DE3817741A1 - Ring fuer spinnmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ring für Spinnmaschinen, der ausgezeichnete Funktionseigenschaften beim Hochgeschwindigkeits­ spinnen besitzt.

Herkömmliche Ringe für Spinnmaschinen, Zwirnmaschinen usw. sind aus Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt hergestellt und werden einer Zementierungsabschreckbehandlung zur Oberflächenhärtung ausgesetzt. Wenn jedoch derartige Ringe einer Spindelge­ schwindigkeit von mehr als 20 000 Umdrehungen pro Minute ausge­ setzt werden (der gegenwärtige Hochgeschwindigkeitslauf liegt im Bereich zwischen 17 000 und 18 000 Umdrehungen pro Minute), tritt ein "Brennen", "Abnutzen" oder "Fliegen" des Läufers in einem frühen Stadium auf, aufgrund des Anwachsens des Abrieb­ widerstandes zwischen dem Ring und dem Läufer sowie einem ab­ rupten Ansteigen der Reibungswärme, was dazu führt, daß ein kontinuierlicher Betrieb unmöglich wird.

Um die oben aufgezeigten Nachteile zu eliminieren und eine längere Lebensdauer der Ringe zu erzielen, hat man Ringe zur Verfügung gestellt, wie sie in den japanischen Gebrauchsmuster­ veröffentlichungen 59-31 715 und 61-18 041 beschrieben sind. Diese Ringe bestehen aus Kohlenstoffstahl und tragen an der Flanschoberfläche eine diffundierte und gesättigte Metallschicht, ausgewählt aus Cr, Nb, V, Ti, W, B, Ta usw., mit einer Härte von 1000 Hv und einer Tiefe von 5 µm bis 50 µm oder eine diffundierte und gesättigte Schicht aus Metallcarbid. Wenn jedoch ein Kohlen­ stoffstahl mit einem Gehalt von weniger als 0,2% Kohlenstoff ein­ gesetzt wird, ist eine Zementierungsbehandlung erforderlich, und darüber hinaus neigt die Quantität des Kohlenstoffs um eine Ring­ matrixoberflächenschicht zu Unregelmäßigkeiten und Ungleichheiten aufgrund der Zementierung, wodurch eine schlechte Bildung von Vanadiumcarbid verursacht werden kann. Darüber hinaus ist die Härtedifferenz zwischen der Metallcarbidschicht großer Härte, die an der Oberfläche ausgebildet wird, und der darunterliegenden Ringmatrix so groß, daß dann, wenn der Läufer mit einer hohen Geschwindigkeit umläuft, die Metallcarbidschicht teilweise ab­ sinkt aufgrund der Aufschlagvorgänge, und der Läufer wird un­ brauchbar.

Angesichts der aufgezeigten Nachteile liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Ring zur Verfügung zu stellen, der diese Nachteile nicht aufweist und für ein Hochgeschwindigkeitsspinnen eingesetzt werden kann, ohne daß ein "Brennen" oder "Fliegen" eintritt, während andererseits eine lange Lebensdauer gewähr­ leistet sein soll.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Kenn­ zeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale. Gemäß der Er­ findung erübrigt sich die Zementierungsbehandlung, die bei einem Kohlenstoffstahl von weniger als 0,2% Kohlenstoffgehalt erforder­ lich ist, indem man einen Legierungsstahl verwendet, der Kohlen­ stoff in einer Menge von 0,6 bis 1,5% und Chrom in einer Menge von 0,6 bis 3,0% als Ringmaterial verwendet. Außerdem besitzt der Ring gemäß der Erfindung, da die Kohlenstoffmenge in der Oberflächenschicht der Ringmatrix, die an der Bildung von Vanadium­ carbid teilnimmt, gleichmäßig ist, an seiner Oberfläche eine Vanadiumcarbidschicht gleichmäßig hoher Härte, hohen Abriebwider­ standes, guter Schmierfähigkeit und einer guten Härtefestigkeit, während auf der Innenseite sich eine Härteeinstellschicht befindet, mit einem verminderten Härteunterschied zwischen der Carbidschicht und der Ringmatrix aufgrund der Härtungs- und Anlaßbehandlung.

Der Ring für Spinnmaschinen gemäß der Erfindung besitzt an seiner Oberfläche, die in Kontakt mit einem Läufer steht, eine Vanadium­ carbidschicht hoher Abriebfestigkeit (eine Oberflächenhärte von mehr als 2500 Hv), eine hohe Härtungsfestigkeit sowie eine gute Gleitfähigkeit. Durch das Schleifen der Oberfläche eines solchen Ringes bis auf eine Oberflächenrauhigkeit von weniger als Rt 1,0 µm läßt sich eine gute Härtefestigkeit sowie eine gute Gleitfestigkeit erzielen, und zwar auch unter den Bedingungen eines Hochgeschwindigkeitslaufes, wobei der Reibwiderstand zwischen dem Läufer und dem Ring vollkommen eingeschränkt werden kann.

