DE4300491A1

DE4300491A1 - Ring für Spinnmaschinen und Verfahren zur Herstel- lung einer Oberflächenschicht

Info

Publication number: DE4300491A1
Application number: DE19934300491
Authority: DE
Inventors: Nico Schmidt
Original assignee: CARL HOFMANN RINGLAEUFER und R
Current assignee: CARL HOFMANN RINGLAEUFER und R
Priority date: 1993-01-13
Filing date: 1993-01-13
Publication date: 1994-07-14

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ring für Spinnma schinen mit einer harten Oberflächenschicht sowie auf ein Verfahren zur Herstellung dieser Oberflächen schicht.

Durch die DE-OS 38 17 741 ist ein Ring für Spinnma schinen bekannt, der aus einem mit Kohlenstoff und Chrom legiertem Stahl besteht.

Dieser Ring wird an den hochbelasteten Verschleißflä chen, mit Hilfe des Diffusionsverfahrens, mit einer Schicht aus Vanadiumcharbid beschichtet.

Eine derartige Oberfläche hat eine Dicke von etwa 5-10 my-Meter und eine Härte von etwa 2000 Hv.

Ringe mit einer derart hergestellten Oberfläche besit zen bereits eine hohe Lebensdauer.

Nachteilig ist jedoch, daß die Reibwerte nach wie vor noch denen der bisher verwendeten Stahllegierungen entsprechen.

Die Läufer, die auf dem Ring bei relativ hoher Bela stung und sehr großen Geschwindigkeiten gleiten, unter liegen aus diesem Grunde einem hohen Verschleiß. Es ist nach wie vor notwendig, daß die Läufer einer Spinnmaschine in kurzen Intervallen komplett ausgewech selt werden.

Das erfordert häufige Maschinenstillstände und damit Produktionsausfall. Der Austausch der Läufer muß überwiegend manuell durchgeführt werden. Dadurch entstehen hohe Lohnkosten.

Es ist deshalb wünschenswert, neben der Erhöhung der Härte des Ringes auch die Gleiteigenschaften, d. h. , die Reibwerte dieser aufgetragenen Oberfläche zu reduzie ren.

In dieser Hinsicht wurde durch die DE-PS 31 21 460 bereits ein Fadenführer vorgeschlagen, dessen Oberflä chenschicht aus einer, aus Kohlenstoff bestehenden, diamantähnlichen Kristallstruktur besteht.

Das Auftragen dieser Kristallstruktur erfolgt durch einen plasmaaktivierten Ausscheidungsprozeß in einer kohlenwasserstoffhaltigen Gasatmosphäre.

Der Kohlenstoff setzt sich dabei auf einer metallischen Zwischenschicht ab.

Dieses hier dargestellte Verfahren ist nicht ohne weiteres für die Beschichtung von Ringen für Spinnma schinen verwendbar.

Äußerst aufwendig ist dabei der zyklische, Austausch der Gasatmosphäre, der stets das wiederholte Erzeugen eines Vakuums einschließen muß.

Hohe Kosten und Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche des Ringes sind vorprogrammierte Folgen. Die Reibungs- Verhältnisse auf einem so hergestellten Ring sind unterschiedlich.

Die Folge derartiger Unregelmäßigkeiten sind:

- unterschiedliche Ringgeschwindigkeiten,
- Abweichungen in den Drehungen pro Längeneinheit des zu spinnenden Fadens u. a.m.

Zur Erzielung gleichmäßiger, diamantähnlicher, rei bungsarmer Oberflächen, ist durch die DE-PS 37 12 205 ein Verfahren bekannt geworden, das es gestattet, ein Targetmaterial, z. B. Kohlenstoff, in einem Vakuum mittels eines Lichtbogens in einen plasmatischen Zu stand zu überführen und in Dampfform auf das Substrat, auf das zu beschichtende Werkstück, zu übertragen.

Die Bewegung der Kohlenstoffteilchen - in ionisierter Form - zum Werkstück und deren Bindung an das Substrat, durch Elektronenaustausch, wird durch eine relativ niedrige elektrische Spannung und Temperatur am Sub strat realisiert.

Dieses Verfahren für die Beschichtung von Ringen für Spinnmaschinen anzuwenden, war bisher nicht nahegelegt.

Die bisherige Anwendung des Verfahrens orientierte auf das Beschichten kleiner und kleinster Teile, die sehr nahe an den Lichtbogen zwischen den beiden Elektroden herangebracht werden konnten.

Ringe in der Größenordnung eines Spinnringes erforder ten nach bisherigen Vorstellungen die Anordnung eines Vorschubgetriebes innerhalb der Vakuumkammer, die den Ring nahe am Lichtbogen bewegte.

Nach dem gegenwärtigen Erkenntnisstand gibt es keine verwertbaren Lösungen zu steuerbaren Bewegungen inner halb des Vakuums, bei den dort herrschenden Temperatu ren und der Atmosphäre mit Stoffen im plasmischen Zustand.

Ziel der Erfindung ist es , die Lebensdauer von Ring und Läufer einer Ringspinnmaschine deutlich zu erhöhen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Beschich tungsform für den Ring zu finden, die neben einer großen Verschleißfestigkeit der Oberfläche auch extrem niedrige Reibwerte für den Läufer ermöglicht. Das Herstellungsverfahren soll industriell für große Stückzahlen bei vertretbaren Kosten realisierbar sein. Relativbewegungen zwischen Elektrode und Werkstück sollen während des Beschichtungsvorganges vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird der Ring für die Spinnmaschine mit einer Oberflächenschicht nach Anspruch 1 versehen.

Diese, mittels Atombindung angefügte Schicht ist beim gegenwärtigen Stand der Verfahrensentwicklung herstell bar und hat neben einer extrem großen Härte auch sehr niedrige Reibwerte.

