EP1612307B1

EP1612307B1 - Auflöseeinrichtung für Spinnmaschinen

Info

Publication number: EP1612307B1
Application number: EP05104647A
Authority: EP
Inventors: Edmund Schuller; Josef Schermer; Mathias Burchert; Wilhelm Funk
Original assignee: Rieter Ingolstadt GmbH
Current assignee: Rieter Ingolstadt GmbH
Priority date: 2004-06-18
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2025-05-31
Also published as: ATE502144T1; DE502005011110D1; US7188463B2; US20060026946A1; EP1612307A3; EP1612307A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Auflöseeinrichtung für Spinnmaschinen, insbesondere Offenend-Spinnmaschinen, die mit einem Garniturdraht oder einem Garniturring zur Vereinzelung von Fasern eines zugeführten Faserbands ausgestattet ist. Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Auflöseeinrichtung.
Bei der Herstellung von Garnen ist es bei bestimmten Arbeitsschritten erforderlich, die zu verarbeitenden Fasern voneinander zu trennen, d. h. deren Verbund untereinander aufzulösen. Bei anderen Herstellungsschritten ist es beispielsweise erforderlich, Fasern möglichst parallel zueinander auszurichten. Diesen Vorgang nennt man Parallelisieren. Sowohl beim Auflösen als auch beim Parallelisieren der Fasern treten die zu bearbeitenden Fasern in einen mechanischen Kontakt mit den verarbeitenden Vorrichtungen. In Folge des mechanischen Kontaktes tritt an den Vorrichtungen ein mechanischer Verschleiß auf, der einerseits nachteilig für die Standzeiten der Vorrichtungen und andererseits für die Qualität der produzierten Produkte ist. Besonders stark machen sich derartige Verschleißerscheinungen bei Auflöseeinrichtungen von Offenend-Spinnmaschinen bemerkbar. Hier drehen die Auflösewalzen mit Geschwindigkeiten von einigen tausend Umdrehungen pro Minute. Die an deren Umfang befestigten Mitnehmerelemente treffen dabei mit hoher Geschwindigkeit auf die zu vereinzelnden Fasern auf und beschleunigen diese. Hierbei wirken starke abrasive Kräfte auf die entsprechenden Bauteile der Vorrichtungen ein. Eine Möglichkeit, die Mitnehmerelemente auszugestalten besteht darin, eine Auflösewalze mit einer Vielzahl von Nadelelementen zu bestücken, die bei jedem Umlauf Fasern beispielsweise aus einem Faserband herauslösen und mitnehmen. Eine andere technische Lösung sieht vor, die Mitnehmer in Form von Sägezähnen auszugestalten. Hierbei haben sich insbesondere Garniturdrähte bewährt, die aus einem langen Metalldraht bestehen aus dem die Sägezahnkontur ausgestanzt ist. Der so hergestellte Garniturdraht wird dann mittels einer helixförmigen Nut an der Auflösewalze befestigt. Eine andere Lösung sieht vor die Auflösewalzen einteilig auszubilden. Hierbei ist Sägezahngeometrien in ein einteiliges Werkstück, beispielsweise durch Drehen und Schleifen, eingeformt.
Aufgrund des hohen mechanischen Verschleißes muss die Oberfläche der Mitnehmer daher vor allem möglichst widerstandsfähig sein. Darüber hinaus besteht die Forderung derartige Verschleißteile möglichst kostengünstig zu fertigen und damit einhergehend den Montageaufwand so gering wie möglich zu halten. So sind beispielsweise besonders harte Oberflächenbeschichtungen oder Aufbauten bekannt, die aber nicht oder nur sehr schwer zu verarbeiten sind. Darüber hinaus müssen die Oberflächeneigenschaften an die zu verarbeitenden Materialien angepasst werden, wodurch die Verwendung bestimmter leichter zu verarbeitender Oberflächen teilweise ausgeschlossen ist.
Beispielsweise ist es bekannt, die Oberfläche der Garnituren von Auflösewalzen mit einer galvanisch aufgebrachten Nickelschicht zu beschichten, wobei in die Nickelschicht auch Diamantkörner eingebettet werden können. Eine derartige Ausführung einer einschichtigen Beschichtung ist in der EP 1 233 088 A2 beschrieben. Die Schrift schlägt vor, einen Garniturdraht vorzuformen und anschließend den vorgeformten Garniturdraht zu härten und ggf. zu beschichten. Durch das Vorformen sollen Probleme beim Aufbringen der gehärteten Garnitur auf einen Gamiturträger vermieden werden. Alternativ zur galvanischen Nickelbeschichtung wird eine Plasmabeschichtung mit Titannitrid vorgeschlagen.
