DE4219197A1 - Ringe und Läufer von Spinn- und Zwirnmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Ringe und Läufer von Spinn- und Zwirnma­ schinen mit einem Überzug oder einer Beschichtung aus hartem Material.

In Ringspinn- und Ringzwirnmaschinen dienen ösenförmige Läufer aus Stahldraht, die auf die Spindeln umgebenden Ringen aus Stahl geführt sind, dazu, der vom Streckwerk der Ringspinnmaschine gelieferten Faserlunte bzw. dem vom Lieferwerk der Zwirnmaschine gelieferten gefachten Faden Drehung zu erteilen und das Gespinst auf den Kops auf zuwinden.

Die Läufer laufen mit Geschwindigkeiten von bis zu 45 m/sec entsprechend etwa 160 km/h auf den Ringen um, wobei die Schmie­ rung der Materialpaarung Stahl auf Stahl sehr unbestimmt ist und - beim Verspinnen von Baumwolle - in der Regel nur durch die auf dem Fasermaterial befindlichen Wachse oder durch zerriebenes Fasermaterial erfolgt. Die Folge ist hoher Verschleiß vor allem der Läufer, auf denen sich die Lauffläche nahezu punktförmig konzentriert. Verschlissene Läufer verursachen zunächst beschä­ digtes, insbesondere haariges und damit qualitativ minderwertiges Gespinst, durch schwankende Gleitreibung unruhigen Fadenballon und damit ungleichmäßige Dehnfähigkeit des Gespinstes und schließlich durch ihr Zerbrechen einen Fadenbruch. Sie werden daher in der Regel rechtzeitig ausgetauscht, was aber Maschinen­ stillstand und Arbeitsbelastung für die Bedienung bedeutet.

Man ist daher bestrebt, Läufer zu entwickeln, die möglichst geringen Verschleiß aufweisen und daher lange im Einsatz bleiben können, bevor sie ausgetauscht werden müssen oder gar brechen.

Zu diesem Zweck wurde versucht, mindestens die Lauffläche des Läufers, mit der er auf dem Ring gleitet, möglichst hart zu machen. Es wurden daher schon keramische Überzugschichten aus Karbid, Nitrid, Oxid oder Borid vorgeschlagen, bei denen als beteiligte Metalle Titan, Zirkonium, Tantal, Wolfram, Hafnium, Niobium und andere genannt sind (DE 35 45 484 A1). In den bevor­ zugten Ausführungsformen bestehen diese Überzugschichten aus mehreren Lagen unterschiedlicher Materialien oder aus Einlage­ rungen keramischer Körner in eine Matrix.

Es hat sich gezeigt, daß sich mit bestimmten derartig beschich­ teten Läufern auf Ringen ohne oder mit bestimmter Beschichtung gute und auch sehr gute Ergebnisse erzielen lassen. Ob eine Kombination eines irgend wie beschichteten Läufers mit einem beliebigen Ring gute Laufeigenschaften ergibt, läßt sich jedoch selten voraussagen. Meist ist die Art der Beschichtung nicht bekannt oder wird sogar bewußt nicht offenbart.

In Fig. 1 ist bspw. über vier, in der Abszisse aufgetragenen verschiedenen Ringen A, B, C, D in der Ordinate der ein reprodu­ zierbares Maß für die erreichbare Betriebs zeit eines Läufers darstellende, relative Massenverlust in % der Läufermasse im Handel erhältlicher Läufer bei einer Lauflänge von 1000 km dargestellt. Die I-förmigen Striche geben die Vertrauensgrenzen der dargestellten Werte wieder. Es zeigt sich-, daß einer der Läufer auf dem Ring B keinen meßbaren Massenverlust aufweist, einer der Läufer auf dem Ring C einen tolerierbaren Massenverlust von etwa 1% erreicht und die Läufer/Ring-Paarungen auf den Ringen A und D einen relativen Massenverlust von mehr als 3% hatten.

Da nach den Marktverhältnissen auf diesem Sektor Läufer infolge ihres hohen Verschleißes ein Konsumartikel sind, der unabhängig von den in die Maschinen eingebauten und daher eher ein Investi­ tionsgut darstellenden Ringen vertrieben wird, ist man bestrebt, mit einem Läufer auf möglichst vielen verschieden Ringsorten eine akzeptable Laufzeit zu erzielen.

