EP0707104A2

EP0707104A2 - Verfahren zur Standzeiterhöhung von Webblattlamellen

Info

Publication number: EP0707104A2
Application number: EP95112663A
Authority: EP
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. Meroth (Fh)
Original assignee: Lindauer Dornier GmbH
Current assignee: Lindauer Dornier GmbH
Priority date: 1994-08-24
Filing date: 1995-08-11
Publication date: 1996-04-17
Also published as: US5658394A; JP2851568B2; JPH0860495A; EP0707104A3; DE4429943C1

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß Webblattlamellen, die insbesondere aus kalt gewalztem Bandstahl der Sorten X 12 CrNi 177, X 5 CrNiMo 1810 und X 7 CrNiAl 177 bestehen, in ihrer Ganzheit bei einer Temperatur T > 480 °C und einer Zeitdauer t > 2 Stunden einfach warmausgelagert werden und parallel dazu eine thermochemische Behandlung der abrasiv beanspruchten Oberflächenbereiche erfolgt und anschließend die Webblattlamellen auf Raumtemperatur abgekühlt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Standzeiterhöhung, insbesondere von Webblattlamellen durch Wärme- und thermochemische Behandlung.
Webblätter, z.B. für Luftdüsenwebmaschinen, bestehen aus einer Vielzahl von in einer oberen und einer unteren Rahmenschiene nebeneinander angeordneten profilierten Webblattlamellen, nachfolgend Lamellen genannt.
Die einzelnen Lamellen weisen an ihrer einen Längskante zwei voneinander beabstandete Vorsprünge auf, welche eine U-förmige Ausnehmung begrenzen. Die Ausnehmungen bilden beim fertigen Webblatt einen über seine Breite reichenden und gegen die Gewebeanschlagkante hin offenen Kanal zur Führung des Schußfadens aus. Der am weitesten von der Gewebeanschlagkante entfernte Kanalgrund schlägt den Schußfaden an die Gewebekante an.
Bei Webblättern für Luftdüsenwebmaschinen ist der Bereich des Schußfadeneintragkanals besonderen Anforderungen im Hinblick auf das Verschleißverhalten ausgesetzt.
Den gleichen Anforderungen sind auch die Webblätter von Greifer-Webmaschinen ausgesetzt, bei denen die Greifer u.a. vom Webblatt geführt werden.
Webblätter, deren Lamellen aus hochwertigen Stahlsorten bestehen, besitzen, je nachdem welches Schußmaterial als Schußfaden zur Verarbeitung gelangt, eine Standzeit von etwa 1000 Betriebsstunden. Danach müssen die Webblätter aus Gründen des Verschleißes der Lamellen gegen ein neues Webblatt ausgetauscht werden.
Die öftere Webblatterneuerung ist kostenaufwendig und das nicht nur in Bezug auf das Webblatt selbst, sondern auch im Hinblick auf die mit dem Wechsel verbundene Stillstandszeit der Webmaschine.
Entscheidend für eine hohe Standzeit des Webblattes ist das für die Lamellen verwendete Grundmaterial.
Es ist bekannt, daß für Lamellen kalt gewalzter Bandstahl der Sorten X 12 CrNi 177, X 5 CrNiMo 1810 oder X 7 CrNiAl 177 verwendet und die Lamellen durch Stanzen daraus hergestellt werden.
Lamellen aus derartigem Material sind wohl für alle Arten von Schußfäden einsetzbar, jedoch aufgrund der relativ geringen Festigkeit von etwa 1200 N/mm² von nur geringer Standzeit, ca. 1000 Betriebsstunden.
Aus der DE-OS 22 20 859 ist ein Rietstab mit örtlich begrenzter Härtungszone bekannt, bei dem die Frontfläche eine solche gehärtete Zone aufweist. Die Härtungszone soll dadurch erreicht werden, daß man die äußeren Flächen des Rietstabes entweder örtlich härtet oder bei Verwendung billigerem Materials mit einer dünnen Schicht besonders hartem Materials versieht.
In der genannten DE-OS wird nicht offenbart, wie und wodurch eine örtlich verschleißfeste Oberfläche an den Rietstäben erreicht wird.
Bei der im Jahre 1973 veröffentlichten Erfindung gem. vorgenannter DE-OS handelt es sich um eine Methode zur Erhöhung der Standzeit von Rietlamellen, die den an die Rietlamellen gestellten Forderungen insbesondere hinsichtlich der Härtewerte an den abrasiv beanspruchten Oberflächenbereichen nicht gerecht wurde.
Zur Erhöhung der Standzeit der Webblätter ist bekannt, die Lamellen einer galvanischen Behandlung zu unterziehen, wie z.B. einem Hartverchromen.