Weiterhin sind bei faden- oder faserführenden Bauteilen und bei Garnituren von Auftösewalzen verschiedene Nickel-Diamant-Beschichtungen bekannt, welche chemisch in einem Beschichtungsbad aufgebrachte werden. Die DE 198 22 265 A1 sieht einen zweischichtigen Aufbau einer Nickel-Diamant-Beschichtung an einem Spinnrotor vor, wobei in einer inneren Trägerschicht größere Diamantkörner eingebettet sind und in einer äußeren Arbeitsschicht kleinere Körner. Durch die feine Körnung der Arbeitsschicht soll eine gute Gleitqualität für die Fasern erzielt werden, wobei die Lebensdauer der Beschichtung erhöht werden soll. Die US 4,358,922 sieht einen zweischichtigen Aufbau mit einer inneren Schicht vor, in welche Hartstoffkörner eingebettet sind, und eine äußere Schicht ohne Hartstoffkörner. Die äußere Schicht soll die Hartstoffkörner der inneren Schicht bedecken und eine glatte Oberfläche zur Verfügung stellen. Die Beschichtung ist vorzugsweise als Nickel-Phosphor-Beschichtung ausgeführt, wobei in der inneren Schicht Diamantkörner eingebettet sind. Die US 6,293,083 B1 beschreibt einen mehrschichtigen Aufbau einer Nickel-Diamant-Schicht, wobei zwischen zwei Schichten, welche Hartstoffkörner enthalten, jeweils eine Schicht eingebracht ist, welche frei von Hartstoffkörnem ist. Die Verschleißbeständigkeit der Beschichtung soll hierdurch auch bei Beschädigungen der äußeren Schicht erhöht sein.
Ebenfalls bekannt ist es, die Oberflächen fadenführender Bauteile mit einer Schicht aus Carbiden oder Nitriden von Titan oder Chrom zu versehen, welche aufgedampft und somit mittels eines physikalischen Verfahrens aufgebracht wird. Die EP 0 631 961 A1 und EP 0 599 286 A1 beschrieben.als fadenführende Bauteile Galetten, bei welchen ein günstiges "grip-release"-Verhalten gefordert ist. Je nach Beschaffenheit bzw. Oberflächenrauigkeit des Bauteils wird die Schicht aus Carbiden oder Nitriden direkt auf das Bauteil aufgebracht, oder es wird eine spezielle Unterlage als Dickschicht im Plasmaspritzverfahren aufgebracht. Um das gewünschte "grip-release"-Verhalten zu erzielen, wird diese Unterlage mit einer bestimmten, vergleichsweise hohen, Oberflächenrauigkeit in einer Schichtdicke von 100 µm bis 400 µm aufgebracht.
Die DE 101 09 523 A1 beschreibt einen mehrschichtigen Aufbau einer Hartstoffbeschichtung auf einem Bauteil zur spangebenden oder umformenden Bearbeitung. Die Schichten sind auf Titan-Basis ausgebildet und mittels eines PVD-, CVD oder Plasma-DVD-Verfahrens aufgebracht. Zwischen zwei Schichten der Hartstoffbeschichtung ist jeweils eine Zwischenschicht vorzugsweise aus Kobalt angeordnet, welche Spannungen in der Beschichtung herabsetzen und die Gefahr des Abplatzens vermindern soll. Hierdurch können auch vergleichsweise dicke Schichten mit einer guten Haftfestigkeit aufgebracht werden.
Die DE 41 01 680 A1 zeigt eine Auflösewalze, deren Garnitur mit einem zweischichtigen Aufbau versehen ist, wobei als äußere Schicht eine verschleißfeste Nitridschicht in einem PVD-Verfahren aufgebracht ist. Die innere erste Schicht ist ebenfalls als verschleißfeste Schicht, vorzugsweise als Carbidschicht, mit einer rauen Oberflächenstruktur aufgebracht. Die Schichtdicke beträgt daher zwischen 15 µm bis 30 µm. Durch die Anordnung zweier verschleißfester Schichten soll eine besonders gute Beschichtungsqualität erzielt werden, welche beim Aufbringen nur einer Schicht bei gerichteten Aufbringverfahren im Gegensatz zur Beschichtung in einem Beschichtungsbad nicht erreichbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Auflöseeinrichtung und ein Verfahren zu deren Herstellung zu schaffen, die bei einfacher Verarbeitung verbesserte Standzeiten bei einer besonders gleichmäßigen Qualität der produzier ten Produkte erlauben und die darüber hinaus besonders gut auf die zu verarbeitenden Produkte abstimmbar sind.
