DE4101680A1

DE4101680A1 - Verfahren zum beschichten von aufloesewalzen und aufloesewalze

Info

Publication number: DE4101680A1
Application number: DE19914101680
Authority: DE
Inventors: Winfried Heinzel
Original assignee: Individual
Current assignee: Oerlikon Friction Systems Germany GmbH
Priority date: 1991-01-22
Filing date: 1991-01-22
Publication date: 1992-07-23

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche von metallischen Auflösewalzen für Offenend-Spin maschinen.

Die Erfindung betrifft ferner eine Auflösewalze für Offenend- Spinmaschinen, mit einer Umfangsfläche, auf der mit Zähnen versehene, schmale, umlaufende Schraubengänge angeordnet sind, bei denen mindestens die Zähne mit einer Beschichtung versehen sind.

Ein Verfahren und eine Auflösewalze der vorstehend genannten Art sind bekannt, z. B. ist in der DE-PS 15 60 307 eine ent sprechende Offenend-Spinvorrichtung beschrieben.

Auflösewalzen dienen bei Offenend-Spinmaschinen bekanntlich dazu, um ein Faserband oder ein Monofilament in aufgelöste Einzelfasern zu zerlegen. Die aufgelösten Einzelfasern werden nach Durchlaufen der Auflösewalzen dann in einem Rotor zu einem Garn oder Faden versponnen. Auflösewalzen sind aus diesem Grunde mechanisch hoch beanspruchte Bauelemente. Bei bekannten Auflösewalzen hat man bereits versucht, die Verschleißfestigkeit dadurch zu erhöhen, daß man die Bearbeitungsflächen der Auf lösewalze, insbesondere also die Schneidflächen von Zähnen am Umfange der Auflösewalze, mit einer Nickel-Diamantschicht versehen hat.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese Form der Beschichtung nicht in allen Betriebsfällen ausreicht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Auflösewalze der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß eine verschleißfeste Beschichtung erreicht wird, die mit an sich bekannten Verfahren der Oberflächenbe schichtung von Werkstücken aufgebracht werden kann.

Gemäß dem eingangs genannten Verfahren wird diese Aufgabe durch die folgenden Verfahrensschritte gelöst:

- Reinigen der Oberfläche;
- Versehen der gereinigten Oberfläche mit einer verschleiß festen Schicht; und
- Versehen der verschleißfesten Schicht mit einer zweiten verschleißfesten und korrosionsbeständigen Schicht.

Gemäß der eingangs genannten Auflösewalze wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß die Beschichtung aus einer unteren Wolframcarbid-Schicht von 15 µm bis 30 µm Dicke und einer äußeren Titannitrid- oder Chromnitrid-Schicht von 3 µm bis 35 µm Dicke besteht.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.

Dadurch, daß zwei Schichten nacheinander auf die Oberfläche der Auflösewalzen aufgebracht werden, ist es möglich, an sich bekannte und bewährte Beschichtungstechniken einzusetzen, wobei die Kombination von zwei Schichten es ermöglicht, den besonderen Randbedingungen Rechnung zu tragen, die sich aus der Geometrie derartiger Auflösewalzen ergeben. So haben Auflösewalzen nämlich üblicherweise an ihrem Umfang in Um fangsrichtung angeordnete schmale Zähne, deren Begrenzungs flächen gebogen sind. Ein Beschichten von gekrümmten Oberflächen ist jedoch stets problematisch, weil die Beschichtungsqualität bei den meisten Beschichtungsverfahren nur dann optimal ist, wenn der Materialstrahl, mit dem die Oberfläche beschichtet wird, im wesentlichen radial auf die Oberfläche auftrifft. Da dies jedoch bei Auflösewalzen aus Gründen von deren geometri scher Gestaltung nicht möglich ist, eröffnet die genannte Mehrfach-Beschichtung der Oberfläche mit zwei Schichten die Möglichkeit, diejenigen Nachteile zu kompensieren, die sich daraus ergeben, daß der Materialstrahl nicht streng senkrecht auf die zu beschichtende Oberfläche auftrifft.

Insgesamt entsteht damit nach der Erfindung eine Auflösewalze von hervorragender Verschleißfestigkeit und bei geeigneter Materialauswahl auch Korrosionsbeständigkeit.

Bei bevorzugten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Oberfläche in an sich bekannter Weise durch Sand strahlen gereinigt.

