WO2023073212A1 - Spinn- oder zwirnring sowie zugehöriger ringläufer und ring-läufer-system - Google Patents

Spinn- oder zwirnring sowie zugehöriger ringläufer und ring-läufer-system Download PDF

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WO2023073212A1
WO2023073212A1 PCT/EP2022/080288 EP2022080288W WO2023073212A1 WO 2023073212 A1 WO2023073212 A1 WO 2023073212A1 EP 2022080288 W EP2022080288 W EP 2022080288W WO 2023073212 A1 WO2023073212 A1 WO 2023073212A1
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WO
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ring
spinning
traveler
tungsten
crown
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PCT/EP2022/080288
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English (en)
French (fr)
Inventor
Vadim Verlotski
Markus Dippel
Jan-Dirk GERKEN
Original Assignee
Bräcker Ag
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Publication date
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    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01H—SPINNING OR TWISTING
    • D01H7/00—Spinning or twisting arrangements
    • D01H7/02—Spinning or twisting arrangements for imparting permanent twist
    • D01H7/52—Ring-and-traveller arrangements
    • D01H7/60—Rings or travellers; Manufacture thereof not otherwise provided for ; Cleaning means for rings
    • D01H7/602—Rings
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01H—SPINNING OR TWISTING
    • D01H7/00—Spinning or twisting arrangements
    • D01H7/02—Spinning or twisting arrangements for imparting permanent twist
    • D01H7/52—Ring-and-traveller arrangements
    • D01H7/60—Rings or travellers; Manufacture thereof not otherwise provided for ; Cleaning means for rings
    • D01H7/604—Travellers

