EP1096043A1 - Verfahren zur Herstellung eines Garniturdrahts für das Open-End-Spinning - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Garniturdrahts für das Open-End-Spinning Download PDF

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EP1096043A1
EP1096043A1 EP00121264A EP00121264A EP1096043A1 EP 1096043 A1 EP1096043 A1 EP 1096043A1 EP 00121264 A EP00121264 A EP 00121264A EP 00121264 A EP00121264 A EP 00121264A EP 1096043 A1 EP1096043 A1 EP 1096043A1
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EP
European Patent Office
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wire
deburring
diameter
clothing
raw
Prior art date
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EP00121264A
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EP1096043B1 (de
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Jörg Lukschandel
Manfred Menge
Jürgen Meyer
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Wacker Chemie AG
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Elektroschmelzwerk Kempten GmbH
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    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01G—PRELIMINARY TREATMENT OF FIBRES, e.g. FOR SPINNING
    • D01G15/00—Carding machines or accessories; Card clothing; Burr-crushing or removing arrangements associated with carding or other preliminary-treatment machines
    • D01G15/84—Card clothing; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • D01G15/88—Card clothing; Manufacture thereof not otherwise provided for formed from metal sheets or strips
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01H—SPINNING OR TWISTING
    • D01H4/00—Open-end spinning machines or arrangements for imparting twist to independently moving fibres separated from slivers; Piecing arrangements therefor; Covering endless core threads with fibres by open-end spinning techniques
    • D01H4/30—Arrangements for separating slivers into fibres; Orienting or straightening fibres, e.g. using guide-rolls
    • D01H4/32—Arrangements for separating slivers into fibres; Orienting or straightening fibres, e.g. using guide-rolls using opening rollers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S427/00—Coating processes
    • Y10S427/103—Diamond-like carbon coating, i.e. DLC

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a Clothing wire for open-end spinning.
  • OE spinning Open-end spinning
  • Opening roller and the spinning rotor The most important components of the OE spinning unit are Opening roller and the spinning rotor.
  • the opening roller By means of the opening roller from a cotton-like tape that is only a few micrometers thick fibers pulled out from contaminants freed and fed into the spinning rotor via a feed channel, where they are twisted into the finished yarn.
  • the perfect functioning of the opening roller is crucial Influence on the stability of the spinning process and the quality of the yarn produced.
  • FIG. 1 shows a partially cut open usual opening roller ring consisting of a base roller made of aluminum 1 and the spirally wound clothing wire 2nd
  • opening rollers and toothed strips or wires can be found, for example, in US-A-2,937,413, US-A-4,233,711, US-A-2,731,676, US-A-4,435,953 and US-A-3,833,968.
  • the production the tooth wires are usually made by rolling out an initially round wire into a profile strip with the characteristic cross-sectional shape (see Fig. 2a) and then punching out the teeth from the flat part of this Profile tape.
  • Such a clothing wire is in Fig. 2a in Cross-section and in part in Fig. 2b in side view shown.
  • mechanical post-processing the tooth flanks carried out by grinding.
  • Such a thing Manufacturing process is described for example in US-A-4,233,711.
  • a clothing wire obtained after these manufacturing steps is also called raw wire.
  • Such a wire is, for example under the name OE-M-3325 CSH from the company Graf / CH-Rapperswil offered on the market.
  • the edges of the Teeth of the raw wire are sharp and sometimes very rough. Opening rollers with a clothing wire in this condition have a completely unacceptable spinning behavior because of the fine fibers be destroyed by the raw wire or on the bumps of the teeth form clusters that loosen from time to time and cause thick spots in the yarn produced.
  • the raw wires are applied prior to application as a clothing wire on the base body of a removing material Process consisting of an electrolytic or chemical Undergo machining operation.
  • the raw wire successively in different electrolytic and / or chemical working baths degreased, descaled, stained and deburred. Between the actual process steps must be intense be rinsed. Through these processing steps, the sharp edges of the raw wire are rounded and the surface quality generally improved. The whole process, however, is lengthy and expensive.
  • Teeth finish The surface condition resulting from this treatment Teeth is called "needle finish”. It is considered indispensable for perfect functioning of the opening roller Wire set. A reference to this "needle finish" is found e.g. in US-A-5,006,367, column 2, lines 9-10.
  • the teeth of the Opening roller through targeted surface technology measures to protect against wear and thus the service life of the Extend the opening roller.
  • This is particularly effective here
  • DE OS 2433769 has proposed clothing wire preform helically with a diameter similar to that Diameter of the roller body, and then this wire on the Fasten roller body.
  • Such a preformed wire can also be used before assembly coated on the roller body, e.g. is described in EP 0861930. According to the prior art the wire, however, even before it is rolled in, for the spinning process have the necessary needle finish because of this surface condition leading processes on tightly rolled wire spirals is not controlled.
  • the materials used for the basic roller body are: preferably used aluminum alloys. A nickel-diamond coating of the roller body is not necessary since there is no significant wear and aluminum materials usually also have sufficient corrosion resistance are.