Der Erfindung war daher die Aufgabe gestellt, ein Material für den Überzug eines Läufers für Ringe von Spinn- und Zwirnmaschinen anzugeben, mit dem dieses Ziel erreicht wird und mit dem daneben auch keine Qualitätseinbußen am Gespinst wie etwa erhöhte Haa­ rigkeit und dergl. drohen.

Diese Aufgabe konnte mit dem im Kennzeichen des Hauptanspruches genannten Überzugmaterial erreicht werden. Gewisse Umstände der Versuchsbedingungen ließen vermuten, daß die guten Laufeigen­ schaften mindestens zu einem Teil durch gute Schmierung bedingt sind. An Ringen mit der erfindungsgemäßen TiAlN-Beschichtung konnte dies bestätigt werden. Offenbar weist diese Beschichtung neben ihrer großen Härte auch eine gute Speicher- oder Depot- Wirkung für Schmierstoff auf. Die erfindungsgemäße Beschichtung empfiehlt sich daher nicht nur als Beschichtung für Läufer, sondern auch für Ringe.

Da die Beschichtung von Ringen wesentlich aufwendiger und damit teurer ist als die Beschichtung von Läufern, wird man Ringe jedoch nur dann beschichten, wenn dies aus den gegebenen Umstän­ den gerechtfertigt erscheint, bspw. bei Ringen für die Verarbei­ tung von Kammgarn.

Die Zeichnung zeigt in den Fig. 1 und 3 Schaubilder der Lauf­ zeiten von Ringen ohne bzw. mit der erfindungsgemäßen Beschichtung und in Fig. 2 einen erfindungsgemäß beschichteten Läufer im Schnitt.

Der Läufer 1 der Fig. 2 hat einen Kern 2 aus im Querschnitt rundem oder rechteckigem Stahldraht und ist mit einer Schicht 3 aus Titanaluminiumnitrid überzogen. Die Beschichtung ist im dargestellten Beispiel allseitig. Ein allseitiger Überzug ist leichter herstellbar als ein zum Erreichen des der Erfindung gestellten Zieles an sich ausreichender, selektiver Überzug nur auf dem Teilbereich des Läufers 1, mit dem er auf einem Ring gleitet. Die Dicke der Überzugsschicht 3 soll insbesondere bei leichten Läufern möglichst gering sein, damit das vorgesehene Gewicht des Läufers nicht überschritten oder - wenn das Gewicht der Beschichtung 3 durch Querschnittsverminderung des Kernes 2 ausgeglichen wird - die Stabilität des Läufers 1 nicht zu sehr herabgesetzt wird. Der Kern des Läufers soll elastisch bleiben, da der Läufer beim Aufbringen auf den Ring auf gebogen werden und wieder zurückfedern muß.

In Fig. 3, deren Darstellungsweise derjenigen der Fig. 1 ent­ spricht, ist der relative Massenverlust eines Läufers mit dem erfindungsgemäßen Überzug über den vier Ringen A bis D der Fig. 1 und einem weiteren Ring E dargestellt. Wie ersichtlich, ist der relative Massenverlust des Läufers auch auf den Ringen A und D, bei denen der Massenverlust im Handel erhältlicher Läufer über 3% lag, auf nahezu 1% bzw. sogar darunter herabgerückt. Der erfindungsgemäße Läufer ist daher auf allen untersuchten Ringen mit gutem Erfolg einzusetzen und es ist zu erwarten, daß dies auch auf weitere, nicht untersuchte Ringe aus der nahezu unüber­ sehbaren Menge von Ringsorten zutrifft.

