DE3633490C2

DE3633490C2 -

Info

Publication number: DE3633490C2
Application number: DE19863633490
Authority: DE
Inventors: Tatemi Fukuda; Norio Kariya Aichi Jp Inoue
Original assignee: Toyoda Jidoshokki Seisakusho KK
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1985-10-02
Filing date: 1986-10-02
Publication date: 1992-04-30
Also published as: DE3633490A1; JPS6280253A; CH668989A5

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Stahllegierung als Werkstoff zur Herstellung von Läufern für Ringspinn- bzw. -zwirn-Maschinen.

Auf einen Läufer, der beim Spinnen oder Zwirnen längs des Flansches eines Ringes umläuft, wirken bei rotierender Spindel drei Kräfte ein, nämlich die Garnspannung, die Spannung aufgrund des Balloneffektes und die Zentrifugalkraft. Durch die sich aufgrund dieser drei Kräfte ergebende resultierende Kraft wird der Läufer gegen den Ring gepreßt, so daß sich Reibungswärme ergibt, welche die Härte des Läufermaterials verringert.

Es gibt sehr wenige Unterlagen, die sich mit geeigneten Materialien für die Herstellung von Läufern von Ringspinnmaschinen bzw. Ringzwirnmaschinen befassen. In der Druckschrift "Textile Technology", 1958, Band 12, Nr. 10, Seite 45, wird allerdings ausgeführt, daß ein brauchbares Material für Läufer, ein harter Stahldraht gemäß JIS (Japanische Industrienorm) G-3 506 mit einer Vickershärte von 620 bis 670 ist. Gegenwärtig wird jedoch hauptsächlich ein Kohlenstoffwerkzeugstahl des Typs SK gemäß JIS G-4 401 als Material für Standardläufer verwendet. Im allgemeinen steigt die Temperatur des Läufers aufgrund der oben angesprochenen Reibungswärme im Betrieb an. Wenn die Drehzahl der Spindel 20 000 Upm übersteigt, erreicht der Läufer eine Temperatur von 500°C. Wenn die Drehzahl der Spindel einen Wert von 25 000 Upm übersteigt, erreicht der Läufer eine Temperatur von 600°C oder mehr. Dabei verliert der Läufer in einem Temperaturbereich über 300°C schnell seine Härte, was beim Spinnvorgang unter dem Einfluß der Garnspannung einen schnellen Verschleiß des Läufers und Schäden am Garn zur Folge hat. Der vorstehend genannte Kohlenstoffwerkzeugstahl wird durch erhöhte Temperaturen besonders beeinträchtigt, derart, daß seine Härte unter eine Rockwell-C-Härte von 40 absinkt.

Ausgehend vom Stande der Technik und der vorstehend aufgezeigten Problematik, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für Läufer von Ringspinn- und Ringzwirnmaschinen einen Stahl vorzuschlagen, welcher auch bei hohen Spindeldrehzahlen eine ausreichende Härte und damit eine hohe Standzeit besitzt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die Verwendung eines Stahles gemäß Patentanspruch 1 oder 2.

Dazu ist anzumerken, daß solche Stähle an sich bereits bekannt sind (vgl. "Stahl-Eisen-Liste", 5. Aufl., 1975, S. 182, 183).

Die Anlaßtemperatur beträgt vorzugsweise 600°C, wobei sich an das Anlassen bzw. Tempern vorzugsweise eine Plattierbehandlung anschließt.

Vorzugsweise erfolgt ein Plattieren der getemperten Stahllegierung mit Nickel oder auch mit Chrom. Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn nach dem Tempern statt des Plattierens eine schwache Nitrierung erfolgt.