  • the present invention has the object of a method for To provide that the short term and inexpensive Provides opening rollers for OE spinning.
  • a method for production a clothing wire which is to be applied to an opening roller base body is suitable, characterized in that a for the production of clothing wire standard raw wire upright is processed into a wire roll in which the teeth of the The wire is perpendicular to the roller axis and the one diameter which has the diameter of the opening roller base body corresponds to or up to a maximum of ⁇ 5% of the diameter of the opening roller main body deviates and the wire reel loosely a carrier device is pushed and with this in a electroplating system is introduced, being in the electroplating System for deburring the raw wire and the nickel-diamond coating of a garnished opening roller usual process steps and the clothing wire out is taken from the electroplating system.
  • the method according to the invention allows the manufacturer of Opening rollers, the delivery time for rollers according to customer specifications to reduce from about 8 to about 4 weeks without an extensive Keep stocks of expensive clothing wire with needle finish to have to.
  • there are direct cost savings by reducing the proportion of rejects caused by damage and complete elimination of the transportation process Rolls from manufacturer to nickel-diamond coater.
  • the process according to the invention is based on cheap Raw wire, a clothing wire optimized according to customer specifications provided at the opposite of the booth technology lower costs for optimal function has the required active geometry of the tooth tips and the necessary for the required long-term behavior in spinning technology Wears nickel-diamond coating.
  • the raw wire is preferred in the method according to the invention as is commercially available in elastic rolled bundles with approx. 500 mm in diameter.
  • Manufacturer of such Raw wire are e.g. the company Graf in CH-Rapperswil or the Hollingsworth in D-Neubulach.
  • the wire stretches as it rolls off the collar. He will prefer according to the usual in the manufacture of spiral springs Methods upright to roll with an inner diameter which corresponds to the diameter of the opening roller main body or processed up to a maximum of ⁇ 5%. Such methods are for example from Meissner / Wanke; Manual springs 2nd edition 1993, pages 62/63, Verlagtechnik Berlin-Munich, known.
  • the length of these rolls depends on the size of the for further processing available in the electroplating system Immersion baths.
  • the diameter of these rolls depends after the roller base body on which the clothing wire after the Pass through the method according to the invention should.
  • the Roll diameter essentially from the diameter of the used Dorns. Because of the material properties of the Raw wire of different springback after rolling must hence the diameter of the mandrel by a certain amount be smaller, which is to be determined empirically.
  • the wire roll becomes loose for the treatment of its surface pushed onto a carrier device and with this into a Electroplating machines introduced.
  • An electroplating machine is preferred used, usually in the nickel-diamond dispersion coating of the garnished opening rollers takes place.
  • electroplating systems have mainly been used only for Deposition of metallic coatings such as nickel diamond Layer on finished components by the bath chemicals used cannot be attacked or changed geometrically allowed to.
  • Removal processes such as B. making the needle finish are carried out beforehand in our own facilities, in particular if high demands on geometrical accuracy are required more complicated components, such as this for clothing wire applies to OE opening rollers.
  • these insoluble components can be impurities (eg inclusions such as SiO 2 ) and / or alloying elements (eg carbon).
  • the surface newly generated during deburring has an extraordinary high reactivity; i.e. when removing one Test specimen from the batch for optical assessment and the waiting time until the assessment was made the wire due to the corrosion taking place for a subsequent one Metallization unusable.
  • Chemical deburring takes place using a deburring solution preferably with simultaneous mechanical support instead of.
  • the mechanical support is made insoluble by the addition Solid particles for deburring solution realized.
  • Solid particles with a diameter are preferred from 1 - 1000 ⁇ m. Both organic (e.g. Plastics such as PTFE) as well as inorganic (e.g. boron nitride, Boron carbide etc.) solids are used.
  • the particles have preferably a concentration of 0.2 to 20 g / l.
  • the density of the particles is expediently in a range which prevents floating on the deburring solution or, in the other case, prevents sedimentation from occurring too quickly.
  • the density of the particles is therefore preferably in the range from 1.2 to 4.5 g / cm 3 .
  • the maximum wear resistance of the coating a heat treatment at at least 335 ° C for at least s1 Hour.
  • Example 1 Production of a clothing wire for commercially available Opening rollers
  • the roller base has a diameter of 58 mm.
  • the base body has a spiral groove 1 mm deep, into which the finished clothing wire is rolled should.
  • An untreated raw wire is so on a cylindrical Mandrel spirally wound into rolls that the teeth of the raw wire stand perpendicular to the roller axis.
  • the wire roll should have an inside diameter of approx. Have 59 mm. To achieve this, a mandrel diameter was used of 54 mm used.
  • the mandrel is clamped in the chuck of a lathe, on the Support brakable wire guide rollers are mounted.
  • the raw wire lies in the form of larger coils with a diameter of approx. 500 mm the teeth are parallel to the coil axis.
  • a coil of raw wire is placed on a rotating unwinding device set.
  • the wire end is between those on the lathe support mounted guide rollers on the winding mandrel pulled and in a holding device mounted on the lathe chuck trapped.