Als erste verschleißfeste Schicht wird vorzugsweise eine Carbid- Schicht, vorzugsweise eine Wolfram-Carbid-Schicht gewählt, wobei sich das handelsübliche Material WoCo 8812 besonders bewährt hat.

Als Schichtdicke für die erste verschleißfeste Schicht hat sich in Versuchen eine Schichtdicke im Bereich zwischen 15 µm und 30 µm als optimal erwiesen.

Die erste verschleißfeste Schicht wird in bevorzugter Weise durch Flamm- oder Plasmasprühen aufgebracht, beispielsweise im sogenannten Hochgeschwindigkeits-Verfahren. Das letztgenannte Verfahren ist in der Praxis auch unter der Bezeichnung "Jet-Kote" bekannt und in der DE-OS 38 14 122 oder der DE-OS 38 23 229 beschrieben.

Als zweite verschleißfeste Schicht wird vorzugsweise eine Nitrid-Schicht, insbesondere Titannitrid- oder Chromnitrid- Schicht gewählt. Dieses Material ist sowohl verschleißfest wie auch korrosionsbeständig.

Die zweite verschleißfeste Schicht soll vorzugsweise mit einer Dicke aufgebracht werden, die im Bereich zwischen 5 µm und 35 µm liegt.

Zum Auftragen der zweiten verschleißfesten Schicht wird vorzugsweise das sogenannte PVD-Verfahren (Physical Vapour Deposition), insbesondere in der Form des Ionenplattierens eingesetzt. Das PVD-Verfahren ist in dem DE-Buch von Bode, Erasmus "Funktionelle Schichten", Hoppenstedt-Verlag Darmstadt, 1989, Seiten 221 bis 233, beschrieben.

Die genannten beiden Schichten werden vorzugsweise in der Weise aufgebracht, daß die erste, untere Schicht eine samtige Oberflächenstruktur hat, bei der mikroskopische Spitzen und Täler entstehen. Auf diese Schicht wird dann vorzugsweise die zweite, äußere Schicht derart aufgebracht, daß sie die Spitzen der unteren Schicht nur dünn überzieht und die Täler im wesent lichen ausfüllt.

Auf diese Weise entsteht eine optimal verschleißfeste Ober fläche, deren samtige Oberfläche noch im wesentlichen erhalten bleibt, wobei eine derartige Oberflächenstruktur sich als besonders wirksam im hier interessierenden Zusammenhang erwiesen hat.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine äußerst schematisierte Darstellung einer Offenend-Spinmaschine, bei der Auflösewalzen der im vorliegenden Zusammenhang interessierenden Art verwendet werden;

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Auflösewalze, in Original größe;

Fig. 3 eine weitere Seitenansicht der in Fig. 2 gezeigten Auflösewalze, in einer um 90° gedrehten Blickrich tung;

Fig. 4 in stark vergrößertem Maßstab einen Ausschnitt, darstellend Zähne am Umfang der Auflösewalze gemäß den Fig. 2 oder 3;

Fig. 5 in extrem schematisierter Weise eine Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 6 in äußerst vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch die nach dem Verfahren gemäß Fig. 5 erzielte Oberflächenbeschichtung der Auflösewalze gemäß den Fig. 2 bis 4.

In Fig. 1 bezeichnet 10 insgesamt eine Offenend-Spinmaschine. Bei der Offenend-Spinmaschine 10 wird ein Faserband 11 oder ein Monofilament über Einzugswalzen 12 zugeführt. Das Faserband 11 durchläuft dann Auflösewalzen 13, die weiter unten noch im einzelnen geschildert werden. Die Auflösewalzen 13 zerlegen das Faserband oder das Monofilament in Einzelfasern 14. Die Einzelfasern 14 gelangen über ein Speiserohr 15 in einen Innenraum 16 eines Rotors 17. Der Rotor 17 dreht sich in der in Fig. 1 mit einem Pfeil angedeuteten Weise, so daß die Einzelfasern 14 am Boden des konischen Innenraums 16 zu einem Garn 18 oder Faden versponnen werden. Das Garn 18 tritt dann in axialer Richtung über ein Fadenaustrittsrohr 19 aus dem Rotor 17 auf und wird dann von Abzugswalzen 20 zu einer ent sprechenden Aufrolleinrichtung oder dgl. weitergefördert.

In den Fig. 2 und 3 ist in zwei um 90° gedrehten Ansichten eine Auflösewalze 13 in Originalgroße dargestellt.