In Ausgestaltung der Erfindung hat es sich auch als vorteilhaft erwiesen, wenn unter Verwendung von Molybdensulfid eine Behandlung zur Verbesserung der Gleitfähigkeit durchgeführt wird, und zwar nach dem Tempern und unabhängig davon, ob zuvor eine Plattierung oder Nitrierung der Stahllegierung erfolgt.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf den einschlägigen Stand der Technik anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine grafische Darstellung zur Erläuterung des Zusammenhangs zwischen der Tempertemperatur für die erfindungsgemäß verwendeten Stahllegierungen und der Härte der fertigen Läufer;

Fig. 2 eine grafische Darstellung zur Erläuterung des Zusammenhangs zwischen dem durch Reibungswärme verursachten Temperaturanstieg eines Läufers und der Härte des Läufers, und zwar für verschiedene Materialien;

Fig. 3 eine grafische Darstellung zur Erläuterung des Zusammenhangs zwischen der Spindeldrehzahl und der durch Reibungswärme hervorgerufenen Läufertemperatur;

Fig. 4 eine grafische Darstellung zur Erläuterung des Zusammenhangs zwischen der Spindeldrehzahl und der Lebensdauer eines Läufers;

Fig. 5 eine schematische perspektivische Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise eines ringförmigen Läufers in einem Spinn- bzw. Spulsystem und

Fig. 6 einen vergrößerten Querschnitt durch eine Ringspinneinheit zur Erläuterung der an dem Ring angreifenden Kräfte.

Gemäß der Erfindung wird zur Herstellung des erfindungsgemäßen Läufers eine Stahllegierung verwendet, welche einen höheren Anteil an Chrom aufweist als der üblicherweise zur Herstellung von Läufern verwendete Kohlenstoffstahl des Typs SK gemäß der JIS Norm. Die Stahllegierung wird zunächst zu einem Draht mit dem gewünschten Querschnitt gezogen und dann auf die gewünschte Läuferform gebogen und zugeschnitten. Anschließend wird der Läuferrohrling in üblicher Weise gehärtet und dann bei einer Temperatur in einem Bereich von 400 bis 650°C getempert. Der so erhaltene Läufer kann dann noch plattiert oder schwach nitriert werden, um die Abriebfestigkeit der Läuferoberfläche zu verbessern. Der erfindungsgemäße Läufer behält selbst dann eine große Härte, wenn die Läufertemperatur aufgrund einer hohen Drehzahl der Spindel von beispielsweise mehr als 20 000 Upm einen Wert von 600°C übersteigt. Auf diese Weise ist selbst unter verschärften Betriebsbedingungen eine größere Lebensdauererwartung wegen der verbesserten Härte und Abriebfestigkeit gegeben.

Ehe nachstehend auf spezielle Ausführungsbeispiele näher eingegangen wird, soll zunächst noch einmal zur Erläuterung kurz auf den Stand der Technik eingegangen werden. Im einzelnen zeigen Fig. 5 und 6, daß auf einen Läufer 1, der beim Spinnen oder Zwirnen aufgrund der Rotation einer Spindel 3 längs des Flansches eines Ringes 2 umläuft, drei Kräfte einwirken, nämlich die Garn (-wickel) spannung W, die auf den Balloneffekt zurückzuführende Spannung T und die Zentrifugalkraft C. Die sich aus diesen drei Kräften W, T und C ergebende resultierende Kraft hat zur Folge, daß der Läufer 1 gegen den Ring 2 gepreßt wird, wodurch sich zwischen dem Läufer 1 und dem Ring 2 Reibungswärme ergibt, welche das Läufermaterial weicher macht und die Lebensdauer des Ringes verkürzt. Dieser Zusammenhang wird aus Fig. 3 und 4 deutlich.

Nachstehend sollen nunmehr die Einzelheiten und Besonderheiten der Erfindung anhand von Beispielen noch näher erläutert werden.

Beispiel 1:

Als Material für einen Läufer gemäß der Erfindung wurde eine Stahllegierung A mit folgender Zusammensetzung gewählt:
C: 0,83%; Si: 0,26%; Mn: 0,47%; P: 0,017%; S: 0,012%, Cu: 0,12%; Ni:0,10%; Cr: 7,68%; Mo: 0,75%; V: 0,33%; Al: 0,20% (sämtlich Gewichtsprozente).