  • the guide rollers are spring loaded pressed to the side of the wire and mechanically braked, so that they keep the wire under tension while the winding process is running.
  • the support feed corresponds the thickness of the wire base, so that the Lay the ducts of the resulting spiral directly together.
  • the length of the roll results from the existing device or from those available for further chemical treatment Bathroom dimensions.
  • the wire After reaching the desired roll length, the wire is cut off and thereby relaxed. The remaining elasticity leads to a spring back, in which the spiral gears on the widen predetermined diameter of 59 mm. After this The clamping device on the lathe chuck can be opened slightly remove the finished roll from the mandrel.
  • Chemical deburring baths are offered, for example, by Tritech in D-42207 Wuppertal and Poligrat in D-81829 Kunststoff.
  • the main components of these baths are hydrogen peroxide, ammonium bifluoride, various acids and stabilizers.
  • the described solid particles become the deburring bath added to provide mechanical support to the deburring process to reach.
  • To achieve the maximum wear resistance of the coating heat treatment is carried out at at least 335 ° C, preferably at 350 ° C for 2 hours.
  • the finished wire rolls are again optically in the microscope checked for surface defects.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Preliminary Treatment Of Fibers (AREA)
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  • Yarns And Mechanical Finishing Of Yarns Or Ropes (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein verfahren zur Herstellung eines Garniturdrahts (2) der zum Aufbringen auf einen Auflösewalzengrundkörper (1) geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Herstellung von Garniturdraht üblicher Rohdraht hochkant zu einer Drahtrolle verarbeitet wird, bei der die Zähne des Drahtes senkrecht zur Rollenachse stehen und die einen Durchmesser hat, der dem Durchmesser des Auflösewalzengrundkörpers entspricht oder der bis maximal ± 5% vom Durchmesser des Auflösewalzengrundkörpers abweicht und die Drahtrolle lose auf eine Trägervorrichtung geschoben wird und mit dieser in eine galvanotechnische Anlage eingebracht wird, wobei in der galvanotechnischen Anlage die für das chemische Entgraten eines Rohdrates und das Nickel-Diamant Beschichten (a) einer garnierten Auflösewalze üblichen Verfahrensschritte ablaufen und der Garniturdraht aus der galvanotechnischen Anlage entnommen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Garniturdrahts für das Open-End-Spinnen.
Das Open-End-Spinnen (OE Spinnen) ist das zur Zeit wirtschaftlichste Herstellungsverfahren für Garne aus Kurzfasern. Etwa ein Drittel der Weltproduktion an solchen Garnen wird nach dem OE Spinnverfahren erzeugt. Dafür sind ca. 6 Millionen Spinnstellen in Betrieb.
Die wesentlichsten Komponenten der OE-Spinneinheit sind die Auflösewalze und der Spinnrotor. Mittels der Auflösewalze werden aus einem watteähnlichen Vorlageband die nur wenige Mikrometer dicken Fasern herausgezogen, von Verunreinigungsresten befreit und über einen Zuführkanal in den Spinnrotor eingespeist, wo sie zum fertigen Garn zusammengedreht werden. Die einwandfreie Funktion der Auflösewalze übt einen entscheidenden Einfluß auf die Stabilität des Spinnprozesses und die Qualität des erzeugten Garns aus.
Eine weitverbreitete Ausführungsform von Auflösewalzen besteht aus einem ringförmigen Grundkörper aus Aluminium oder Stahl, der an seinem Umfang eine spiralförmige Nut aufweist, in welche ein mit feinen Zähnen versehenes Stahlband, die Drahtgarnitur, eingezogen und durch Verstemmen fixiert ist. Fig. 1 zeigt einen teilweise aufgeschnittenen üblichen Auflösewalzenring bestehend aus einem aus Aluminium gefertigten Auflösewalzengrundkörper 1 und dem spiralförmig aufgezogenen Garniturdraht 2.
Beispiele für Auflösewalzen und gezahnte Bänder bzw. Drähte finden sich beispielsweise in US-A-2,937,413, US-A-4,233,711, US-A-2,731,676, US-A-4,435,953 und US-A-3,833,968. Die Herstellung der Zahndrähte ("Garnituren") erfolgt üblicherweise durch Auswalzen eines zunächst runden Drahts in ein Profilband mit der charakteristische Querschnittsform (siehe Fig. 2a) und anschließendes Ausstanzen der Zähne aus dem flachen Teil dieses Profilbandes. Ein solcher Garniturdraht ist in Fig. 2a im Querschnitt und in Fig. 2b ausschnittsweise in Seitenansicht dargestellt. Fallweise wird eine mechanische Nachbearbeitung der Zahnflanken durch Schleifen durchgeführt. Ein derartiges Herstellverfahren ist beispielsweise in US-A-4,233,711 beschrieben.