Das Verfahren zur Herstellung dieser Oberflächenschicht auf den Ringen für Spinnmaschinen nach Anspruch 1, wird in Anspruch 2 modifiziert.

Das eingangs beschriebene, allgemein bekannte Verfahren wird dahingehend ergänzt, daß das Spannungspotential am Ring mit einer Größe zwischen 50 und 150 V definiert wird.

Dieses Spannungspotential gestattet es, daß bei konzen trischer Anordnung des Ringes um den Lichtbogen Kohlenstoffionen so abgelenkt werden, daß sie sich auf der Ringoberfläche in einer gleichmäßigen Schicht als Atome absetzen und in ansich bekannter Weise mit der metallischen Oberfläche des Ringes eine Einheit bilden.

Diese sich absetzenden Kohlenstoffatome bilden eine diamantähnliche Struktur, die aufgrund ihres Aufbaues für die Läufer und dgl. extrem niedrige Reibwerte ermöglicht.

Die kristalline Struktur mit kleinsten Abständen zwi schen den tragenden Elementen, die extrem hart sind, führte zu einem deutlichen Abbau der Oberflächenspan nungen zwischen den aufeinander gleitenden Flächen und dadurch zu sehr niedrigen Reibwerten.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Beispiel näher erläutert werden. Die dazugehörige Zeichnung zeigt schematisch eine Vakuumkammer zur Beschichtung eines Ringes.

Im Beispiel ist die Vakuumkammer als kugelförmiger Hohlkörper 1 ausgebildet. In ihr sind die Elektroden als Anode 2 und Kathode 3 angeordnet und mit einem Stromkreis 5 verbunden, durch den eine Spannung U1 zur Erzeugung eines Lichtbogens - bis zu 20 000 Volt anlegbar ist.

Es können weiterhin Zündmittel für den Lichtbogen (nicht dargestellt) und Aufnahmehaken 12 für den zu beschichtenden Ring 4 vorgesehen sein.

Ein Saugstutzen 11 für ein Saugrohr mit einem Ventil 111 dient der Erzeugung eines Vakuums in dem Hohlkörper 1.

Der Hohlkörper 1 besitzt eine Öffnung, durch die die Beschickung mit einem oder mehreren Ringen 4 erfolgen kann.

Diese Öffnung ist durch den Verschluß 10 hermetisch verschließbar. An dem Aufnahmehaken 12 für den Ring 4 wird eine Spannung U2 angelegt. Diese Spannung U2 besitzt ein negatives Potential gegenüber der Anode 2 von 50. . .150 V.

Diese Spannung U2 kann über einen Spannungsteiler 51 vom erstgenannten Stromkreis 5 abgenommen werden.

Nach dem Einbringen des Ringes 4 wird der Hohlkörper 1 durch den Verschluß 10 absolut dicht verschlossen. Über den Saugstutzen 11 und das Ventil 111 wird das Vakuum im Hohlraum des Hohlkörpers 1 erzeugt und gesichert.

Jetzt wird, durch nicht dargestellte Mittel, in ansich bekannter Weise, der Lichtbogen gezündet.

Im Bereich des Lichtbogens werden an der Oberfläche der Anode 2 Kohlenstoffatome in einen plasmischen Zustand überführt.

Im Hohlraum 1 bildet sich ein Dampf aus dem sogenannten Targetmaterial der Anode 2, dem Kohlenstoff. Durch das am Ring 4 anliegende negative Potential werden die Kohlenstoffteilchen vom Ring 4 angezogen und setzen sich an dessen Oberfläche als Kohlenstoffatome fest. Die Bindung mit den dort vorhandenen Eisenatomen und den Atomen der Legierungselemente wird durch die Wissen schaft als Atombindung bezeichnet.

Sie soll hier nicht weiter beschrieben werden. Bitte lesen Sie hierzu in den einschlägigen Lexikas nach. Der Ring 4 wird nach diesem Verfahren allseitig mit einer Schicht aus Kohlenstoffatomen belegt.

Bei der Anwendung des Verfahrens ist zu beachten, daß die Schicht aus den Kohlenstoffatomen nicht zu dick aufgebracht wird. Eine Schichtdicke von drei bis fünf my-Meter wird als völlig ausreichend angesehen.

Die relativ kurzen Taktzeiten ermöglichen eine kosten günstige Herstellung der Oberflächenschicht.

Der erzielte Reibungswiderstand (my = Reibkraft durch Normalkraft) liegt bei etwa 0,01 und die Härte der Oberflächenschicht erreicht die Größenordnung des Diamanten.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1 Hohlkörper
10 Verschluß
11 Saugstutzen
111 Ventil
12 Aufnahmehaken
121 Spannungszuführung
2 Anode
3 Kathode
4 Werkstück, Ring
5 Stromkreis
51 Spannungsteiler
U1 Spannung für Lichtbogen
U2 Spannung für Potential am Ring

Claims

1. Ring für Spinnmaschinen mit einer harten Oberflä chenschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflä chenschicht überwiegend aus, angelagerten Kohlenstoff atomen besteht.

2. Verfahren zur Herstellung der Oberflächenschicht eines Ringes für Spinnmaschinen nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß

- das auf einem elektrischen Potential befindliche Targetmaterial, das aus Kohlenstoff besteht,
- mittels Lichtbogen im Vakuum in ein Targetmaterial plasma überführt wird und
- in der Dampfphase unter Wirkung eines niedrigen, negativen elektrischen Potentials auf dem Ring in Atombindung angelagert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Ring konzentrisch zum Lichtbogen zwischen den Elektroden positioniert wird und
- mit einer negativen Spannung von 50-150 V beauf schlagt ist.