DE3545484A1

DE3545484A1 - Laeufer fuer eine spinnmaschine

Info

Publication number: DE3545484A1
Application number: DE19853545484
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Kanai
Original assignee: Kanai Juyo Kogyo Co Ltd
Current assignee: Kanai Juyo Kogyo Co Ltd
Priority date: 1985-12-19
Filing date: 1985-12-20
Publication date: 1987-07-02
Also published as: CH674211A5; US4677817A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Läufer für eine Spinnmaschine, der eine besonders hervorragende Rolle bei Hochgeschwindigkeitsringspinnmaschinen spielt.

Herkömmliche Läufer werden üblicherweise aus hartgezogenem Stahldraht oder Legierungsstahldraht hergestellt, und einige von Ihnen werden einer Oberflächenhärtung (Abschrecken) und einer Nickelplattierung unterzogen. Unter den gegenwärtigen harten Betriebsbedingungen in den Spinnereien sind jedoch herkömmliche Läufer für die Spinnmaschinen nicht zufriedenstellend im Hinblick auf ihre Abnutzungsbeständigkeit und sind mit Nachteilen behaftet, wie einer frühzeitigen Abnutzung, einem unstabilen Durchlauf des Läufers, häufigem Fadenbruch, einer stärkerern Garnausfaserung, einem frühzeitigen "Durchbrennen" sowie einem "Fliegen" des Läufers usw.

Im Hinblick auf die oben beschriebenen Nachteile herkömmlicher Läufer wurde bereits ein chromplattierter Läufer vorgeschlagen. Obwohl der chromplattierte Läufer eine hohe Härte besitzt, weist er eine schlechte Affinität zum Ring auf und führt zu einer sehr hohen Spinnspannung, auch im frühen Stadium des Spinnvorganges, wodurch ein häufiger Fadenbruch verursacht wird. Darüber hinaus bilden sich leicht Risse in der plattierten Oberfläche, wobei diese Risse ein Abblättern und eine stärkere Abnutzung verursachen können. Im besonderen, wenn der herkömmliche Läufer beim Hochgeschwindigkeitsspinnen von mehr als 20 000 Umdrehungen pro Minute eingesetzt wird, entsteht ein starker Anstieg des Reibungswiderstandes des Ringes und des Läufers, sowie ein plötzlicher Anstieg der Reibungswärme, die einen kontinuierlichen Betrieb unmöglich machen.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, die beschriebenen Nachteile des herkömmlichen Läufers zu überwinden und einen Läufer zu schaffen, der sich durch eine große Härte, verbesserte Wärmebeständigkeit und erhöhten Korrosionswiderstand auszeichnet, während er für einen Hochgeschwindigkeitsspinnvorgang von mehr als 20 000 Umdrehungen pro Minute einsetzbar sein soll.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale, wobei hinsichtlich bevorzugter Ausführungsformen auf die Merkmale der Unteransprüche verwiesen wird.

Gemäß der Erfindung besteht der Läufer aus einem hartgezogenen Stahldraht oder einem Legierungsstahldraht und trägt eine keramische Überzugsschicht, die mindestens den Oberflächenbereich abdeckt, der mit einem Ring in Berührung kommt.

Die keramische Überzugsschicht kann aus einer einzelnen Schicht aus Karbid, Nitrid, Oxid oder Borid bestehen, oder eine zusammengesetzte keramische Überzugsschicht darstellen, indem man keramische Körner mit einer Nickellegierung, Ni, Cr, Co usw. als Matrix dispergiert.

Bei den gemäß der Erfindung einzeln oder in Kombination eingesetzten Keramika handelt es sich um SiC, TiC, ZrC, TaC, WC, HfC, B₄C, NbC, C (Diamant) usw. als Karbidgruppe, TiN, TiCN, TiN, Si₃N₄, TaN, AlN, GaN, BN, InN usw. als Nitridgruppe, Al₂O₃, Zr0₂, SiO₂, TiO₂, In₂O₃, ZnO, Cr₂O₃, SiO, TiO, MgO, BeO, ThO₂ usw. als Oxidgruppe und TiB₂, ZrB₂, HfB₂ usw. als Boridgruppe.