Ein nach diesen Herstellungsschritten erhaltener Garniturdraht wird auch als Rohdraht bezeichnet. Ein solcher Draht wird beispielsweise unter der Bezeichnung OE-M-3325 CSH von Firma Graf/CH-Rapperswil auf dem Markt angeboten. Die Kanten der Zähne des Rohdrahts sind scharf und zum Teil sehr rauh. Auflösewalzen mit einem Garniturdraht in diesem Zustand haben ein völlig unakzeptables Spinnverhalten, da die feinen Fasern durch den Rohdraht zerstört werden oder an den Unebenheiten der Zähne Anhäufungen bilden, die sich von Zeit zu Zeit lösen und Dickstellen im erzeugten Garn verursachen.
Es ist daher Stand der Technik, die Rohdrähte vor dem Aufbringen als Garniturdraht auf den Grundkörper einem abtragendem Verfahren bestehend aus einem elektrolytischen oder chemischen Bearbeitungsvorgang zu unterziehen. Dazu wird der Rohdraht nacheinander in verschiedenen elektrolytisch und/oder chemisch arbeitenden Bädern entfettet, entzundert, gebeizt und entgratet. Zwischen den eigentlichen Prozeßschritten muß intensiv gespült werden. Durch diese Bearbeitungsschritte werden die scharfen Kanten des Rohdrahts verrundet und die Oberflächengüte generell verbessert. Das gesamte Verfahren ist allerdings langwierig und teuer.
Da an den Garniturdraht für OE-Auflösewalzen besonders hohe Anforderungen an die Formgenauigkeit gestellt werden, wird dieser in der Regel nicht elektrolytisch, sondern mit dem aufwendigeren chemischen Entgratungsverfahren behandelt.
Der aus dieser Behandlung resultierende Oberflächenzustand der Zähne wird als "Nadelfinish" bezeichnet. Er gilt als unverzichtbar für eine einwandfreie Funktion der Auflösewalze mit Drahtgarnitur. Ein Hinweis auf dieses "Nadelfinish" findet sich z.B. in US-A-5,006,367, Spalte 2, Zeilen 9 - 10.
Des weiteren gehört es zum Stand der Technik, die Zähne der Auflösewalze durch gezielte oberflächentechnische Maßnahmen vor Verschleiß zu schützen und damit die Gebrauchsdauer der Auflösewalze zu verlängern. Besonders wirksam ist hierbei das Aufbringen einer Dispersionsschicht aus autokatalytisch abgeschiedenem Nickel mit eingelagerten Diamantpartikeln auf die mit Nadelfinish versehene, drahtgarnierte Auflösewalze. Dies ist u.a. in Metalloberfläche 1984, Heft 4, Seite 139 oder Textile Month, Mai 1981, beschrieben. Mit einer derartigen Nickel-Diamant-Beschichtung versehene Auflösewalzen erreichen Standzeiten, die jene von unbeschichteten Auflösewalzen um das fünf- bis zehnfache übertreffen.
Ähnlich wie die oben beschriebene Entgratungs- und Verrundungsbehandlung des Rohdrahtes erfordert die Nickel-Diamant-Beschichtung eine aufwendige vielstufige Behandlung in Tauchbädern. Es ist daher wünschenswert, die beiden zeitaufwendigen teueren Verfahren in wirtschaftlicher Weise zusammenzufassen.
Ein entsprechendes Verfahren, mit Rohdraht garnierte Auflösewalzen in einem einzigen Durchlauf mit Nadelfinish und Diamantbeschichtung zu versehen, ist z.B. in DE 4314161 A1 (entspricht US-A-5,547,709) beschrieben.
Beim Einrollen des Garniturdrahtes in die spiralförmige Nut des Walzengrundkörpers ("Garnieren") wird unbeschichteter, gerader Draht von größeren Rollen unter starkem Zug in die Nut des langsam rotierenden Walzenkörpers eingeführt und durch mechanische Verformung des zwischen den Gängen der Nut befindlichen Stegs mittels schmaler Rollen seitlich eingeklemmt. Bei diesem Vorgang erfährt der Garniturdraht eine erhebliche plastische Verformung im Bereich des Zahngrundes, da er an dieser Stelle starkt gestreckt wird. Bei unbeschichtetem Draht ist dies nicht störend, eine bereits vor dem Einrollen auf dem Draht befindliche Beschichtung, insbesondere die für Auflösewalzen typische Diamantbeschichtung, würde jedoch bei derartiger plastischer Verformung des Grundmaterials unweigerlich Risse bilden und ggfs. sogar abplatzen. Dies wäre für die Funktion der Walze völlig unzulässig. Um dieses Problem zu vermeiden werden daher mit dem Garniturdraht versehene ("garnierte") Walzen mit einer Nickel-Diamant-Beschichtung versehen.
In DE OS 2433769 ist vorgeschlagen worden, Garniturdraht schraubenförmig vorzuformen mit einem Durchmesser ähnlich dem Durchmesser des Walzenkörpers, und diesen Draht dann auf dem Walzenkörper zu befestigen.