Vorliegend wird die Aufgabe durch eine Auflöseeinrichtung gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass insbesondere der Garniturdraht entsprechend der Geometrie eines Trägerrings vorgebogen ist bzw. der Garniturring die gewünschte Fertigteilgeometrie aufweist. Die jeweiligen Werkstückoberflächen haben einen mindestens zweischichtigen Aufbau, wobei eine äußere Schicht eine Stoffschicht ist, die ganz oder teilweise aus besonders harten Hartstoffanteilen besteht und auf einer darunter liegenden Substratschicht aufliegt. Für das Auftragen der äußeren Schicht hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dieses mittels eines CVD-, PVD- oder Plasma-CVD-Verfahrens aufzubringen. Allen Verfahren gemeinsam ist, dass sie eine besonders gleichmäßige Schichtdicke gewährleisten. Insbesondere aber bei dem PVD-und dem Plasrna-CVD-Verfähren kann der Auftrag der äußeren Schicht bei besonders niedrigen Temperaturen erfolgen. Dies bedeutet, dass während der Durchführung des Verfahrens nur sehr geringe Veränderungen in den Gefügestrukturen der Substratwerkstoffe entstehen. Zwischen der äußeren Schicht und der Substratschicht ist eine Trägerschicht aufgebracht. Diese Trägerschicht hat zweierlei Funktion. Die erste Funktion besteht darin, eine sichere Haftung zwischen der Substratschicht und der darüber liegenden äußeren Schicht zu erzeugen. Die zweite Funktion der Trägerschicht ist darin begründet, dass sie Unebenheiten und Ungleichmäßigkeiten in der Substratschicht ausgleicht und damit eine besonders gleichmäßige Auflagefläche für die äußere Schicht schafft.
Indem vorteilhafterweise die Formgebung vor dem Aufbringen der äußeren Schicht erfolgt, können bei Bedarf auch besonders harte und spröde äußere Schichten auf die verschleißbelasteten Oberflächen der Auflöseeinrichtungen aufgebracht werden, die ansonsten bei einer nachträglichen Formgebung häufig zu Abplatzungen führen würden. Desweiteren können die Eigenschaften der Oberfläche durch Variation der Hartstoffanteile innerhalb der äußeren Schicht variiert werden. So führt ein höherer Hartstoffanteil zu einer besonders widerstandsfähigen, aber auch gegenüber den zu verarbeitenden Fasern härteren Oberfläche und umgekehrt. Neben dem Anteil kann auch die Art der in der äußeren Schicht eingearbeiteten Hartstoffe je nach Bedarf variiert werden. Diese Abstimmung kann je nach Bedürfnissen des Anwenders, insbesondere dessen spinntechnologischen Anforderungen, abgestimmt werden.
Als besonders vorteilhaft haben sich hierbei äußere Schichten erwiesen, deren Härte größer als 1500 HV, insbesondere größer als 2000 HV, ist. Diese Härtebereiche haben sich im praktischen Einsatz bewährt und bieten besonders gute Standzeiten bei gleichzeitig akzeptabler Behandlung der einzelnen Fasern. Bei Bedarf können mit der vorliegenden Erfindung durch geeignete Wahl der Hartstoffanteile und deren Behandlung auch darüber liegende Härtewerte von 2500 HV und mehr in der äußeren Schicht erreicht werden.
Für die Zusammensetzung der äußeren Schicht hat es sich besonders bewährt, wenn die Hartstoffanteile der äußeren Schicht wahlweise eine oder mehrere der Verbindungen CrN, CN, CrCN, TiN, TiCN, TiAIN, AlTiN, ZrN, NbN, WC aufweisen oder die Eigenschaften von diamantähnlichem Kohlenstoffstahl (DLC) besitzen. Jede der genannten Verbindungen oder Werkstoffe kann in Alleinstellung oder in Kombination mit einem oder mehreren der anderen zum Einsatz kommen. So können bei Bedarf deren Eigenschaften in vorteilhafter Weise miteinander kombiniert werden.
Der Auftrag der äußeren Schicht geschieht bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung in der Form, dass die äußere Schicht als EinKomponenten-Schicht ausgebildet ist. Bei der einschichtigen Auftragsweise kann, wie bereits zuvor erwähnt, die äußere Schicht mit einem frei wählbaren Hartstoffanteil bzw. einer oder mehreren Arten von Hartstoffen direkt auf der Substratschicht aufgetragen werden. Hierdurch sind die Quantität und die Qualität der äußeren Hartstoffe enthaltenden Schicht besonders gut auf die jeweiligen Anforderungen adaptierbar. Bereits bei dieser Ausführungsform ist es möglich die Verschleißfestigkeit und das Verhalten der Werkstoffoberfläche durch geeignete Auswahl der Art und der Quantität der verwendeten Hartstoffanteile auf die zu verarbeitenden Fasern anzupassen.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die äußere Schicht als Mehrlagenschicht ausgebildet. Die äußere Schicht ist dabei aus einer Mehrzahl von Lagen aufgebaut. Als besonders vorteilhaft hat sich dabei eine wechselweise Anordnung von relativ elastischen Schichten mit besonders widerstandsfähigen und harten Schichten erwiesen. Der Aufbau entspricht bei dieser Ausführungsform einer Art Sandwichbauweise. Die abwechselnde Anordnung von elastischen und harten Schichten hat den Vorteil, dass zum einen eine besonders widerstandsfähige Oberfläche geschaffen wird und gleichzeitig die Flexibilität des Bauteiles durch die elastischen Schichten weitestgehend erhalten bleibt. Hierdurch wird die Gefahr von Abplatzungen oder sonstige Ablösungen der harten Oberfläche wesentlich reduziert.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die äußere Schicht dispers gelöste Hartstoffpartikel mit Größen im Bereich von Nanometern enthält. Sogenannte Nanopartikel sind aufgrund ihrer besonders kleinen geometrischen Abmessungen fest in der äußeren Schicht verankert und lösen sich daher nicht unbeabsichtigt während des Betriebes daraus heraus. Sie können aufgrund ihrer Härte die Verschleißfestigkeit des Bauteiles deutlich erhöhen und sind gleichzeitig in einem elastischen Grundkörper angeordnet.
Zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit sieht eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung vor, dass die äußere Schicht ausscheidungsgehärtet ist. Ausscheidungshärteverfahren sind im Stand der Technik bereits bekannt, bieten aber im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eine Möglichkeit, die positiven Eigenschaften der erfindungsgemäßen Vorrichtungen weiter zu verbessern. Insbesondere durch die Wahl geeigneter dispers gelöster Hartstoffpartikel in ηm-Größe ist die äußere Schicht nach einer Ausscheidungshärtung noch verschleißfester gestaltbar.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Substratschicht, insbesondere die Oberfläche der verschleißbehafteten Abschnitte der Auflöseeinrichtung, vor dem Aufbringen der äußeren Schicht vorzugsweise bei den Auftragstemperaturen der äußeren Schicht getempert ist. Durch das Tempern wird eine beim Auftragen der äußeren Schicht unter Umständen auftretende Gefügeumwandlung bereits vorweggenommen. Vorzugsweise erfolgt das Tempern daher bei der gleichen Temperatur, die auch beim späteren Aufbringen der äußeren Schicht herrscht. Wie bereits erwähnt bieten hierbei das PVD- und das Plasma-CVD-Verfahren den Vorteil, besonders niedriger Auftragstemperaturen.
Als besonders vorteilhaft haben sich Schichtstärken der äußeren Schicht erwiesen, die zwischen 2 und 8 µm liegen. In diesem Bereich sind die aufgebrachten äußeren Schichten zum einen in der Lage, die darunter liegenden Substratschichten in ausreichendem Maß zu schützen. Gleichzeitig ist aber sichergestellt, dass die Schichtdicken nicht so groß sind, dass beispielsweise Abplatzungen oder sonstige Ablösungen auftreten.
Um eine besonders schonende Behandlung der zu verarbeitenden Fasern zu erzielen hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die äußere Schicht entgratet und oder poliert ist. Dies kann grundsätzlich mittels sämtlicher bekannter Entgratungsmittel und -methoden geschehen, insbesondere hat sich aber chemisches bzw. elektrochemisches Entgraten als sehr geeignet erwiesen. Die so bearbeiteten besonders glatten Oberflächen der Garniturdrähte bzw. Garniturringe behandeln die zu verarbeitenden Fasern äußerst schonend und erzeugen infolgedessen eine besonders geringe Staubentwicklung während des Spinnvorgangs. Zusätzlich zum Entgraten oder anstelle dessen ist es auch sinnvoll die äußere Schicht zu polieren. Dies kann beispielsweise durch eine Relativbewegung zwischen dem erfindungsgemäß ausgeführten Bauteil und einem Polierfluid geschehen. Das Polierfluid führt dabei Hartstoffpartikel mit sich, welche die Oberfläche des Bauteils durch wiederholtes Auftreffen glätten. Als Hartstoffpartikel können beispielsweise Diamantpartikel, Korund, Siliziumcarbid oder Siliziumnitrid dienen, die allesamt eine besonders große Härte aufweisen. Lässt man nun beispielsweise eine Auflöseeinrichtung über längere Zeit in einem solchen Polierfluid rotieren, so erhält man eine besonderes glatte und widerstandsfähige Oberfläche.
Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Trägerschicht eine mittels eines chemischen Verfahrens aufgebrachte Schicht ist. Vorteilhafterweise wird hierzu eine Trägerschicht verwendet, die eine chemisch aufgebrachte Nickel-Phosphor-Schicht ist. Chemisch aufgebrachte Schichten, insbesondere der zuvor genannten Art, haben den Vorteil, dass sie äußerst gleichmäßige Schichtdicken aufweisen.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Trägerschicht eine mittels eines galvanischen Verfahrens aufgebrachte Schicht ist. Hierbei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn diese Schicht eine galvanisch aufgebrachte Nickel-Schicht ist. Galvanisch aufgebrachte Schichten sind in der Herstellung besonders preiswert und können mit einer ausreichenden Gleichmäßigkeit aufgetragen werden.
Bei einer ganz anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Trägerschicht eine zusätzliche Hartstoffschicht ist. Gegenüber der zuvor beschriebenen äußeren Schicht mit Hartstoffanteiten kann diese als Trägerschicht ausgebildete Hartstoffschicht beispielsweise durch geeignete Werkstoffwahl hinsichtlich besonders großer Elastizität und ausgezeichneter Haftungsvermittlung optimiert werden.