Die erwähnte keramische Überzugsschicht wird gebildet durch CVD-Verfahren, einschließlich Chemical-Vapor-Deposition-Verfahren, Plasma-CVD-Verfahren, optisches CVD-Verfahren usw., oder durch PVD-Verfahren, einschließlich Vakuumplattierung, Zerstäubung, Ionenplattierung, Ionenstrahl-Deposition-Verfahren, unter Einsatz von Keramika aus der Karbidgruppe, der Nitridgruppe, der Oxidgruppe oder der Boridgruppe oder einer zusammengesetzten Plattierung durch die Dispersion von keramischen Körnern, gleichförmig als eutektische Substanz mit einer Nickellegierung, enthaltend Nickel und Phosphor (z. B. Ni-P- Legierung, Ni-W-P-Legierung, Ni-Co-P-Legierung, Ni, Cr, Co, usw.) als Matrix.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und erfindungswesentliche Merkmale der Erfindung ergeben sich durch die nachfolgende Beschreibung verschiedener Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigt bzw. zeigen im einzelnen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Horizontaltyp-Läufer, gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung,

Fig. 2 und 3 einen Vergleich zwischen dem Läufer gemäß Ausführungsform 1 nach der Erfindung und einem herkömmlichen Läufer, wobei die Fig. 2 eine Kurve der Querschnittshärteverteilung zeigt, während Fig. 3 eine Kurve des Ausmaßes des Läufer-"Durchbrennens" darstellt,

Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Vertikaltypläufer,

Fig. 5 einen Querschnitt durch einen Läufer, gemäß der Ausführungsform 2 der Erfindung,

Fig. 6 und 7 den Vergleich zwischen dem Läufer gemäß Ausführungsform 2 und dem herkömmlichen Läufer, wobei Fig. 6 die Kurve der Querschnittshärteverteilung zeigt, und Fig. 7 eine Kurve des Ausmaßes des Läufer-"Durchbrennens" darstellt,

Fig. 8 einen Querschnitt des Hauptteils, teilweise aufgeschnitten, der Ausführungsform 3 der Erfindung und

Fig. 9 die Beziehung zwischen der Wärmebehandlungstemperatur und die Härte der Ni-P-Schicht.

Nachfolgend sollen die einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläutert werden.

Ausführungsform 1:

Die Fig. 1 zeigt einen Horizontaltyp-Läufer 1, der aus einem hartgezogenen Stahldraht besteht.

Der Läufer 1 wird einer Ionenplattierungsbehandlung unterzogen durch eine Glimmentladung bei 1-6 × 10^-2 Torr in einer Reaktionsgasatmosphäre mit C₂H₂ als Hauptbestandteil zur Bildung einer Titankarbidschicht (TiC) von 1-20 µ Dicke an der Oberfläche, die mit dem Flansch eines Ringes in Kontakt steht. Die Oberfläche wird dann einem Schleifvorgang ausgesetzt, nach einem Abschrecken, wodurch der Läufer für die Spinnmaschine gemäß der Erfindung entsteht.

Die oben erwähnte Titankarbid-Überzugsschicht kann auf die gesamte Oberfläche des Läufers aufgebracht werden, aber es reicht aus, wenn man nur den Teil der Oberfläche überzieht, der in Kontakt mit einem Ring steht, wobei vor dem Überziehungsvorgang die Oberfläche einer Maskierungsbehandlung ausgesetzt wird.

Um eine Karbidschicht zu bilden, wie etwa TiC, ZrC, NbC, TaC, WC, B₄C oder ähnliches, wird das PVD-Verfahren wie eine Zerstäubung oder das CVD-Verfahren manchmal eingesetzt. Im Fall des Überziehens durch das PVD-Verfahren kann eine Wärmebehandlung wie etwa ein Abschrecken, vor dem Überziehen durchgeführt werden.

Der Läufer gemäß der Erfindung besitzt die oben beschriebene Zusammensetzung und ist in Fig. 2 im Vergleich mit einem herkömmlichen Läufer im Hinblick auf seine Oberflächenhärte dargestellt. Der Läufer A gemäß der Erfindung besitzt eine Oberflächenhärte von 2500-3400 Hv, die wesentlich höher ist als diejenige herkömmlicher Läufer B.