Ein solcher vorgeformter Draht kann auch bereits vor dem Montieren auf dem Walzenkörper beschichtet werden, wie dies z.B. in EP 0861930 beschrieben ist. Nach dem Stand der Technik muß der Draht jedoch schon vor dem Einrollen das für den Spinnprozeß notwendige Nadelfinish besitzen, weil das zu diesem Oberflächenzustand führende Verfahren an eng gerollten Drahtspiralen nicht beherrscht wird.
Da die Diamantbeschichtung in der geforderten Qualität weltweit nur von wenigen Lohnveredelern beherrscht wird, ist ein Transport der bereits mit dem Garniturdraht bestückten Walzen oder des vorgerollten, mit Nadelfinish versehenen Drahtes zum Lohnveredler und ein Rücktransport zum OE Maschinenhersteller nach dem Veredeln erforderlich .
Wegen dieses sehr umständlichen Herstellungsganges ist die Beschaffung von Auflösewalzen für den Endverbraucher sehr teuer und mit außerordentlich langen Lieferzeiten behaftet.
Der gesamte Ablauf ist nicht nur zeitaufwendig und teuer sondern auch mit einem erheblichen Ausschußrisiko behaftet, da selbst leichte Schläge auf die Zahnspitzen, wie sie bei den zahlreichen nach dem Garnieren noch stattfindenden Handhabungsvorgängen häufig nicht zu vermeiden sind, zu Verformungen führen und die Walze unbrauchbar machen können.
Als Werkstoffe für den Walzengrundkörper werden aus Gewichtsgründen bevorzugt Aluminiumlegierungen verwendet. Eine Nickel-Diamantbeschichtung des Walzenkörpers ist nicht erforderlich, da keine nennenswerte Verschleißbeanspruchung auftritt und Aluminiumwerkstoffe üblicherweise auch ausreichend korrosionsbeständig sind.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das die kurzfristige und kostengünstige Bereitstellung von Auflösewalzen für das OE-Spinnen ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Garniturdrahts der zum Aufbringen auf einen Auflösewalzengrundkörper geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Herstellung von Garniturdraht üblicher Rohdraht hochkant zu einer Drahtrolle verarbeitet wird, bei der die Zähne des Drahtes senkrecht zur Rollenachse stehen und die einen Durchmesser hat, der dem Durchmesser des Auflösewalzengrundkörpers entspricht oder der bis maximal ± 5 % vom Durchmesser des Auflösewalzengrundkörpers abweicht und die Drahtrolle lose auf eine Trägervorrichtung geschoben wird und mit dieser in eine galvanotechnische Anlage eingebracht wird, wobei in der galvanotechnischen Anlage die für das Entgraten des Rohdrates und das Nickel-Diamant Beschichten einer garnierten Auflösewalze üblichen Verfahrensschritte ablaufen und der Garniturdraht aus der galvanotechnischen Anlage entnommen wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es dem Hersteller von Auflösewalzen, die Lieferzeit für Walzen nach Kundenspezifikation von ca. 8 auf ca. 4 Wochen zu reduzieren, ohne ein umfangreiches Lager an teurem Garniturdraht mit Nadelfinish vorhalten zu müssen. Zusätzlich ergeben sich direkte Kosteneinsparungen durch Reduzierung des beschädigungsbedingten Ausschußanteils und den Wegfall des Transportvorgangs kompletter Walzen von Hersteller zum Nickel-Diamant-Beschichter.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird, ausgehend von billigem Rohdraht, ein nach Kundenspezifikation optimierter Garniturdraht zur Verfügung gestellt, der bei gegenüber dem Stand der Technik niedrigeren Kosten die für eine optimale Funktion erforderliche Wirkgeometrie der Zahnspitzen aufweist und die für das geforderte spinntechnologische Langzeitverhalten notwendige Nickel-Diamant-Beschichtung trägt.
Der Rohdraht wird im erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise wie handelsüblich erhältlich in elastisch gerollten Bunden mit ca. 500 mm Durchmesser eingesetzt. Hersteller eines solchen Rohdrahtes sind z.B. die Firma Graf in CH-Rapperswil oder die Firma Hollingsworth in D-Neubulach.
Beim Abrollen vom Bund streckt sich der Draht. Er wird vorzugsweise nach den bei der Herstellung von Spiralfedern üblichen Methoden hochkant zu Rollen mit einem Innendurchmesser der dem Durchmesser des Auflösewalzegrundkörpers entspricht oder bis maximal ± 5 % davon abweicht verarbeitet. Solche Methoden sind beispielsweise aus Meissner/Wanke; Handbuch Federn 2. Aufl. 1993, Seiten 62/63, Verlag Technik Berlin-München, bekannt.
Die Länge dieser Rollen richtet sich nach der Größe der für die Weiterbehandlung in der galvanotechnischen Anlage verfügbaren Tauchbäder. Der Durchmesser dieser Rollen richtet sich nach dem Walzengrundkörper, auf dem der Garniturdraht nach dem Durchlaufen des erfindungsgemäßen Verfahrens montiert werden soll.
