3. Garnführung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht (3) eine Vickers-Härte von im wesentlichen 1000 hat

4. Garnführung nach einem der Ansprüßche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Keramik bestehende Beschichtung (5) im wesentlichen am Boden der Kerben (2) angeordnet ist und der Rest der Oberflächenschicht (3) unbeschichtet ist.

5. Garnführung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Keramik bestehende Beschichtung (5) im wesentlichen schwarz ist.

6. Garnführung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Keramik bestehende Beschichtung (5) 20 bis 100 μπι dick ist.

7. Garnführung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dcß die aus Keramik bestehende Beschichtung (5) im wesentlichen aus Chromoxyd besteht.

8. Verfahren zur Herstellung einer Garnführung für einen Garnheizer, bei dem man einen länglichen Körper mit wenigstens einer sich längs erstreckenden Kerbe mit einer Oberflächenschicht in und benachbart zu den Kerben versieht, wobei die Oberflächenschicht aus Nickel besteht, welches durch stromlose Nickelabscheidung gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß man auf die Oberflächenschicht (3) am Boden der Kerben (2) eine weitere Beschichtung (5) aufträgt, welche aus Keramik besteht und durch Flammbeschichtung gebildet wird.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickelabscheidung durch Wärmebehandlung gehärtet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Oberflächenschicht (35), die mit der weiteren Beschichtung zu versehen ist, aufgerauht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man das Aufrauhen durch Sandstrahlen bewirkt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man auf die Flächen der Oberflächenschicht (3) vor der Bildung der aus Keramik bestehenden Beschichtung (5) eine Maskierungssubstanz aufträgt und die Maskierungssubstanz nach der Bildung der aus Keramik bestehenden Beschichtung (5) durch ein Lösungsmittel entfernt.