Die Fig. 3 zeigt den Vergleich des Läufer-"Durchbrennens" eines herkömmlichen nickelplattierten Läufers B und des Läufers A gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei beide während des Spinnvorganges den folgenden Untersuchungsbedingungen unterworfen wurden. Aus dem Vergleichstest ergab sich, daß der Läufer A gemäß der Erfindung eine mehr als 3-fache Abnahme bei der Läufer- "Durchbrenn"-Geschwindigkeit zeigt.

Innendurchmesser des Ringes:41 mm Breite des Flansches:3,2 mm Faser:Polyester/Baumwolle 45′s Spindelgeschwindigkeit:20 000 pro Minute Läufer:YS-2/hf 12/0

Die obige Ausführungsform 1 bezieht sich auf einen Horizontaltypläufer, wobei es jedoch möglich ist, den erfindungsgemäßen Läufer herzustellen, indem man eine Titankarbidschicht 2 auf einen Vertikaltyp-Läufer 3 aufbringt und zwar mindestens in dem Bereich der Oberfläche, die mit einem Ring in Kontakt tritt. Dieser Vertikaltyp- Läufer mit einer Karbidschicht auf der Oberfläche besitzt eine wesentlich verbesserte Abnutzungsbeständigkeit und Affinität zu einem Ring.

Ausführungsform 2:

Ein Horizontaltyp-Läufer 1, der in Fig. 5 dargestellten Form, ist aus einem hochkohlenstoffhaltigen Chromstahl, einem Werkzeugstahl, einem hitzebeständigen Stahl oder ähnlichem hergestellt.

Indem man den vorerwähnten Läufer einer chemischen Evaporation bei einer Temperatur von 850-1050°C in einer Gasatmosphäre mit TiCl₄, H₂, CH₄, N₂ als Hauptbestandteile ausgesetzt hat, wird eine zusammengesetzte Schicht aus einer Titankarbidschicht (TiC) 4 von 1 bis 20 µ Dicke und einer Titannitridschicht (TiN) 5 gebildet. Dann wird der Läufer nach dem Abschrecken einem Oberflächenabschleifvorgang unterzogen. Damit erhält man einen Läufer gemäß der Erfindung.

Die vorerwähnte Titankarbidschicht 4 und die Titannitridschicht 5 können auf die ganze Oberfläche des Läufers aufgebracht werden, wobei es jedoch ausreicht, sie nur auf den Bereich der Oberfläche aufzubringen, der in Kontakt mit einem Ring steht, wobei man vor dem Aufbringen der zusammengesetzten Schicht die Oberfläche einer Maskierungsbehandlung unterzieht.

Der Läufer gemäß der Erfindung besitzt die oben beschriebene Zusammensetzung. Wie in Fig. 6 dargestellt ist, weist der Läufer C gemäß der Erfindung eine Härte von 1900-2500 Hv an der nachfolgenden inneren Titankarbidschicht auf. Somit besitzt der Läufer C eine wesentlich höhere Härte als der herkömmliche Läufer D. Da die oberste Titannitridschicht eine etwas niedrigere Härte besitzt als die Titankarbidschicht, besitzt der Läufer C einen geringen Reibungskoeffizienten und weist eine gute Affinität zu einem Ring auf. Darüber hinaus sind die behandelte Schicht und der Hauptkörper über eine Diffusion verbunden, und es besteht dementsprechend eine bessere Adhäsion als durch Plattieren oder eine physikalische Evaporation erzielt werden kann.

Die Fig. 7 zeigt den Vergleich der Läufer-"Durchbrenn"- Geschwindigkeit eines herkömmlichen nickelplattierten Läufers D und dem Läufer C, gemäß der Erfindung, nachdem beide für den Spinnbetrieb unter den folgenden Untersuchungsbedingungen eingesetzt wurden. Aus diesem Vergleichstest zeigt sich, daß der Läufer C gemäß der Erfindung eine mehr als 5-fache Abnahme der Läufer-"Durchbrenn"-Geschwindigkeit besaß.