Die Schichtdicke der Trägerschicht beträgt vorteilhafterweise zwischen 3 und 10 µm und ist damit geringfügig stärker als die Schichtdicke der äußeren Schicht. Hierbei wächst mit zunehmender Schichtdicke der Trägerschicht deren Fähigkeit Unebenheiten auf der Substratschicht auszugleichen.
Bei bestimmten vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Trägerschicht bei Temperaturen von 320°C bis 370°C, insbesondere von 350°C getempert ist. Verwendet man beispielsweise als Trägerschicht eine chemische aufgebrachte Nickel-Phosphor-Schicht, so ist durch ein solches Tempern bereits bei der Trägerschicht eine Härte von 900-1000 HV erreichbar. Dies ist eine besonders beständige Schicht, auf der eine darauf aufgebrachte äußere Schicht zum einen besonders guten Halt findet und zum anderen eine besonders feste Grundlage vorfindet.
Bei dem erfindungsgemäß Verfahren zur Herstellung von Auflöseeinrichtungen werden die jeweiligen Werkstückoberflächen mit einem mindestens zweischichtigen Aufbau versehen, wobei auf eine darunter liegende Substratschicht eine äußere Schicht aufgebracht wird, die eine Hartstoffschicht ist und die ganz oder teilweise aus besonders harten Hartstoffanteilen besteht. Das darüber hinaus von der Erfindung vorgeschlagene Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Garniturdraht vorteilhafterweise entsprechend der Geometrie eines Trägerringes vorgebogen bzw. der Garniturring mit der gewünschten Fertigteilgeometrie gefertigt wird. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den jeweils zugehörigen Unteransprüchen.
Die Erfindung wird im Zusammenhang mit den nachfolgenden Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt darin:

Figur 1: eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Auflösewalze;
Figur 2: eine Seitenansicht auf einen Abschnitt eines Garniturdrahtes;
Figur 3: eine schematische Darstellung eines vorgebogenen Garnitur- drahtes;
Figur 4: eine teilweise Schnittdarstellung einer Auflösewalze mit Garni- turdraht;
Figur 5: eine teilweise Schnittdarstellung eines einteiligen Garniturrin- ges;
Figur 6: einen Oberflächenaufbau mit Einlagenschicht;
Figur 7: einen Oberflächenaufbau mit einer Mehrlagenschicht;
Figur 8: einen Oberflächenaufbau mit gelösten Hartstoffpartikeln;
Figur 9: einen erfindungsgemäßen Oberflächenaufbau nach Figur 6 mit zusätzlicher Trägerschicht;
Figur 10: einen erfindungsgemäßen Oberflächenaufbau nach Figur 7 mit zusätzlicher Trägerschicht;
Figur 11: einen erfindungsgemäßen Oberflächenaufbau nach Figur 8 mit zusätzlicher Trägerschicht.

Die Figur 1 zeigt in einer Seitenansicht eine erfindungsgemäße Auflösewalze 1. Auf einem Trägerring 2 ist an dessen radial außen liegender Seite ein Garniturdraht 3 angeordnet. Dieser ist mit einer Mehrzahl von Windungen und mit einer konstanten Steigung in axialer Richtung auf dem Trägerring 2 angeordnet. Die erfindungsgemäße Auflösewalze 1 dreht im normalen Betriebszustand mit hoher Drehzahl um eine Drehachse 4. Die in radialer Richtung zur Auflösewalze 1, beispielsweise in Form eines Faserbandes, zugeführten Fasern werden beim Erreichen von Mitnehmerelementen des Garniturdrahtes 3 erfasst und aus dem Verband herausgelöst. Die Mitnehmerelemente unterliegen aufgrund der hohen Geschwindigkeit und des fortlaufenden Betriebes einem besonders hohen mechanischen Verschleiß.
In Figur 2 ist ein Abschnitt eines Garniturdrahtes 3 in einer Seitenansicht dargestellt. Der Garniturdraht 3 weist einen Fußbereich 5 auf, der zur Befestigung am Trägerring 2 dient. Besonders die Verwendung von Fußprofilen, die auf Nuten im Trägerring 2 abgestimmt sind haben sich in der Praxis zur Befestigung des Garniturdrahtes 3 bewährt. An der Oberseite des Garniturdrahtes 3 befinden sich die Mitnehmerelemente, die in dem vorliegenden Fall in Form von Zähnen 6 ausgebildet sind. Die Zähne 6 weisen an einer Seite einen flacher ansteigenden Schenkel 7 und an der gegenüberliegenden Seite einen steiler abfallenden Schenkel 8 auf. In der Regel ist dabei eine zwischen den beiden Schenkeln gebildete Spitze 8 zu einer Seite hin geneigt, die eine Drehrichtung 9 der Auflösewalze 1 vorgibt.
Figur 3 zeigt schematisch die helixförmige Aufwicklung des Garniturdrahtes 3, der mit einem vorgegebenen Durchmesser d vorgebogen ist. Der Durchmesser d entspricht dabei entweder genau oder zumindest annähernd dem Außendurchmesser des Trägerringes 2 bzw. dem Durchmesser des Nutgrundes der zugehörigen Nut auf dem Trägerring 2. Hierdurch muss der vorgefertigte Garniturdraht 3 zur Montage auf dem Trägerring 2 keinen großartigen Verformungen mehr unterzogen werden. An der Oberfläche des Garniturdrahtes 3 angeordnete Beschichtungen sind somit bei der Montage kaum noch Verformungen ausgesetzt.