Wie aus der Herstellung von Spiralfedern bekannt, hängt der Rollendurchmesser im wesentlichen vom Durchmesser des verwendeten Dorns ab. Wegen des je nach Materialeigenschaften des Rohdrahtes unterschiedlichen Rückfederns nach dem Rollen muß daher der Durchmesser des Dorns um einen bestimmten Betrag kleiner sein, der empirisch zu ermitteln ist.
Für die Behandlung ihrer Oberfläche wird die Drahtrolle lose auf eine Trägervorrichtung geschoben und mit dieser in einen Galvanikautomaten eingebracht. Vorzugsweise wird ein Galvanikautomat verwendet, in dem üblicherweise die Nickel- Diamant-Dispersionsbeschichtung der garnierten Auflösewalzen stattfindet.
Bisher dienen galvanotechnische Anlagen überwiegend nur der Abscheidung von metallischen Überzügen wie der Nickel-Diamant Schicht auf fertigen Bauteilen, die von den eingesetzten Badchemikalien nicht angegriffen oder geometrisch verändert werden dürfen.
Abtragende Verfahren wie z. B. das Herstellen des Nadelfinishs werden vorher in eigenen Anlagen durchgeführt, insbesondere wenn hohe Anforderungen an die Formgenauigkeit geometrisch komplizierter Bauteile gestellt werden, wie dies für Garniturdraht für OE-Auflösewalzen gilt.
Es ist nicht ohne weiteres möglich, in einem durchgängigen Oberflächenbehandlungsverfahren rein chemisch ein definiert abtragendes und ein metallabscheidendes Verfahren nacheinander fehlerfrei ablaufen zu lassen. Daher war es auch nicht naheliegend, die wirtschaftlich attraktive Kombination dieser beiden Behandlungsschritte in einem einzigen Durchlauf zu versuchen.
Gegen eine chemische Formentgratung von Drahtrollen mit direkt anschließender Metallabscheidung sprechen im einzelnen folgende Gründe:
Die beim chemischen Formentgraten erwünschte Materialauflösung ist zwangsläufig auch mit dem unerwünschten Freilegen von unlöslichen Werkstoffbestandteilen verbunden.
Je nach Stahltyp können diese unlöslichen Bestandteile Verunreinigungen (z.B. Einschlüsse wie SiO2)und/oder Legierungselemente (z.B. Kohlenstoff) sein.
Bei der Entgratung eines geraden Drahtes nach Stand der Technik im Durchlaufverfahren können die auf der Drahtoberfläche anhaftenden Verunreinigungen sicher entfernt werden, wenn der Draht durch ein spezielles Reinigungsbad mit seitlich angeordneten Ultraschallschwingern geführt wird.
Dieses Verfahren führt bei der Reinigung eines erfindungsgemäß vorgerollten Drahtes nicht zum gewünschten Erfolg, da die ultraschallunterstützte Reinigung durch geometrische Abschirmeffekte stark beeinträchtigt wird.
Die direkte Metallisierung dieser Oberfläche führt zu Fehlern wie unzulässigen Rauhigkeiten und mangelnder Schichthaftung.
Ein weiterer Umstand, der die Durchführung der chemischen Formentgratung und der Metallisierung in einem durchgängigen Verfahren erschwert, ist die nach Möglichkeit durchzuführende optische Zwischenkontrolle der entgrateten Oberfläche vor dem Aufbringen der teuren Nickel-Diamant-Dispersionsbeschichtung.
Die beim Entgraten neu generierte Oberfläche weist eine außerordentlich hohe Reaktivität auf; d.h. beim Entnehmen eines Prüfkörpers aus der Charge für die optische Beurteilung und der bis zur erfolgten Beurteilung notwendigen Wartezeit würde der Draht durch die stattfindende Korrosion für eine nachfolgende Metallisierung unbrauchbar.
Durch nachfolgend aufgeführte Verfahrensentwicklungen ist es jetzt möglich, die chemische Entgratung und die Metallisierung der erzeugten Oberfläche trotz der beschriebenen Probleme in einem durchgängigen Verfahren durchzuführen:
Das chemische Entgraten mittels einer Entgratungslösung findet vorzugsweise mit gleichzeitiger mechanischer Unterstützung statt. Die mechanische Unterstützung wird durch den Zusatz unlöslicher Feststoffpartikel zur Entgratungslösung realisiert.
Bei der chemischen Formentgratung ist es zur Erzielung einer qualitativ hochwertigen Oberfläche in vertretbarer Behandlungszeit bevorzugt, den Rohdraht gezielt mit Entgratungslösung anzuströmen.
Dies kann z.B. durch Umpumpen geschehen, d.h. die Entgratungslösung wird im Kreislauf gefahren. Setzt man der Entgratungslösung nun Feststoffpartikel zu, so können diese bei geeigneter Beschaffenheit und abgestimmter Größe durch die stetige Relativbewegung zwischen Partikel- und Bauteiloberfläche einen kontinuierlichen Reinigungsprozeß der Oberfläche bewirken. Unlösliche Bestandteile des zu entgratenden Werkstoffs werden während des Entgratungsprozesses mechanisch von der Oberfläche entfernt.