Gemäß der Erfindung ist die Dicke der Vanadiumcarbidschicht be­ grenzt auf den Bereich von 5 µm bis 10 µm. Dies liegt daran, daß dann, wenn die Dicke geringer ist als 5 µm, eine gute Abriebfestigkeit nicht erzielt werden kann, und wenn die Dicke größer als 10 µm ist, verringert sich das Anhaften an der Matrix, und es tritt eine Trennung ein. Außerdem wird bei einer Dicke von mehr als 10 µm die Oberflächenrauhigkeit der Vanadiumcarbid­ schicht groß, und es ist schwierig, sie auf weniger als Rt 1,0 µm beim Schleifen zu vermindern. Dies führt zu einer Verlängerung der Behandlungszeit und einer Erhöhung der Herstellungskosten.

Eine Härtungs- und Anlaßbehandlung nach der Bildung des Vanadium­ carbids hat den Vorteil, daß hierdurch die Härte der Matrix­ legierungsschicht unmittelbar unter der Carbidschicht auf 750 bis 850 Hv erhöht wird, wodurch die Adhäsion zwischen der Carbid­ schicht und der Matrixlegierungsschicht verbessert wird, wobei die Härtedifferenz hierzwischen vermindert wird und verhindert wird, daß die Carbidschicht aufgrund des Aufschlagens absinkt. Zumindest die Oberfläche, die in Kontakt mit dem Läufer steht, wird geglättet bis auf eine Rauhigkeit von weniger als Rt 1,0 µm. Dies geschieht deswegen, da bei einer Rauhigkeit von über Rt 1,0 µm der Vanadiumcarbid seine charakteristischen Eigenschaften nicht voll darstellt und auch die Abnutzung des Läufers beschleunigt wird. Dementsprechend wird die Rauhigkeit der Ringoberfläche gemäß der Erfindung auf weniger als Rt 1,0 µm reduziert, um die Ober­ fläche, auf welcher sich ein Läufer dreht, völlig zu glätten und den Reibwiderstand zu reduzieren.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Aus­ führungsbeispiels, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigt im einzelnen:

Fig. 1 den Querschnitt durch einen Ring für Spinn­ maschinen, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 ein Härteverteilungsdiagramm, wobei einem her­ kömmlichen Ring der erfindungsgemäße Ring gegenübergestellt ist, und

Fig. 3 eine graphische Darstellung unter Wiedergabe der Beziehung zwischen den Spindelumdrehungen und dem Reibwiderstandskoeffizienten eines jeden Ringes.

In Fig. 1 ist der Querschnitt eines Ringes für Spinnmaschinen wiedergegeben, der eine erfindungsgemäße Ausführungsform darstellt.

Ein Lagerstahl mit einem C-Gehalt von 1,0% und einem Cr-Gehalt von 1,5% wurde in die entsprechende Ringform geschnitten, und auf der Oberfläche wurde eine diffundierte und gesättigte Schicht 2 aus Vanadiumcarbid von einer Tiefe von 5 µm bis 10 µm und einer Härte von mehr als 2500 Hv ausgebildet, indem man das Material in eine Salzbadschmelze von etwa 900°C, die Vanadiumpulver ent­ hielt, eintauchte und hierin hielt.

Um dann die Härtedifferenz zwischen der Vanadiumcarbidschicht hoher Härte und der Legierungsmaterialschicht, die in die erstere über­ geht, zu vermindern, wurde eine Härtungs- und Anlaßbehandlung aus­ geführt, um eine Härteeinstellschicht 3 mit einer Härte von etwa 750 bis 850 Hv auszubilden. Durch diese Behandlung wird der Ring in die Lage versetzt, das Schlagen zu ertragen, das beim Gleiten des Läufers bei einer hohen Geschwindigkeit entsteht, wobei ein Absinken der Carbidschicht aufgrund des Läuferschlagens verhindert und die Adhäsion an dem Material verbessert wird. Darüber hinaus wurde die Oberfläche 4 des Flansches, auf welchem der Läufer gleitet, bis auf eine Oberflächenrauhigkeit von weniger als Rt 1,0 µm geschliffen.

Die Fig. 2 zeigt die Härteverteilung des Querschnittes eines Ringes A gemäß der Erfindung, sowie eines herkömmlichen Ringes B (Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, der einer Zementierungs­ abschreckbehandlung unterzogen wurde). Ein Vergleichstest dieser beiden Ringe wurde unter den nachfolgenden Spinnbetriebsbe­ dingungen ausgeführt.

Garn:Ester/Baumwolle 45's Ring:3,2 mmF×41 mm⌀×57,5 mm⌀ Läufer:YS-2/ht 11/0's (nickelplattiert) Spindelgeschwindigkeit:16 000 Umdrehungen p.min.-26 000 U.p.min.