In Figur 4 ist eine Hälfte einer erfindungsgemäßen Auflösewalze 1 in einer axialen Schnittdarstellung gezeigt. Der Körper des Trägerrings 2 ist dabei mit einer groben Schraffur an der Schnittfläche gekennzeichnet. In den Trägerring 2 sind eine spiralförmig verlaufende Nut 10 eingearbeitet, in der der mit einer feinen Schraffur gekennzeichnete Garniturdraht 3 eingesetzt ist.
Die Figur 5 zeigt eine andere mögliche Ausführungsform einer Auflösewalze 1. Die Auflösewalze ist dabei mit einem Garniturring 11 ausgestattet. Bei dieser Ausführungsform ist der Tragring 2 mit den daran angeordneten Spitzen 8 einteilig ausgeführt. Die Herstellung eines solchen Garniturrings 11 kann beispielsweise durch spanende Bearbeitung auf einer Drehbank erfolgen, gefolgt von einer anschließenden Einarbeitung der Zahnkonturen durch schleifende Bearbeitung in Querrichtung zu den zuvor spanend gefertigten Zahnstegen.
In Figur 6 ist nun ein Aufbau einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Dabei stellt die obere Seite die Außenseite des Werkstücks dar und die untere Seite zeigt den Bereich in Richtung des Werkstückinneren. Der Werkstoff des Gamiturdrahts 3 bzw. des Garniturrings 11, im folgenden als Substrat 12 bezeichnet, stellt die untere Substratschicht dar. Auf dem Substrat 12 ist eine äußere Schicht 13 aufgebracht, die vorzugsweise eine Schichtdicke von 2-8 µm aufweist. Der Auftrag der äußeren Schicht 13 erfolgt mittels eines PVD-, CVD- oder Plasma-CVD-Verfahrens. Vorzugsweise kommen aber PVD- und Plasma-CVD-Verfahren zum Einsatz, da diese bei deutlich niedrigeren Beschichtungstemperaturen ausführbar sind als das CVD-Verfahren. Hierdurch werden tiefgreifende thermisch verursachte Gefügeveränderungen im Substrat 12 während des Schichtauftrags vermieden. Um die Maß- und Formhaltigkeit des herzustellenden Werkstücks zu verbessern ist das Substrat 12 vor dem Aufbringen der äußeren Schicht 13 einem Temperverfahren unterzogen worden. Die Temperatur der Temperung entspricht vorzugsweise derjenigen Temperatur, bei der die äußere Schicht 13 aufgetragen wird. Auf diese Weise werden die ansonsten beim Auftragen der äußeren Schicht 13 auftretenden Gefügeumwandlungen vorweggenommen. Die äußere Schicht 13 ist bei dieser Ausführungsform als einlagige Schicht ausgebildet. In dieser äußeren Schicht 13 enthalten sind Hartstoffanteile, die sowohl in ihrer Qualität als auch in ihrer Quantität an die jeweiligen Erfordernisse angepasst werden können. Als Beispiel für Werkstoffe die Hartstoffanteile bilden können, sei auf die bereits zuvor beschriebenen Werkstoff bzw. Elemente wie Chrom, Titan, Aluminium, Zirkonium, Niobium, Wolfrum-Carbid-Verbindungen etc. verwiesen sowie auf Werkstoffe die diamantähnliche Eigenschaften aufweisen und unter der Bezeichnung DLC bekannt sind.
In Figur 7 ist der schematische Aufbau der Oberflächenstruktur einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Im unteren Bereich ist wiederum das Substrat 12 dargestellt, welches die gleichen Eigenschaften aufweist, wie das bereits zuvor in Figur 6 beschriebene Substrat 12. Die darüber liegende äußere Schicht 13 ist bei dieser Ausführungsform jedoch insofern abweichend aufgebaut als es ich hierbei um eine Mehrlagenschicht handelt. Dabei weist die äußere Schicht wiederum eine Schichtdicke von vorzugsweise 2-8 µm auf. Jedoch sind nunmehr zwei verschiedenartige Werkstoffe in abwechselnd übereinanderliegender Weise miteinander kombiniert. Diese sandwichartige Anordnung von Schichten erlaubt es verschiedenartige Werkstoffe und deren vorteilhafte Eigenschaften miteinander kombinieren zu können, wodurch gleichzeitig der Einsatz besonders elastischer und besonders widerstandsfähiger Werkstoffe innerhalb der äußeren Schicht 13 möglich wird. So kann beispielsweise die ohne Schraffur dargestellte erste Schicht 14 eine besonders elastische Schicht sein, die eine darüber liegende besonders widerstandsfähige zweite Schicht 15 fest mit dem Substrat 12 bzw. den darunter liegenden Schichten verbindet. Wird ein derart aufgebautes Bauteil Verformungen unterworfen, so sind die in den harten Schichten 15 entstehenden Eigenspannungen deutlich geringer als dies bei einer sich homogen über die gesamte Schichtdicke erstreckenden Hartstoffschicht der Fall wäre. Infolgedessen treten Abplatzungen entweder gar nicht mehr oder zumindest nur unter extremen Bedingungen auf.