Vorzugsweise werden Feststoffpartikel mit einem Durchmesser von 1 - 1000 µm eingesetzt. Es können sowohl organische (z.B. Kunststoffe wie PTFE) als auch anorganische (z.B. Bornitrid, Borcarbid etc.) Feststoffe eingesetzt werden. Die Partikel haben vorzugsweise eine Konzentration von 0,2 bis 20 g/l.
Die Dichte der Partikel liegt zweckmäßigerweise in einem Bereich, der ein Aufschwimmen auf der Entgratungslösung oder im anderen Falle ein zu rasches Sedimentieren verhindert. Die Dichte der Partikel liegt somit vorzugsweise im Bereich von 1,2 bis 4,5 g/cm3.
Voraussetzung ist in allen Fällen, daß die Feststoffpartikel nicht von der Entgratungslösung angegriffen werden.
Im Anschluß an die Entgratung sollte wie bereits erwähnt eine Zwischenkontrolle des Entgratungsergebnisses erfolgen.
Um einen Korrosionsangriff der entgrateten Oberfläche zu vermeiden, wird direkt nach dem Entgratungsschritt eine vorzugsweise elektrolytische Kurzzeitpassivierung in einer sauren, phosphathaltigen Lösung vorgenommen. Entsprechende Verfahren sind im Stand der Technik bekannt. Die dabei entstehende Eisenphosphatschicht schützt die Oberfläche vor Korrosion und kann nach Wiederaufnahme des Durchlaufprozesses in einer weiteren sauren Lösung (Aktivator) vor dem Metallisieren wieder entfernt werden.
Im Anschluß an das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Erzielung der maximalen Verschleißbeständigkeit der Beschichtung eine Wärmebehandlung bei mindestens 335°C über mindesten s1 Stunde erfolgen.
Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.
Beispiel 1: Herstellung eines Garniturdrahts für marktübliche Auflösewalzen
Der Walzengrundkörper hat einen Durchmesser von 58 mm. In den Grundkörper ist eine spiralförmige Nut von 1 mm Tiefe eingestochen, in welche der fertige Garniturdraht eingewalzt werden soll.
Ein unbehandelter Rohdraht wird derart auf einem zylindrischen Dorn spiralförmig zu Rollen gewickelt, daß die Zähne des Rohdrahts senkrecht zur Rollenachse stehen. Für die spätere leichte Montage des Drahtes auf einem Walzenkörper mit 58 mm Durchmesser soll die Drahtrolle einen Innendurchmesser von ca. 59 mm haben. Um dies zu erreichen wurde ein Dorndurchmesser von 54 mm verwendet.
Der Dorn wird in das Futter einer Drehbank gespannt, auf deren Support bremsbare Drahtführungsrollen montiert sind. Der Rohdraht liegt in Form größerer Spulen mit ca. 500 mm Durchmesser vor, die Zähne liegen hier parallel zur Spulenachse.
Eine Spule Rohdraht wird auf eine drehbare Abrollvorrichtung gesetzt. Das Drahtende wird zwischen den auf dem Drehbanksupport montierten Führungsrollen hindurch an den Wickeldorn gezogen und in einer auf dem Drehbankfutter montierten Haltevorrichtung eingeklemmt. Die Führungsrollen werden durch Federkraft seitlich an den Draht gepreßt und mechanisch gebremst, so daß sie den Draht unter Zugspannung halten, während der Wickelvorgang abläuft. Der Vorschub des Supports entspricht der Dicke des Drahtfußes, so daß sich beim Wickeln die Gänge der entstehenden Spirale direkt aneinander legen. Die Länge der Rolle ergibt sich aus der vorhandenen Vorrichtung bzw. aus den bei der chemischen Weiterbehandlung verfügbaren Badabmessungen.
Nach Erreichen der gewünschten Rollenlänge wird der Draht abgeschnitten und dadurch entspannt. Die Rest-Elastizität führt zu einem Rückfedern, bei dem sich die Spiralengänge auf den vorausbestimmten Durchmesser von 59 mm aufweiten. Nach dem Öffnen der Klemmvorrichtung auf dem Drehbankfutter läßt sich die fertige Rolle leicht von dem Dorn abnehmen.
Mehrere so hergestellte Rollen aus Rohdraht werden auf Trägervorrichtungen lose aufgesteckt und mit diesen in das Transportsystem eines Galvanikautomaten eingehängt. Zusätzlich werden einige kurze Drahtstücke leicht entnehmbar an den Trägervorrichtungen befestigt.
In dem Galvanik-Automaten befinden sich alle Bäder, die zur abtragenden Oberflächenbehandlung und zur Nickel Diamant Beschichtung des Drahtes notwendig sind, einschließlich der erforderlichen Spülbäder.
Im folgenden ist ein typischer Behandlungsablauf für einen Garniturdraht der Type OB 20, die bevorzugt beim Spinnen von Baumwolle eingesetzt wird, beschrieben.