Mit dem Hartverchromen wird auf die Lamellen, die eine Dicke von etwa 0,15 mm bis 0,8 mm aufweisen können, eine Hartchromschicht von etwa 10 µm aufgebracht. Diese Schicht besitzt eine Härte von etwa 700 HV.
Bei der Verarbeitung von abrasiv wirkenden Schußfäden, wie Jute, Glasgarn, Glaslunte (glas-rowing), zeigt es sich, daß damit im Vergleich zu nicht hartverchromten Lamellen eine Standzeiterhöhung um etwa das Doppelte erzielt werden konnte.
Lamellen die hartverchromt werden, müssen nach dem Verchromen nachbehandelt werden, um die während des Verchromungsprozesses entstehenden Rauhigkeiten an der Oberflächen der U-förmigen Ausnehmung der Lamelle zu glätten. Die Nachbehandlungen sind ebenfalls kostenaufwendig.
Aus der CH-PS 671 034 ist bekannt, auf die Oberfläche von Maschinenteilen einer Webmaschine, z.B. Litzen, Stafettendüsen und Blattlamellen von Webblättern, die aus rostfreiem Stahl bestehen, eine Schicht aus Chromoxid (Cr₂O₃)-Bestandteilen aufzubringen.
Das Verfahren zur Beschichtung besteht hierbei darin, daß die betreffenden Teile in eine Lösung einer chromhaltigen Zusammensetzung, beispielsweise in eine wässrige Lösung von CrO₃ getaucht oder von dieser überzogen werden. Nachfolgend werden diese Teile bei einer Temperatur von 500 bis 600 °C in einer Reaktionsbehandlung aufgeheizt, so daß auf der Oberfläche der Teile eine Schicht gebildet wird, die als Hauptbestandteil Cr₂O₃ enthält.
Die CH-PS 671 034 offenbart ferner, daß auf der Oberfläche der Maschinenteile eine poröse keramische Schicht gebildet werden kann, indem ein Überzug einer chromhaltigen Zusammensetzung aufgebracht wird, die abriebfeste Teilchen, z.B. Al₂O₃- oder SiO₂-Teilchen enthält.
Mit dem Verfahren nach der CH-PS sollen Härtewerte an der Oberfläche von 500 HV oder mehr erreicht werden.
Allgemein bekannt ist aber, daß man mit chromhaltigen Schichten auf der Oberfläche eine Härte von etwa 700 HV erzielen kann und derartige Schichten einer Nachbehandlung bedürfen.
Schließlich ist aus der EP 0 550 752 bekannt, einen Teil der Oberfläche von Webblattlamellen eines Webblattes mit einer diamantähnlichen Kohlenstoffschicht, als DLC (diamond-like carbon film) bezeichnet, zu versehen.
Das Grundmaterial der Webblattlamellen besteht dabei aus rostfreiem Stahl.
Auf der betreffenden Lamellenoberfläche wird zunächst, zwecks besserer Haftung der Verschleißschicht eine Zwischenschicht z.B. eine Titan-Carbid-Legierung aufgebracht.
Das Aufbringen der DLC-Schicht erfolgt durch chemische Gasphasenabscheidung (chemical vapor deposition), indem hier die zu beschichtenden Teile in einem Reaktionsraum unter einem bestimmten Druck und bei einer bestimmten Temperatur mit einem Kohlenwasserstoffgas in Kontakt gebracht werden.
Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß auch die auf die Oberlfäche der Lamellen aufgetragene Schicht nicht die erwartete verschleißfestigkeit, Dauerfestigkeit und Biegewechselfestigkeit aufweist.
Aus der Literatur ist bekannt, siehe auch DIN Taschenbuch 155, Stahl und Eisen Gütenorm 2, (1985) S. 188 - 120, Beuth Verlag GmbH Berlin-Köln, 2. Auflage, zur Erhöhung der Festigkeit der vorgenannten Stahlsorten eine Wärmebehandlung in Form eines einfachen oder zweifachen Warmauslagerns vorzunehmen.
Durch das einfache Warmauslagern der gestanzten Lamellen, die eine Dicke bis etwas 0,75 mm aufweisen, und die z.B. aus der Stahlsorte x 7 CrNiAl 177 bestehen, bei einer Temperatur T von 480 °C bis 550 °C und einer Warmauslager-Dauer t von 1 bis 2 Stunden läßt sich eine Festigkeit von 1400 N/mm² erreichen. Das bedeutet eine Festigkeitssteigerung von 15 % bis 25 % gegenüber den nicht warmausgelagerten Stahlsorten gleicher chemischer Zusammensetzung.