Figur 8 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform, bei der wiederum das Substrat 12 unverändert beibehalten wurde. Darauf aufgetragen ist die äußere Schicht 13, die diesmal aber die dispers gelösten Hartstoffpartikel 13a in Nanometergröße enthält. Hierbei ist zu beachten, dass die in der Figur 8 dargestellten Größenverhältnisse, insbesondere die der Hartstoffpartikel 13a nicht die realen Größenverhältnisse wiedergeben. Die Einlagerung von gelösten Hartstoffpartikeln 13a steigert die Verschleißfestigkeit der äußeren Schicht 13 erheblich. Zusätzlich besteht die Möglichkeit die äußere Schicht durch eine entsprechende Werkstoffauswahl der Hartstoffpartikel 13a und eine Nachbehandlung als nanodisperse ausscheidungsgehärtete Schicht in ihrer Widerstandsfähigkeit zu verbessern. Auch bei dieser Ausführungsform wurde die Schichtstärke der äußeren Schicht 13 im Bereich von 2-8 µm ausgeführt, so dass die Schicht einerseits ausreichende Verschleißreserven bietet und gleichzeitig keine Abplatzungen aufgrund von überhöhten Eigenspannungen auftreten.
In Figur 9 ist eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der zwischen der aus Figur 6 bekannten äußeren Schicht 13 und dem ebenfalls aus dieser Figur bekannten Substrat 12 eine zusätzliche Trägerschicht 16 angeordnet ist, die bevorzugter Weise eine Schichtdicke von 3-10 µm aufweist. Die Trägerschicht 16 hat zweierlei Aufgaben. Die erste Aufgabe besteht darin, die Haftung zwischen der äußeren Schicht 13 und dem Substrat 12 zu verbessern. Die zweite Aufgabe besteht darin auf der Oberfläche des Substrats 12 vorhandene Unebenheiten auszugleichen und eine besonders gut vorbereitete Auflagefläche für die äußere Schicht 13 bereitzustellen. Die Trägerschicht 16 ist wahlweise mit einem chemischen Verfahren oder einem galvanischen Verfahren aufgebracht. Für das chemische Verfahren eignet sich besonders eine chemische Nickel-Phosphor-Schicht und für das galvanische Verfahren eine galvanische Nickel-Schicht. Die so erzeugte Oberfläche ist besonders sauber und frei von Störungen und zudem im großtechnischen Einsatz besonders gut reproduzierbar. Weiterhin kann bei entsprechenden Trägerschichten bereits hier eine besonders hohe Härte erreicht werden. Verwendet man eine Nickel-Phosphor-Schicht als Trägerschicht, so kann deren Oberfläche durch Tempern bei vorzugsweise 350°C Härtewerte von ca. 1000 HV erreichen. Dadurch entsteht eine besonders vorteilhafte Grundlage für die später darauf aufzubringende äußere Schicht 13, die sowohl besonders hart als auch ebenen ist und zudem eine gute Haftvermittlung bietet.
Die Figuren 10 und 11 stellen nochmals das Substrat 12 und die äußere Schicht 13 dar, wie sie in den Figuren 7 und 8 bereits beschrieben wurden.
Im Unterschied zu den vorherigen Figuren sind jedoch jeweils zwischen der äußeren Schicht 13 und dem Substrat 12 die erfindungsgemäßen Trägerschichten 16 angeordnet.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es sind vielmehr zahlreiche Abwandlungen der Erfindung im Rahmen der Patentansprüche möglich. So können beispielsweise anstelle der in den Unteransprüchen genannten Hartstoffanteile andere geeignete Werkstoffe und Verbindungen mit anderen Eigenschaften zum Einsatz kommen. Auch können die für die Auflöseeinrichtung beschriebenen Schichtaufbauten an anderen verschleißbehafteten Bauteilen von Textilmaschinen, wie beispielsweise Fadenabzugsdüsen oder Rotoren, zur Anwendung kommen. Ferner ist es denkbar die Hartstoffanteile mit anderen Werkstoffen zu vermischen zu legieren oder diese in Reinform zu verwenden.