Der Behandlungsablauf zur Drahtvorbehandlung kann rein chemisch oder mit elektrolytischer Unterstützung erfolgen. Entsprechende Vorbehandlungsverfahren sind Stand der Technik. (W. Riedel: Funktionelle Chemische Vernickelung, Leuze-Verlag, 1989, S. 177 Lehrgangsunterlagen Entgrat-Technik 95, TA Esslingen, Technologie der Galvanotechnik, Gaida/Aßmann: Leuze Verlag, 1. Auflage, 1996) bekannt. Einzelheiten der Schritte sind daher nicht wiedergegeben.
  • 1. Alkalische Heißentfettung bei 70°C 10 Minuten
  • 2. Spülen
  • 3. Sparbeize 60°C 5 Minuten
  • 4. Spülen
  • 5. Chemische Entgratung mit mechanischer Unterstützung 10 Min. bei 35°C
  • 6. Spülen
  • 7. Kurzzeitpassivierung: Elektrolytische Passivierung in saurer, phosphathaltiger Lösung
  • 8. Entnehmen eines Drahtstücks zwecks optischer Prüfung des Verrundungsgrades der Zahnspitzen. Je nach Ergebnis Wiederholung der Schritte 2 bis 8 oder
  • 9. Entfernen der Eisenphosphatschicht und Aktivierung der Oberfläche in 5 bis 10 %iger HCl 2 Min. bei 30°C
  • 10. Spülen
  • 11. Einsetzen in das Diamantbeschichtungsbad, Tauchzeit nach gewünschter Schichtdicke ca. 90 min. bei 85°C
  • 12. Abduschen über dem Diamantbad
  • 13. Ultraschallreinigung
    • Chemische Entgratungsbäder werden z.B. von den Firmen Tritech in D-42207 Wuppertal und Poligrat in D-81829 München angeboten.
    Diese Bäder enthalten als Hauptbestandteile Wasserstoffperoxid, Ammoniumbifluorid, verschiedene Säuren und Stabilisatoren.
    Die Arbeitsweise und Zusammensetzung von chemischen Entgratungsbädern ist in F. Schäfer; Entgraten-Theorie, Verfahren, Anlagen; 1975; Seiten 160 bis 166; Krausskopf-Verlag, beschrieben.
    Dem Entgratungsbad werden die beschriebenen Feststoffpartikel zugesetzt, um eine mechanische Unterstützung des Entgratungsprozesses zu erreichen.
    Falls eine dünne diamantfreie Nickelschicht auf der eigentlichen Diamantschicht spezifiziert ist, werden die Schritte 9 und 10 wiederholt und die Charge in ein Chemisch Nickel-Bad getaucht.
  • 14. Chemisch Vernickeln je nach gewünschter Schichtdicke mit einer Tauchzeit von 10 bis 20 Minuten bei 85°C.
  • 15. Spülen
  • 16. Entnehmen aus dem Automaten
    • Zur Erzielung der maximalen Verschleißbeständigkeit der Beschichtung erfolgt eine Wärmebehandlung bei mindestens 335°C, bevorzugt bei 350°C über 2 Stunden.
    Die fertigen Drahtrollen werden nochmals optisch im Mikroskop auf Oberflächenfehler geprüft.

    Claims (8)

    1. Verfahren zur Herstellung eines Garniturdrahts der zum Aufbringen auf einen Auflösewalzengrundkörper geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Herstellung von Garniturdraht üblicher Rohdraht hochkant zu einer Drahtrolle verarbeitet wird, bei der die Zähne des Drahtes senkrecht zur Rollenachse stehen und die einen Durchmesser hat, der dem Durchmesser des Auflösewalzengrundkörpers entspricht oder der bis maximal ± 5 % vom Durchmesser des Auflösewalzengrundkörpers abweicht und die Drahtrolle lose auf eine Trägervorrichtung geschoben wird und mit dieser in eine galvanotechnische Anlage eingebracht wird, wobei in der galvanotechnischen Anlage die für das chemische Entgraten eines Rohdrates und das Nickel-Diamant Beschichten einer garnierten Auflösewalze üblichen Verfahrensschritte ablaufen und der Garniturdraht aus der galvanotechnischen Anlage entnommen wird.
    2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das chemische Entgraten mittels einer Entgratungslösung mit gleichzeitiger mechanischer Unterstützung stattfindet, wobei die mechanische Unterstützung durch den Zusatz von Feststoffpartikeln die nicht von der Entgratungslösung angegriffen werden zur Entgratungslösung realisiert wird.
    3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohdraht gezielt mit Entgratungslösung angeströmt wird.
    4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entgratungslösung durch Umpumpen im Kreislauf gefahren wird.
    5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Feststoffpartikel mit einem Durchmesser von 1 - 1000 µm eingesetzt werden.
    6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffpartikel eine Konzentration von 0,2 bis 20 g/l haben.
    7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der Feststoffpartikel im Bereich von 1,2 bis 4,5 g/cm3 liegt.
    8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß direkt nach dem Entgratungsschritt eine elektrolytische Kurzzeitpassivierung in einer sauren, phosphathaltigen Lösung vorgenommen wird.
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