Untersuchungsbedingungen:

Innendurchmesser des Ringes:41 mm Breite des Flansches:3,2 mm Faser:Rayon Brigh 30′s Spindelgeschwindigkeit:20 000 Umdrehungen pro Minute Läufer:ZSC/hf 8/0

Die obige Keramiküberzugsschicht kann aus mehreren Schichten bestehen, mit zwei bis vier Schichten, ausgewählt aus einer Karbidschicht, einer Nitridschicht, einer Oxidschicht und einer Boridschicht, z. B. TiCN + TiN, TiN + TiCN + TiC + TiN, usw., neben dem oben erwähnten TiC + TiN.

Wenn eine Mehrzahl kermaischer Schichten eingesetzt wird, erhält man eine bessere Abnutzungsfestigkeit, eine bessere Korrosionswiderstandsfähigkeit und eine bessere Affinität zu einem Ring, indem man die äußerste Schicht als Nitridschicht ausbildet.

Ausführungsform 3:

Indem man einen Horizontaltyp-Läufer 1, bestehend aus einem Legierungsstahldraht, der einem Abschrägvorgang und einer Vergütungsbehandlung unterzogen wurde, einem Elektronickelvorgang unterzieht, bildet sich eine Nickelschicht 6 von etwa 1 µ Dicke, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Der Läufer 1 mit der Nickelplattierungsschicht 6 wurde in ein Plattierungsbad mit dem nachfolgenden Zusammensetzungsverhältnis eingebracht, wobei man die Badtemperatur auf 90°C und den pH-Wert auf 4,5 einstellte. Es wurde eine Plattierung mit einer nicht-elektrolytischen Zusammensetzung ausgeführt, wobei man 2 g pro Liter Siliziumkarbid von 0,4 µ als keramische Körper hinzufügte, das Bad rührte und den Läufer wendete, wie im Fall einer Trommelgalvanisierung.

Nickelsulfat:24 g/Liter Natriumhypophosphat:21 g/Liter Milchsäure:30 g/Liter Propionsäure:2 mg/Liter Bleinitrat:0,001 g/Liter

Durch die obige Behandlung bildete sich eine zusammengesetzte Plattierungsschicht 8 von 5-20 µ Dicke, in welcher Siliziumkarbid (SiC) 7 in einer Nickelmatrix auf der Oberfläche der Nickelplattierungsschicht 6 ausgefällt wurde. Im Anschluß an die oben beschriebene zusammengesetzte Plattierung wurde der Läufer etwa 1 Stunde lang bei etwa 400°C in einem Ofen behandelt, wodurch auf die durch das elektrolytlose Plattierungsverfahren aufgebrachte Nickelplattierungsschicht eine Härte von 1000 Hv übertragen wurde aufgrund der Kristallisierung von Nickelphosphor, gemäß der Darstellung in Fig. 9. Die Kristallisierung von Nickelphosphor verstärkte die Adhäsion des Siliziumkarbid.

Es ist möglich, die Dispersionsmenge an Nickelphosphid (Ni₃P), der in einer Nickelbasis kristallisiert, einstellt, indem man den Phosphorgehalt in der obigen elektrolytlosen Plattierungsnickelphosphorplattierungsschicht -auf 4-15% (vorzugsweise 6-12%) einstellt.

Die Menge an keramischem Korn, die als eutektische Substanz enthalten war, sollte 10-40 Gew.-% (vorzugsweise etwa 20 Gew.-%) in der Matrix mit einer Größe von 0,2-3 µ ausmachen. Die Adhäsion zwischen der oberen zusammengesetzten Schicht und der Oberfläche des Läufers wird gefestigt aufgrund der Existenz der unteren Nickelplattierungsschicht, aber es ist auch möglich, eine zusammengesetzte Plattierungsschicht direkt auf der Oberfläche des Läufers aufzubringen.