Claims

Auflöseeinrichtung für Spinnmaschinen, insbesondere Offenend-Spinnmaschinen, die mit einem Garniturdraht (3) oder einem Garniturring (11) zur Vereinzelung von Fasern eines zugeführten Faserbands ausgestattet ist, wobei die Oberflächen des Garniturdrahtes (3) bzw. des Garniturringes (11) einen mindestens zweischichtigen Aufbau aufweisen, wobei eine äußere Schicht (13) eine Hartstoffschicht ist, die ganz oder teilweise aus besonders harten Hartstoffanteilen besteht und auf einer darunter liegenden Substratschicht (12) aufliegt, dadurch gekennzeichnet, dass, die äußere Schicht (13) mittels eines CVD-, PVD- oder Plasma-CVD-Verfahrens aufgebracht ist und zwischen der äußeren Schicht (13) und der Substratschicht (12) eine Trägerschicht (16) mit einer Schichtdicke zwischen 3-10µm aufgebracht ist, welche die Haftung zwischen der äußeren Schicht (13) und der Substratschicht (12) verbessert und Unebenheiten auf der Oberfläche der Substratschicht ausgleicht.
Auflöseeinrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Garniturdraht (3) entsprechend der Geometrie eines Trägerringes (2) vorgebogen ist.
Auflöseeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte der äußeren Schicht (13) größer als 1500 HV, insbesondere größer als 2000 HV ist.
Auflöseeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffanteile der äußeren Schicht (13) wahlweise eine oder mehrere der Verbindungen CrN, CN, CrCN, TiN, TiCN, TiAIN, AITiN, ZrN, NbN, WC aufweisen oder die Eigenschaften von diamantähnlichem Kohlenstoffstahl (DLC) besitzen.
Auflöseeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (13) als Einlagenschicht ausgebildet ist.
Auflöseeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (13) als Mehrlagenschicht ausgebildet ist.
Auflöseeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (13) dispers gelöste Hartstoffpartikel (13a) mit Größen im Bereich von Nanometern aufweist.
Auflöseeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (13) ausscheidungsgehärtet ist.
Auflöseeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratschicht (12) vor dem Aufbringen der äußeren Schicht (13), vorzugsweise bei den Auftragstemperaturen der äußeren Schicht (13) getempert ist.
Auflöseeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der äußeren Schicht (13) zwischen 2-8 µm beträgt
Auflöseeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (13) chemisch oder elektrochemisch entgratet und/oder poliert ist.
Auflöseeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (13) mit einem Polierfluid poliert ist.
Auflöseeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (16) eine mittels eines chemischen Verfahrens aufgebrachte Schicht, vorzugsweise eine Nickel-Phosphorschicht, ist.
Auflöseeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (16) eine mittels eines galvanischen Verfahrens aufgebrachte Schicht, vorzugsweise eine Nickelschicht, ist.
Auflöseeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (16) eine zusätzliche Hartstoffschicht ist.
Auflöseeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (16) bei Temperaturen von 320°C- 370°C, insbesondere von 350°C getempert ist.
Auflöseeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (16) eine Härte von mindestens 900 HV, vorzugsweise von 1000HV oder mehr aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Auflöseeinrichtung für Spinnmaschinen, insbesondere Offenend-Spinnmaschinen, die mit einem Garniturdraht (3) oder einem Garniturring (11) ausgestattet ist, bei welchem die Oberfläche des Garniturdrahtes (3) bzw. des Garniturringes (11) mit einem mindestens zweischichtigen Aufbau versehen wird, wobei auf eine darunter liegende Substratschicht (12) eine äußere Schicht (13) aufgebracht wird, die eine Hartstoffschicht ist und die ganz oder teilweise aus besonders harten Hartstoffanteilen besteht. dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (13) mittels eines CVD-, PVD- oder Plasma-CVD-Verfahrens aufgebracht wird, wobei die Haftung zwischen der äußeren Schicht und der Substratschicht verbessert wird und Unebenheiten auf der Oberfläche der Substratschicht ausgeglichen werden, indem zwischen der äußeren Schicht (13) und der Substratschicht (12) eine Trägerschicht (16) mit einer Schichtdicke zwischen 3-10 µm aufgebracht wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeich-net, dass der Garniturdraht (3) entsprechend der Geometrie eines Tragringes (2) vorgebogen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Hartstoffanteile wahlweise die Verbindungen CrN, CN, CrCN, TiN, TiCN, TiAlN, AlTiN, ZrN, NbN, WC oder Werkstoffe mit Eigenschaften von diamantähnlichem Kohlenstoffstahl (DLC) verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (13) einlagig oder in mehreren Lagen aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die äußere Schicht (13) dispers gelöste Hartstoffpartikel mit Größen im Bereich von Nanometern eingebracht werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (13) einem Ausscheidungshärteverfahren unterzogen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratschicht (12) vor dem Aufbringen der äußeren Schicht (13), vorzugsweise bei den Auftragstemperaturen der äußeren Schicht (13), getempert wird
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (13) entgratet und/ oder poliert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (13) chemisch oder elektrochemisch entgratet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (13) mit einem Polierfluid poliert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Polierfluid verwendet wird, das Hartstoffe enthält, insbesondere Diamant, Korund, Siliziumkarbid oder Siliziumnitrid
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (16) mittels eines chemischen oder galvanischen Verfahrens aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägerschicht (16) eine zusätzliche Hartstoffschicht aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (16) bei Temperaturen von 320°C-370°C, insbesondere von 350°C getempert wird.