Das Material A wurde zu einem Draht mit rundem Querschnitt gezogen, gebogen und abgeschnitten, um in üblicher Weise einen Läuferrohling der gewünschten Form zu erhalten. Der Läuferrohling wurde dann für 30 Minuten bei 1025°C erhitzt und anschließend zum Härten in Öl abgeschreckt. Danach wurde der Läuferrohling erneut bis auf eine gewisse Temperatur erwärmt und für eine Stunde auf dieser Temperatur gehalten und dann zum Tempern allmählich in Luft abgekühlt. Es wurden Versuche ausgeführt, wobei das Temperaturniveau variiert wurde, um den Zusammenhang zwischen der Tempertemperatur und der Härte des so erhaltenen Läufers zu klären. Die Versuchsergebnisse sind in der grafischen Darstellung gemäß Fig. 1 zusammengefaßt. Wie diese Grafik zeigt, sinkt die Härte, wenn die Tempertemperatur erhöht wird. Beim Tempern mit einer Temperatur von 600°C wurde eine Rockwell-C-Härte von 49 erhalten, und die Erfahrungen der Anmelderin zeigen, daß diese Härte für den praktischen Einsatz hoch genug ist. Die Tendenz war im wesentlichen dieselbe wie bei Verwendung eines Kohlenstoffwerkzeugstahls des Typs SKD 6, für den die Versuchsergebnisse ebenfalls in Fig. 1 eingezeichnet sind und dessen Zusammensetzung nachstehend noch in Verbindung mit Beispiel 2 angegeben wird.

Der durch Tempern bei einer Temperatur von 600°C erhaltene Läufer wurde dann erneut auf verschiedene Temperaturen erhitzt, die in dem Temperaturbereich lagen, der der erwarteten Läufertemperatur während des Betriebes entsprach.

Die Härte des Läufers wurde anschließend wieder gemessen. Die Meßergebnisse sind in der grafischen Darstellung gemäß Fig. 2 festgehalten, und zwar im Vergleich zu den Meßergebnissen für einen konventionellen Läufer aus einem Kohlenstoffwerkzeugstahl des Typs SK 5. Wie aus Fig. 2 deutlich wird, besitzt ein Läufer aus dem üblichen Material eine Härte, die für eine praktische Verwendung nur in einem Temperaturbereich unter 300°C ausreicht. Wenn jedoch der konventionelle Läufer eine Temperatur von 500°C erreicht, sinkt seine Rockwell-C-Härte auf 43 und bei 600°C auf eine Rockwell-C-Härte von 34. Bei der letztgenannten Härte beträgt die Lebensdauer des Läufers im günstigsten Fall einige Stunden, so daß der Läufer für einen praktischen Einsatz nicht brauchbar ist. Im Gegensatz dazu besaß der erfindungsgemäße Läufer aus dem gemäß Beispiel 1 behandelten Material A eine deutlich größere Lebensdauer von etwa 300 Stunden.

Beispiel 2:

Ein rostfreier Stahl des Typs SUS 440 B wurde als Material für einen erfindungsgemäßen Läufer verwendet und besaß folgende Zusammensetzung:
C: 0,75 bis 0,95%; Si: weniger als 1,00%; Mn: weniger als 1,00%; P: weniger als 0,040%; S: weniger als 0,030%; Cr: 16,00 bis 18,00% (sämtlich Gewichtsprozente).

Ein Läufer wurde aus dem vorstehend angegeben Material in derselben Weise wie bei Beispiel 2 hergestellt. Versuche, die unter erneutem Aufheizen auf verschiedene Temperaturen mit den Läufern gemäß Beispiel 2 und 3 durchgeführt wurden, wurden in der gleichen Weise ausgeführt wie in Beispiel 1. Die Versuchsergebnisse sind zusammen mit den Ergebnissen gemäß Beispiel 1 in der grafischen Darstellung gemäß Fig. 2 dargestellt.

Wie aus der grafischen Darstellung deutlich wird, besaßen auch die nach den Beispielen 2 und 3 hergestellten Läufer eine Härte, die selbst bei hohen Spindeldrehzahlen für den praktischen Einsatz ausreichend hoch war.