Die vorgenannte zusammengesetzte Plattierungsschicht besitzt eine Dicke von 5-20 µ, wobei jedoch bei einer Dicke von weniger als 5 µ der Läufer eine schlechte Abnutzungswiderstandsfähigkeit beim Hochgeschwindigkeitsspinnen aufweist, und, wenn die Dicke über 20 µ liegt, wird die plattierte Oberfläche rauh, wobei eine solche Rauheit zu Rissen führen kann. Darüber hinaus erfordert eine dickere Plattierung eine sehr lange Behandlungszeit mit dem Ergebnis einer Erhöhung der Herstellungskosten.

Wenn die Größe des Keramikkorns 3 µ überschreitet, tritt es früher aus der Plattierungsschicht heraus, und wenn es kleiner ist als 0,2 µ, wird die Widerstandsfähigkeit vermindert.

Silundum mit einer hohen Festigkeit, einer hohen chemischen Widerstandsfähigkeit, einer hohen Abnutzungsfestigkeit und einer guten Wärmeleitfähigkeit ist das beste als keramisches Korn, das in einer zusammengesetzten Plattierungsschicht eingebracht werden kann. Ein Vorteil liegt darin, daß die durch den Betrieb des Läufers erzeugte Wärme leicht abgestrahlt wird, so daß die Lebensdauer des Läufers damit verlängert wird.

Bei dem Läufer gemäß der Ausführungsform 3 kann eine Vergütungsbehandlung vor der Plattierungsbehandlung weggelassen werden, indem man eine entsprechende Wärmebehandlung nach dem Plattierungsvorgang ausführt.

Da der Läufer gemäß der Erfindung aus einem hartgezogenen Stahldraht oder einem Legierungsstahldraht hergestellt worden ist, und da zumindest der Teil der mit einem Ring in Kontakt steht, eine keramische Überzugsschicht aus der Karbidgruppe, der Nitridgruppe, der Oxidgruppe, der Boridgruppe oder ähnlichem trägt, die eine gute Adhäsion zu dem Basismaterial besitzen, zeigt er eine hohe Festigkeit gegenüber der Abnutzung, läuft er stabil viele Stunden lang, verhindert häufigen Fadenbruch, besitzt eine längere Lebensdauer und weist eine glatte Oberfläche auf der Überzugsschicht auf. Im besonderen im Fall der zusammengesetzten keramischen Überzugsschicht zeigt sich Metall, wie etwa Ni, Cr, Co usw. in der Legierung der Nickelgruppe als Matrix wirkungsvoll, wenn der Läufer in Kontakt mit einem Ring steht, und ein solch wirkungsvolles Arbeiten verbessert die Affinität des Läufers zu einem Ring, so daß ein kontinuierlicher Betrieb bei einer hohen Geschwindigkeit von mehr als 20 000 Umdrehungen pro Minute möglichgemacht wird, unter gleichzeitiger Verhinderung eines häufigen Fadenbruchs und einer Fadenausfaserung. Da darüber hinaus die Nitridschicht zu der Verbesserung der Korrosionsfestigkeit beiträgt, sind die Läufer gemäß der Erfindung frei von Korrosion, auch dann, wenn sie für das Spinnen von flammwidrigen Fasern eingesetzt werden.

Claims

1. Läufer für eine Spinnmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß er eine keramische Überzugsschicht trägt, die mindestens den Oberflächenbereich abdeckt, der mit einem Ring in Berührung kommt.

2. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die keramische Überzugsschicht aus einer oder mehreren Schichten besteht, ausgewählt aus einer Karbidschicht, wie SiC, TiC, ZrC usw., einer Nitridschicht, wie etwa TiN, TiCN, ZrN, usw., einer Oxidschicht, wie Al₂O₃ZrO₃, SiO₂ usw., einer Boridschicht, wie TiB₂, ZrB₂ usw. und ähnlichem.

3. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die keramische Überzugsschicht aufgebracht ist durch Dispergieren von keramischem Korn mit einer Legierung der Ni-Gruppe, Ni, Cr, Co usw. als Matrix.

4. Läufer nach den Ansprüchen 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Korn aus SiC, TiC, B₄C, WC, C (einschließlich Diamant), TiN, Si₃N₄, Al₂O₃, SiO₂ und/ oder TiB₂ und ähnlichem besteht.

5. Läufer nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Korndurchmesser des keramischen Korns zwischen etwa 0,2 und 3 µ liegt.