Ferner ist aus der Werkzeugindustrie bekannt, unter Vakuum eine dünne Schicht hoher Härte, z.B. eine Titannitrid-Schicht, an der Oberfläche der Bearbeitungswerkzeuge zu erzeugen. Die hierfür zur Anwendung kommende physikalische Abscheidung aus der Gasphase z.B. das Sputtern oder Ionenplattieren ist sehr kostenaufwendig. Die dabei erzielten Schichten sind relativ dünn. Die Anwendung für Lamellen ist aus diesen Gründen nicht wahrscheinlich und nicht empfehlenswert.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Standzeiterhöhung von Webblattlamellen, die vorzugsweise aus den Stahlsorten x 12 CrNi 177, X 5 CrNiMo 1810 oder X 7 CrNiAl 177 hergestellt sind, anzugeben, mit dem die Standzeit der Webblattlamellen um ein Mehrfaches gegenüber bekannten Verfahren erhöht werden kann und bei dem die Härte an den abrasiv beanspruchten Oberflächenbereichen nicht durch Oberflächenbeschichtung erfolgt.
Insbesondere sollen mit den Verfahren in den dem Verschleiß ausgesetzten Bereichen der Lamelle, das sind die Randbereiche, eine hohe Härte erzielt werden, während der weitaus größere Flächenanteil der Lamelle ungehärtet bleibt.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Verfahren anzugeben, wonach sowohl die Standzeit von Webblattlamellen als auch die von Bremslamellen der Schußfadenbremsen, deren Oberflächen bereits eine Hartchromschicht aufweisen, erhöht werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1, 2 und 4 gelöst.
Erfindungswesentlich nach den Ansprüchen 1 und 2 ist danach, daß die Webblattlamellen in einem Reaktionsraum innerhalb einer bestimmten Zeitdauer gleichzeitig zwei Behandlungsverfahren zur Erzielung einer hohen Verschleißfestigkeit an den dem Verschleiß ausgesetzten Randbereich der Webblattlamelle unterworfen werden.
Als besonders vorteilhaft erweist sich, wenn die der abrasiven Beanspruchung ausgesetzten Randbereiche der Lamellen während der Dauer des einfachen Warmauslagerns einer Behandlung unter Ionisation des Stickstoffes durch Glimmentladung (Plasmanitrieren) ausgesetzt sind.
Mit dem kombinierten Behandlungsverfahren werden nitrierte Lamellenrandbereiche erhalten, die eine Härte von bis zu 1200 HV aufweisen.
Der übrige Oberflächenbereich der Lamellen ist nicht mit dieser Härteschicht versehen, womit die Bruchgefahr der Lamellen beim Einsatz im Webblatt der Webmaschine ausgeschlossen ist.
Die erfindungsgemäßen Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 vermeiden nun das Aufbringen von verschleißfesten Schichten auf das Grundmaterial. Diese Verfahren gehen statt dessen davon aus, ein Grundmaterial für die Webblattlamellen zu verwenden, mit welchem bereits durch einfaches Warmauslagern eine bestimmte Festigkeit erzielbar ist und wobei in Kombination des Warmauslagerungsprozesses mit einer an sich bekannten thermochemischen Behandlung vorzugsweise durch Gasnitrieren oder Plasmanitrieren gezielt eine weitere Erhöhung der Verschleißfestigkeit an den betreffenden Oberflächenbereichen erreicht wird.
Mit den erfindungsgem. Verfahren ergeben sich ferner, im Vergleich zum Oberflächenbeschichten, Webblattlamellen mit einer Diffusionsschicht, die eine höhere Verschleißfestigkeit, eine höhere Dauerfestigkeit und eine höhere Biegewechselfestigkeit als beschichtete Lamellen aufweisen. Durch die Wärmebehandlung und die Plasmatrierung der Lamellen in paketierter Form gelingt es ferner, daß die einzelnen Lamellen absolut gerade bleiben und die harte Diffusionsschicht nur an dem freiliegenden Oberflächenbereich der Lamellen entsteht, z.B. an dem mit dem Schußfadeneintragskanal versehenen Bereich.
Eine weitere Verbesserung der Verschleißfestigkeit in den betreffenden Randbereichen der Lamellen kann dann erzielt werden, wenn die nach dem Verfahrensablauf gem. Patentanspruch 1 und 2 behandelten Lamellen durch Ionenimplantieren, vorzugsweise von N-Atomen, weiterbehandelt werden.
Die damit erzielbare Endhärte im Randbereich der Lamelle liegt bei etwa 1800 HV.
In überraschender Weise hat sich gezeigt, daß Webblattlamellen und Bremslamellen von Schußfadenbremsen, die vorzugsweise aus kalt gewalztem Bandstahl der vorstehend genannten Sorten bestehen und eine Hartchromschicht besitzen, durch Ionenimplantieren, z.B. von N-Atomen in die Hartchromschicht, eine bis zu 5-fach höhere Standzeit gegenüber den lediglich eine Hartchromschicht tragenden Lamellen erreichen.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
Es zeigen:

Fig. 1 :: eine Webblattlamelle in der Seitenansicht mit dem angedeuteten abrasiv beanspruchten Randbereich,
Fig. 2 :: einen Schnitt durch die Webblattlamelle nach der Linie A - A in vergrößertem Maßstab,
Fig. 3 :: die Bremslamellen einer Schußfadenbremse in der Draufsicht.

Die dargestellte Webblattlamelle 1 bildet mit einer Vielzahl derartiger Lamellen das Webblatt einer Luftdüsenwebmaschine aus.
Die äußere Kontur jeder der beiden Längsschenkel 1a und 1b geht in einen Vorsprung 2 und 3 über. Die beiden Vorsprünge 2 und 3 begrenzen eine Ausnehmung 4, z.B. eine U-förmige Ausnehmung.
Die Ausnehmung 4 der Vielzahl von Webblattlamellen 1 bildet im Webblatt den Schußfadeneintragkanal.
Bei der Verarbeitung von besonders abrasiv wirkenden Schußfäden, wie z.B. Glaslunte, ist gerade die Kontur 4a der Ausnehmung 4 einer hohen Verschleißbeanspruchung ausgesetzt.
Zum Zwecke der Erzielung einer rationellen thermischen und thermochemischen Behandlung wird vorgeschlagen, zunächst die Vielzahl der Webblattlamellen 1, die aus kalt gewalztem Bandstahl der Sorte X 12 CrNi 177 bestehen und durch Stanzen hergestellt sind, aneinander zu reihen und paketartig in einer Vorrichtung 5 zusammenzuhalten.
Das damit gebildete Lamellenpaket wird in der dargestellten Weise gem. Fig. 1 einem Reaktionsraum, der unter einem bestimmten Druck (Teilvakuum) steht, zugeführt.
In dem Reaktionsraum wird das Lamellenpaket bei einer Temperatur > 480 °C und bei einer Zeitdauer von etwa 8 Stunden einfach warmausgelagert.
Erfindungsgemäß wird nun parallel zum Warmauslagern die freiliegende Oberflächenkontur 6 der Lamellen 1 unter Zufuhr eines Nitriergases (Stickstoff) der Ionisation des Stickstoffes durch Glimmentladung (Plasmanitrieren) ausgesetzt. Dabei diffundieren die Stickstoffatome in die freiliegende Oberflächenkontur 6 und bilden eine erste harte Randschicht 7 von etwa 0,1 mm aus.
Nachfolgend wird das Lamellenpaket auf Raumtemperatur abgekühlt.
Nach dem Abkühlen werden die Lamellen 1 in der vorgegebenen Anordnung erfindungsgemäß einer Behandlung durch Ionenimplantation in einem evakuierten Reaktionsraum unterzogen. Hier wird vorzugsweise ausschließlich die plasmanitrierte Kontur 4a der Ausnehmung 4 inonenimplantiert.
Die Dauer des Ionenimplantierens beträgt etwa 4 Stunden. Während dieses Verfahrenschrittes bildet sich eine zweite und vergleichsweise härtere Randschicht 8 von etwa 10 µm aus.
In Fig. 2 sind in Art eines Schliffbildes die erzielten harten Randschichten 7 und 8 der freiliegenden Oberflächenkontur 6 der Lamellen 1 dargestellt.
Die in Fig. 3 dargestellten Bremslamellen 9, 10 einer Schußfadenbremse 11 besitzen einander gegenüberliegende Flächen 9a, 10a zwischen denen der Schußfaden 12 hindurchgezogen ist. Vorzugsweise die Flächen 9a und 10a sind mit einer Hartchromschicht versehen.
Bei Schußfadenbremsen ist es von besonderem Vorteil, wenn die bremsenden Flächen eine hohe Verschleißfestigkeit aufweisen. Die einzelnen Bremslamellen 9, 10 sind beispielsweise aus einem kalt gewalztem Bandstahl der Sorte X 12 CrNi 177 hergestellt und nach dem Herstellungsprozeß innenseitig hartverchromt.
Die Standzeit dieser Bremslamellen beträgt bei einer Härte von etwa 700 HV ca. 1000 Betriebsstunden.
In überraschender Weise wurde gefunden, daß durch Ionenimplantieren der hartverchromten Oberflächen eine bis zum 5-fachen höhere Standzeit gegenüber der nicht durch Ionenimplantieren behandelten Hartchromschicht erzielbar ist.