Die vorteilhafte Wirkung der Beschichtung mit TiAlN hat sich bereits bei Beschichtung nur eines der zusammenarbeitenden Teile Ring und Läufer bestätigt. Es können jedoch auch beide Teile beschichtet werden. Insbesondere bei Ringen für die Verarbeitung von Kammgarn, die eine Fremdschmierung benötigen, kann sich infolge der Speicher- oder Depotwirkung der erfindungsgemäßen Beschichtung eine laufende Zufuhr von Schmierstoff erübrigen. Es genügt dann, den Ring gelegentlich, bspw. bei jedem Abzug, mit einem schmiermittelgetränkten Teil auszureiben, um ihn wieder mit der für den nächsten Abzug ausreichenden Menge an Schmierstoff zu versorgen. Dadurch wird nicht nur der Aufbau der Spinnmaschine durch Wegfall der störanfälligen Einrichtung zur Schmierstoff zu­ fuhr vereinfacht, sondern auch die Verschmutzungsgefahr für das Garn entscheidend vermindert und der Verbrauch an Schmiermittel herabgesetzt.

Titanaluminiumnitrid ist als Hartstoffbeschichtung für zerspa­ nende Werkzeuge bekannt. Die Härte dieses Materials ist nicht wesentlich größer als diejenige anderer Hartstoffbeschichtungen und jedenfalls nicht so hoch wie diejenige etwa von Diamant. Die guten Ergebnisse mit dem Einsatz gerade dieses Werkstoffes für den vorliegenden Fall sind deshalb so überraschend, weil hier Zerspanungsarbeit ja gerade nicht erfolgen soll. Sie haben ihre Ursache offenbar nicht nur in der Härte des Materials, sondern auch in einer besonderen und für den vorliegenden Einsatzfall überraschenderweise besonders vorteilhaften Art seiner Oberflä­ chenstruktur. Sie erfüllt in hohem Maße die sehr unterschied­ lichen Anforderungen an die Gleitreibung Metall auf Metall, wie auch Fadenmaterial auf Metall. Diese besondere Oberflächenstruk­ tur ist durch die Härte der Beschichtung offensichtlich besonders verschleißfest, so daß sie über lange Betriebszeit bestehen bleibt und nicht durch fortschreitenden Verschleiß ungünstig verändert wird.

Titanaluminiumnitrid gilt als nichtoxidischer Keramikwerkstoff. Seine Oberfläche ist jedoch durch das sich an der Luft bildende Oxid des Aluminiums gekennzeichnet. Diese äußerst dünne Schicht elektrisch nicht leitenden Oxids wird schon durch geringe elek­ trische Spannungen sehr leicht durchschlagen, so daß über die Metalle Aluminium und Titan Ableitung elektrischer Ladungen erfolgt und die Beschichtung als elektrisch leitend gelten kann. Diese Eigenschaft ist für textile Fäden führende Organe sehr wichtig.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Beschichtung ist darin zu sehen, daß sie aus nur einer einheitlichen Schicht gleichen Materials besteht. Dies vereinfacht, beschleunigt und verbilligt das Aufbringen der Beschichtung auf die einerseits sehr kleinen und damit schwer handhabbaren, andererseits aber einen Massen- und Verschleißartikel darstellenden Läufer, die daher billig sein müssen. Das Aufbringen eines Überzuges aus Titanaluminiumnitrid auch auf ein Werkstück wie einen Spinnläufer ist Stand der Technik. Derartige Beschichtungen auf spanenden Werkzeugen werden bspw. von der Firma Ceme Coat GmbH, Talbotstraße 21 in 51 Aachen ausgeführt. Das Titanaluminiumnitrid wird auf gedampft und kann daher in beliebiger, insbesondere in beliebig geringer Schicht­ dicke aufgebracht werden. Dies bietet den Vorteil, daß bei gegebenem Läufergewicht der die elastische Festigkeit des Läufers bestimmende Kern aus Stahl nicht geschwächt zu werden braucht und daß die keramische und damit an sich wenig elastische Beschichtung beim Deformieren des Läufers beim Aufbringen auf den Ring nicht der Gefahr des Brechens unterliegt.

Claims (4)

1. Ringe und Läufer von Spinn- und Zwirnmaschinen mit einer Beschichtung aus hartem Material, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (3) aus Titanaluminiumnitrid (TiAlN) besteht.

2. Ringe und Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Beschichtung (3) 5 µ nicht übersteigt.

3. Ringe und Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (3) aus einer einzigen, einheitlichen Schicht besteht.

4. Ringe und Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (3) auf gedampft wird.