Man erkennt, daß die Auflösewalze 13 die Form eines von einer zentralen Öffnung 30 durchdrungenen Ringes 31 hat. Auf der Umfangsfläche des Ringes 31 befinden sich schmale, umlaufende Schraubengänge 32, die an ihrem Außenumfang mit Zähnen 33 versehen sind, wie die stark vergrößerte Detaildarstellung oben links in Fig. 2 zeigt.

In der nochmals stark darüber hinaus vergrößerten Darstellung der Fig. 4 erkennt man, daß die Zähne 33 eine Oberseite 34 und eine Unterseite 35 haben, die jeweils gekrümmt ausgebildet sind.

Will man die Zähne 33 beschichten, und zwar in radialer Richtung bei rotierendem Ring 31, so zeigt Fig. 4 deutlich, daß ein radial auf die Zähne 33 auftreffender Beschichtungsstrahl 36 die Oberseite 34 unter einem Winkel α berührt, der kleiner als 90° ist.

Unter beschichtungstechnischen Gesichtspunkten ist dies un günstig, weil die Qualität einer mittels einer Beschichtungs strahles aufgebrachten Beschichtung dann optimal ist, wenn der Beschichtungsstrahl unter 90° auf die Oberfläche auftrifft. Dies ist jedoch bei den Zähnen 33 der Auflösewalze 13 aufgrund der vorhandenen und konstruktiv vorgegebenen Geometrie der Zähne 33 nicht möglich.

In Fig. 5 ist nun ein Beschichtungsverfahren veranschaulicht, das trotz der vorstehend geschilderten immanenten Nachteile beim Beschichten von Auflösewalzen 13 eine sehr gute Ober flächenbeschichtung ermöglicht.

Links in Fig. 5 ist ein erster Verfahrensschritt veranschau licht, bei dem die Auflösewalze 13a mittels eines Sandstrahl gerätes 40 behandelt wird. Dabei tritt in an sich bekannter Weise ein Sandstrahl 41 aus, trifft auf eine Oberfläche 42 und reinigt diese, so daß eine rein metallische Oberfläche 42 entsteht.

In einem darauffolgenden Verfahrensschritt wird die Auflösewalze 13b mittels eines Hochgeschwindigkeits-Flammsprüh- oder Plasma sprüh-Beschichtungsgerätes 50 beschichtet. Dabei tritt ein Beschichtungsstrahl 51 mit etwa Schallgeschwindigkeit aus dem Gerät 50 aus und trifft auf die Auflösewalze 13b, wo eine erste, verschleißfeste Schicht 52 ausgebildet wird.

In einem dritten Verfahrensschritt gelangt die Auflöse walze 13b zum Ionenplattieren in eine PVD-Anlage 60. Die Anlage 60 besteht im wesentlichen aus einer Vakuumkammer 61, in der sich eine Abschirmung 62 befindet. Innerhalb der Abschirmung 62 ist ein Substrathalter 63 für die Auflösewalze 13c angeordnet. Der Substrathalter 63 wirkt zugleich als Kathode. Zu diesem Zweck ist der Substrathalter 63 über eine geeignete Durchführung in der Vakuumkammer 61 mit einer negativen Hochspannungsquelle 64 verbunden.

Die gegenüberliegende Seite der Abschirmung 62 dient zugleich als Anode 65. Im Bereich der Anode 65 befindet sich eine Verdampfungsquelle 66, in der sich das aufzubringende Material befindet. Die Anode 65 und die Verdampfungsquelle 66 sind mit Masse verbunden, vorzugsweise als mit dem geerdeten Gehäuse der Vakuumkammer 61.

Mit 67 ist ein Vakuumanschluß angedeutet, über den innerhalb der Vakuumkammer 61 der erforderliche Unterdruck eingestellt werden kann. Mit 68 und 69 sind die üblichen Anschlüsse für Arbeitsgas und Reaktivgas bezeichnet, wie sie im PVD-Verfahren in an sich bekannter Weise verwendet werden.

In der PVD-Anlage 60 wird die Einzugswalze 13c an ihrer Ober fläche infolgedessen mit einer zweiten verschleißfesten und korrosionsbeständigen Schicht 70 versehen.

Das Ergebnis dieses Verfahrens ist in einer Schnittdarstellung in äußerst vergrößertem Maßstabe in Fig. 6 zu erkennen.