ZEICHUNGS-LEGENDE

1: Webblattlamelle
1a: Längsschenkel
1b: Längsschenkel
2: Vorsprung
3: Vorsprung
4: Ausnehmung
4a: Kontur
5: Vorrichtung
6: freie Oberflächenkontur
7: Randschicht
8: Randschicht
9: Bremslamelle
9a: Fläche
10: Bremslamelle
10a: Fläche
11: Schußfadenbremse
12: Schußfaden

Claims

Verfahren zur Standzeiterhöhung abrasiv beanspruchter Oberflächenbereiche von Webblattlamellen, die aus warmauslagerbarem, insbesondere aus kalt gewalztem Bandstahl der Sorten X 12 CrNi 177, X 5 CrNiMo 1810 und X 7 CrNiAl 177 oder aus anlaßbeständigen, vergüteten Nitrierstählen bestehen und wobei die Lamellen paketiert in einem evakuierbaren Reaktionsraum eine abrasionsmindernde Behandlung erfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung aus folgenden Schritten besteht
a) einfaches Warmauslagern der Webblattlamellen bei einer Temperatur T zwischen 480 und 550 °C und einer Zeitdauer t von etwa 8 Stunden,

b) parallel zum einfachen Warmauslagern thermochemische Behandlung der abrasiv beanspruchten Oberflächenbereiche, indem während der Dauer des Warmauslagerns die Oberflächenbereiche einem Nitriergasstrom, vorzugsweise einem Ammoniakgasstrom ausgesetzt sind und nachfolgend

c) Abkühlen der Webblattlamellen auf Raumtemperatur.
Verfahren zur Standzeiterhöhung abrasiv beanspruchter Oberflächenbereiche von Webblattlamellen, die aus warmauslagerbarem, insbesondere aus kalt gewalztem Bandstahl der Sorten X 12 CrNi 177, X 5 CrNiMo 1810 und X 7 CrNiAl 177 oder aus anlaßbeständigen, vergüteten Nitrierstählen bestehen und wobei die Lamellen paketiert in einem evakuierbarem Reaktionsraum eine abrasionsmindernde Behandlung erfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung aus folgenden Schritten besteht
a) einfaches Warmauslagern der Webblattlamellen bei einer Temperatur T zwischen 480 und 550 °C und einer Zeitdauer t von etwa 8 Stunden,

b) parallel zum einfachen Warmauslagern thermochemische Behandlung der abrasiv beanspruchten Oberflächenbereiche durch Plasmanitrieren, indem in an sich bekannter Weise der Reaktionsraum teilevakuiert wird, daraufhin ein stickstoffhaltiges Gas in den Behandlungsraum eingeleitet wird und ein Behandlungsdruck von 1 bis 10 mb eingestellt wird, und nachfolgend

c) Abkühlen der Webblattlamellen auf Raumtemperatur.
Verfahren nach Anspruch l oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Wärme- und thermochemischen Behandlung die harten Reaktionsschichten der abrasiv beanspruchten Oberflächenbereiche bei Raumtemperatur einer an sich bekannten Ionenimplantation von vorzugsweise N-Atomen ausgesetzt werden.
Verfahren zur Standzeiterhöhung abrasiv beanspruchter Oberflächenbereiche, insbesondere von Webblattlamellen und Bremslamellen von Schußfadenbremsen durch Behandlung in einem Reaktionsraum, wobei die Lamellen vorzugsweise aus kalt gewalztem Bandstahl der Sorten X 12 CrNi 177, X 5 CrNiMo 1810 und X 7 CrNiAl 177 bestehen und eine hartverchromte Oberfläche besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die abrasiv beanspruchten Oberflächenbereiche einer an sich bekannten Ionenimplantation von vorzugsweise N-Atomen ausgesetzt werden.