Die Fig. 3 zeigt den Reibwiderstand zwischen dem Ring und dem Läufer bei jeder Spindelgeschwindigkeit unter den obigen Spinn­ betriebsbedingungen.

Aus Fig. 3 ergibt sich, daß bis zu einer Spindelgeschwindigkeit von 16 000 U.p.min bis 18 000 U.p.min ein geringer Unter­ schied zwischen dem Ring A gemäß der Erfindung und dem herkömm­ lichen Ring B besteht, und es wird kein scharfer Anstieg des Reib­ widerstandskoeffizienten beobachtet. Bei einem Anstieg der Spindel­ geschwindigkeit auf 18 000 U.p.min. und höher beginnt jedoch der Reibwiderstandsbeiwert des herkömmlichen Ringes B anzusteigen, während sich bei dem Ring A gemäß der Erfindung nur ein all­ mählicher und geringer Anstieg ergibt. Bei einer Spindelgeschwindig­ keit von mehr als 22 000 U.p.min. beginnt der Reibwiderstandskoeffi­ zient des herkömmlichen Ringes B anzusteigen und steigt scharf an bei einer Spindelgeschwindigkeit von mehr als 24 000 U.p.min. mit dem Ergebnis, daß sich die Abnutzung des Läufers beschleunigt und ein kontinuierlicher Spinnbetrieb unmöglich wird. Andererseits ergibt sich bei dem Ring A gemäß der Erfindung kein scharfer An­ stieg des Reibwiderstandskoeffizienten bei der hohen Ge­ schwindigkeit von 22 000 U.p.min. bis 26 000 U.p.min., und sogar bei einer Geschwindigkeit von 26 000 U.p.min. bis 28 000 U.p.min. ergibt sich nur eine geringe Läuferabnutzung, und ein kontinuierlicher Spinnbetrieb ist nach wie vor möglich.

Um die Abnutzungsfestigkeit darzustellen, wurde ein Test unter den nachfolgenden Bedingungen ausgeführt.

Ring:3,2 mm Flansch 45 mm⌀×57,5 mm⌀ Läufer:ZSC/hf Nr. 4 (Läufer mit einem niedrigen Schwerpunkt) Spindelgeschwindigkeit:12 600 U.p.min. Anhub:203,2 mm Garn:Reyon, halbmatt 20's

Unter den obigen Bedingungen zeigte der herkömmliche Ring nur eine kurze Lebensdauer, nämlich er wurde in einem Zeitraum von 1 bis 1,5 Jahren abgenutzt und wurde ersetzt. Der Ring gemäß der Er­ findung zeigte jedoch nur eine geringe Aufrauhung der Ringober­ fläche auch nach einem Einsatzzeitraum von 2 Jahren, sowie eine gute Abnutzungsbeständigkeit.

Infolge des oben beschriebenen Aufbaus des erfindungsgemäßen Ringes wird der Reibwiderstand mit dem Läufer in starkem Ausmaß redu­ ziert, und es ergibt sich eine gute Abnutzungsfestigkeit, Härtungs­ festigkeit und Gleitfähigkeit durch den Vanadiumcarbid bei dem Kontakt mit dem Läufer. lm Gegensatz zu herkömmlichen Ringen er­ gibt sich kein scharfer Anstieg des Reibwiderstandes bei einer superhohen Geschwindigkeit von mehr als 24 000 U.p.min., oder ein Abbruch des Spinnbetriebes aufgrund der "Abnutzung" und des "Fliegens" des Läufers. Auch bei einer solch superhohen Ge­ schwindigkeit zeigt er einen niedrigen Reibungswiderstands­ koeffizienten, so daß ein kontinuierlicher Spinnbetrieb dement­ sprechend möglich wird. Auch beim Spinnen von halbmattem Reyon, bei welchem die Lebensdauer des Ringes normalerweise kurz ist, zeigt der erfindungsgemäße Ring eine hohe Abnutzungs­ festigkeit und eine längere Lebensdauer.

Claims (2)

1. Ring für Spinnmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Legierungsstahl besteht, der einen C-Gehalt von 0,6 bis 1,5% und einen Cr-Gehalt von 0,6 bis 3,0% aufweist und zumindest an der Oberfläche, die mit dem Läufer in Kontakt steht, eine diffundierte und gesättigte Schicht aus Vanadium­ carbid von einer Tiefe von 5 µm bis 10 µm und einer Härte von mehr als 2000 Hv trägt.

2. Ring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte unmittelbar unter der Vanadiumcarbidschicht 750 bis 850 Hv be­ trägt, und die Oberfläche, die mit dem Läufer in Kontakt steht, eine Rauhigkeit von weniger als Rt 1,0 µm besitzt.