Im Verlauf weiterer Experimente, die mit Läufern gemäß der Erfindung durchgeführt wurden, wurde ebenfalls festgestellt, daß eine Oberflächenbehandlung der Läufer nach dem Tempern, beispielsweise ein Plattieren mit Nickel oder Chrom oder ein schwaches Nitrieren, die Lebensdauer der Läufer verbessert. Weiterhin zeigte es sich, daß eine Endbehandlung der Läufer mit Molybdensulfid unabhängig davon, ob zuvor bereits eine Oberflächenbehandlung durchgeführt wurde oder nicht, die Reibung zwischen dem Läufer und dem Ring verringert.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß durch die erfindungsgemäß zu verwendenden Stahllegierungen ein verbesserter Läufer geschaffen wird, der auch bei hohen Betriebstemperaturen aufgrund hoher Spindeldrehzahlen eine hohe Lebensdauer besitzt. Dabei werden als Ausgangsmaterialien Stahllegierungen mit vorgegebenen Legierungsbestandteilen verwendet, wobei diese Stahllegierungen jeweils zunächst zu einem Draht gezogen werden, der in die gewünschte Form gebogen und zugeschnitten wird, um einen Läuferrohling zu erhalten, der dann gehärtet und bei einer bestimmten Temperatur bzw. in einem bevorzugten Temperaturbereich angelassen bzw. getempert wird, um eine vorgegebene Mindesthärte zu erreichen.

Claims

1. Verwendung eines Stahls, bestehend aus (in Gew.-%):
0,75 bis 0,95% Kohlenstoff,
weniger als 1,00% Silizium,
weniger als 1,00% Mangan,
weniger als 0,040% Phospher,
weniger als 0,030% Schwefel,
16,00 bis 18,00% Chrom
und Eisen mit erschmelzungsbedingten Verunreinigungen als Rest,
als Werkstoff zur Herstellung von Läufern für Ringspinn- bzw. -zwirn-Maschinen, mit der Maßgabe, daß der Stahl nach Härten und Anlassen bei 450 bis 650°C eine Härte von mindestens 40 HRC aufweist.

2. Verwendung eines Stahls, bestehend aus (in Gew.-%):
0,83% Kohlenstoff,
0,26% Silizium,
0,47% Mangan,
0,017% Phosphor,
0,012% Schwefel,
7,68% Chrom
und Eisen mit erschmelzungsbedingten Verunreinigungen als Rest,
als Werkstoff zur Herstellung von Läufern für Ringspinn- bzw. -zwirn-Maschinen, mit der Maßgabe, daß der Stahl nach Härten und Anlassen bei 450 bis 650°C eine Härte von mindestens 40 HRC aufweist.

3. Verwendung eines Stahls nach Anspruch 1 oder 2, für den Zweck nach Anspruch 1, mit der Maßgabe nach Anspruch 1, mit der weiteren Maßgabe, daß der Stahl nach dem Anlassen einer Plattierbehandlung unterworfen worden ist.

4. Verwendung eines Stahls nach Anspruch 1 oder 2, für den Zweck nach Anspruch 1, mit der Maßgabe nach Anspruch 1, mit der weiteren Maßgabe, daß der Stahl nach dem Anlassen einer Nickelplattierung unterworfen worden ist.

5. Verwendung eines Stahls nach Anspruch 1 oder 2, für den Zweck nach Anspruch 1, mit der Maßgabe nach Anspruch 1, mit der weiteren Maßgabe, daß der Stahl nach dem Anlassen einer Chromplattierung unterworfen worden ist.

6. Verwendung eines Stahls nach Anspruch 1 oder 2, für den Zweck nach Anspruch 1, mit der Maßgabe nach Anspruch 1, mit der weiteren Maßgabe, daß der Stahl nach dem Anlassen einer Nitrierbehandlung unterworfen worden ist.

7. Verwendung eines Stahls nach Anspruch 1 oder 2, für den Zweck nach Anspruch 1, mit der Maßgabe nach Anspruch 1, mit der weiteren Maßgabe, daß der Stahl nach dem Anlassen einer Behandlung mit Molybdänsulfid unterworfen worden ist.

8. Verwendung eines Stahls nach Anspruch 1 oder 2 für den Zweck nach Anspruch 1, mit der Maßgabe nach Anspruch 1, mit der weiteren Maßgabe, daß der Stahl bei 600°C angelassen worden ist.