Mit 80 ist in Fig. 6 der metallische Körper der Auflösewalze 13 angedeutet. Auf dessen gereinigter Oberfläche 42 wurde die erste verschleißfeste Schicht 52 aufgetragen. Diese Schicht 52 ist vorzugsweise 15 µm bis 30 µm/dick und sie ist als Wolfram- Carbid-Schicht 81 ausgebildet. Die Schicht 81 hat, wie Fig. 6 deutlich zeigt, Spitzen 83 und Täler 84, was einer samtartigen Oberflächenstruktur entspricht.

Auf die Wolfram-Carbid-Schicht 81 ist als zweite verschleißfeste und korrosionsbeständige Schicht 70 eine Titannitrid oder Chromnitrid-Schicht 82 aufgetragen. Die Titannitrid oder Chromnitrid-Schicht 82 ist vorzugsweise 5 µm bis 35 µm dick und sie wird so aufgetragen, daß sie die Spitzen 83 dünn überzieht und die Täler 84 im wesentlichen ausfüllt.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 5 wurde das erfindungsgemäße Verfahren anhand von einzelnen, an sich bekannten Beschich tungsverfahren beschrieben. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, daß die erste Schicht durch Hochgeschwindigkeits-Flamm- oder Plasmasprühen und die zweite Schicht im PVD-Verfahren, insbesondere durch Ionenplat tieren aufgebracht wurde, weil die beiden genannten Schichten auch in anderen Verfahren aufgebracht werden können, ohne daß dies den Rahmen der vorliegenden Erfindung verläßt.

Claims

1. Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche (42) von metallischen Auflösewalzen (13) für Offenend-Spinma schinen (10) mit den Verfahrensschritten:

- Reinigen der Oberfläche (42);
- Versehen der gereinigten Oberfläche (42) mit einer ersten, verschleißfesten Schicht (52); und
- Versehen der ersten, verschleißfesten Schicht (52) mit einer zweiten, verschleißfesten und korrosionsbeständigen Schicht (70).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (42) durch Sandstrahlen gereinigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, verschleißfeste Schicht (52) eine Carbid- Schicht ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, verschleißfeste Schicht (52) eine Wolfram carbid-Schicht (81) ist.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, verschleißfeste Schicht (52) eine Dicke von 15 µm bis 30 µm aufweist.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, verschleißfeste Schicht (52) im Flammsprüh- oder Plasmasprüh-Verfahren aufgebracht wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite, verschleiß feste und korrosionsbeständige Schicht (70) eine Nitrid- Schicht ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite, verschleißfeste und korrosionsbeständige Schicht (70) eine Titannitrid- oder Chromnitrid-Schicht (82) ist.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite, verschleiß feste und korrosionsbeständige Schicht (70) eine Dicke von 5 µm bis 35 µm aufweist.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite, verschleiß feste und korrosionsbeständige Schicht (70) im PVD-Verfahren aufgebracht wird.

11. Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche (42) von metallischen Auflösewalzen (13) für Offenend-Spinma schinen (10) mit den Verfahrensschritten:

- Reinigen der Oberfläche (42) mittels Sandstrahlen;
- Versehen der gereinigten Oberfläche (42) im Hoch geschwindigkeits-Flammsprüh- oder Plasmasprüh-Ver fahren mit einer Wolframcarbid-Schicht (81) einer Dicke im Bereich von 15 µm bis 30 µm derart, daß eine samtige Oberfläche mit mikroskopischen Spitzen (83) und Tälern (84) entsteht; und
- Aufbringen einer Titannitrid- oder Chromnitrid- Schicht (82) mit einer Dicke im Bereich von 5 µm bis 35 µm durch Ionenplattieren auf die Wolfram carbid-Schicht (81) derart, daß die Titannitrid oder Chromnitrid-Schicht (82) die Spitzen (83) dünn überzieht und die Täler (84) im wesentlichen ausfüllt.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (52, 70, 82, 83) in radialer Richtung (36) auf die Auflösewalzen (13) aufgebracht werden.

13. Auflösewalze für Offenend-Spinmaschinen (10), mit einer Umfangsfläche, auf der mit Zähnen (33) versehene, schmale, umlaufende Schraubengänge (32) angeordnet sind, bei denen mindestens die Zähne (33) mit einer Beschichtung versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus einer unteren Wolframcarbid-Schicht (81) von 15 µm bis 30 µm Dicke und einer äußeren Titannitrid- oder Chromnitrid-Schicht (81) von 3 µm bis 35 µm Dicke besteht.