Definitions

  • the invention relates to a ring for a ring spinning or a ring twisting machine and a ring traveler system. Rings are used as spinning rings in so-called ring spinning machines or as twisting rings in so-called twisting machines.
  • spinning rings and twisting rings are summarized under the term spinning ring.
  • the spinning rings interact with attached ring travellers.
  • the ring travellers dragged along by a thread held by the ring traveler, rotate at high speeds on an upper side of the spinning rings, the so-called ring crown, which leads to high loads on the contact surfaces between the ring traveler and the ring crown of the spinning rings.
  • a web adjoining the ring crown is provided, which can end in a base flange.
  • the ring crown as well as the base flange or, if there is no base flange, the bridge, are manufactured in a variety of designs, each in shape and geometry adapted to the requirements of the corresponding machine and a planned construction of the attachment of the spinning ring.
  • the spinning ring is held in the machine in a so-called ring frame.
  • the contact surfaces heat up due to friction between the spinning ring and the ring traveler, and with it the thread. Due to the rapid rotation of the ring traveler on the spinning ring, local temperatures of over 400°C can occur, which set operational limits for the ring traveler system. Due to these mechanical conditions, the ring traveler speeds of more than 30,000 revolutions per minute cannot be exceeded with today's usual ring diameters without damaging the ring traveler or thread. Through a further development of the construction of the spinning ring and ring traveler, this speed was increased further and today it reaches a maximum of safe spinning for cotton at approx. 42 m/s and for polyester at approx. 32 m/s.
  • EP 1 066 419 A1 discloses a traveler coated with phosphate, as a result of which less wear of the ring traveler on the ring is achieved.
  • EP 3 052 684 A1 discloses a spinning ring with a chromium coating with embedded boron nitride, which also leads to less wear on the ring travelers.
  • US 200020162315 A1 discloses a nitrided rotor. The nitration achieves a higher wear resistance and an improvement in the sliding properties.
  • US 4677817 A discloses a ceramic coated ring traveler to reduce wear and increase service life.
  • US Pat. No. 2,970,425 discloses a spinning ring coated with nickel, as a result of which a uniform surface can be achieved and the coefficient of friction can thus be reduced.
  • the disadvantage of this is that the other component (eg the ring traveler) wears out all the faster.
  • the object of the invention is therefore to create a spinning ring which enables a longer service life at today's speeds of the ring traveler and an increase in the upper limit of the speed of the ring traveler that can be achieved.
  • a spinning ring for a ring spinning or ring twisting machine is proposed with a web and a ring crown, the ring crown consisting at least partially of a tungsten sintered material with at least 90% tungsten.
  • a number of advantageous properties are achieved compared to surfaces known from the prior art, for example made of steel, chromium, chromium carbide, nickel-phosphorus and others.
  • the tungsten grains forming the sintered material have a hardness of about 450 HV. This prevents abrasive wear on harder ring travelers, but the hardness is high enough to withstand abrasive wear well.
  • the tungsten grains have a high thermal conductivity of around 180 W/mK, which is almost double that of conventional materials and coatings. The increased thermal conductivity leads to improved heat dissipation and thus to increased cooling of the spinning ring surface.
  • the tungsten grains also have a melting temperature of around 3400°C, in contrast to this the melting temperature of conventional materials is around 1900°C. The high melting temperature causes a reduction in the tendency towards micro-welding, as a result of which destruction of the sliding surface can at least be delayed.
  • tungsten oxide is formed, which is powdery, soft, easily melted and has weak adhesion has on the base material. This results in a self-lubricating effect that contributes to improving the sliding properties.
  • chromium-coated spinning rings there is no self-lubricating effect on dry rubbing because, for example, with chromium-coated spinning rings, the chromium oxide that forms is solid and hard and forms a strongly adherent continuous coating on the chromium surface.
  • the entire ring crown preferably consists of a tungsten sintered material with at least 90% tungsten.
  • the spinning ring is provided with a foot flange on a side of the web opposite the ring crown.
  • spinning rings up to spinning rings with two ring crowns.
  • the design of the spinning rings with a web or with a web and foot flange depends on the construction of the attachment of the spinning rings in the spinning or spinning machine.
  • the tungsten sintered material is preferably W97Ni2Fe.
  • W-Ni-Fe sintered materials can be used as tungsten sintered alloys.
  • the base flange and/or the web consists of copper or a copper alloy.
  • copper or copper alloys result in high thermal conductivity and, due to the dynamic operation, good flexibility with appropriate shape retention.
  • this also means that the part of the spinning ring made from the tungsten sintered material can preferably be applied to the ring crown or to the web by a soldering process.
  • the base flange and/or the web consists of an aluminum bronze, preferably of a nickel aluminum bronze (CuAl10Ni5Fe4).
  • a spinning ring corresponding to such an embodiment according to the invention can be manufactured particularly inexpensively and is characterized at the same time by high corrosion resistance and mechanical competence with sufficiently high thermal conductivity at the same time.
  • Such a pairing of materials also increases the optical recognizability of a ring traveler on a spinning ring, which generally applies to embodiments of spinning rings according to the invention with a base flange and/or the web made of copper or a copper alloy.
  • Such increased optical recognizability simplifies the inspection and, if necessary, also the replacement of ring travellers.
  • the base flange and/or the web is made of steel.
  • Spinning rings with good thermal conductivity can be achieved if the base flange and/or the web is made of carbon steel, in particular 100Cr6.
  • the use of a ferritic stainless steel (1.2083) or a duplex stainless steel (1.4462) for the base flange and/or the web of certain embodiments of a spinning ring according to the invention is advantageous.
  • the spinning ring as a whole preferably consists of a tungsten sintered material with at least 90% tungsten. This eliminates the need to produce a spinning ring consisting of several parts and to connect the parts to one another, for example using a soldering process. If the entire spinning ring is made from a tungsten sintered material, there are no fundamental differences between conventional steel spinning rings and spinning rings made of sintered tungsten alloys, as both are turned from blanks or are manufactured by machining processes. Also in the case of a spinning ring combined from several parts, the finished spinning ring is produced from a previously soldered tubular blank. However, in contrast to spinning rings made of steel, tungsten spinning rings are ready for use immediately after turning, and the usual subsequent manufacturing processes, such as hardening, scouring, polishing and chrome-plating, are no longer necessary.
  • a ring traveler system for a ring spinning or ring twisting machine is also proposed, with a spinning ring as described above and a ring traveler made of high-speed steel wire (HSS) being provided, with the ring traveler having a minimum hardness of 60 HRC.
  • HSS high-speed steel wire
  • the wear on the ring traveler must be reduced without inducing increased wear on the spinning ring, or vice versa. This means that the contact surfaces of the spinning ring and the ring crown, and thus both rubbing surfaces, must be considered and optimized as a pair.
  • This optimization not only includes adjusting the surface hardness of the components, but also other aspects, such as improving heat dissipation from the friction point or chemical processes that can take place during friction (e.g. oxidation).
  • An increase in the number of revolutions or speed of the ring traveler that can be achieved through the optimization leads to a corresponding increase in the production of the spinning machine.
  • the HSS ring travelers can be made from all known high-speed steels that are in the form of a wire. Ring traveler fabrication is analogous to conventional carbon steel ring traveler fabrication, except that the annealing, hardening and tempering processes are performed at different conditions. Known material-typical hardness parameters are to be used for each HSS material. The basic hardnesses achieved are in the range of 850-1000 HV, depending on the high-speed steel used.
  • the HSS ring travelers basically do not need a coating and are ready for use after scouring and polishing.
  • the advantages of HSS runners compared to carbon steel runners mainly result from a significantly higher hot hardness.
  • Hardened carbon steels soften very quickly from around 300°C, while hardened high-speed steels retain their original hardness up to around 550°C. Temperatures of over 300 °C on the ring traveler friction surfaces are common in spinning operations, which is why the HSS steels expand the ring traveler application options for higher speeds. But even in the temperature range below 300°C, HSS steels offer significantly higher hardness and strength than carbon steels. Since high-speed steels are less brittle than carbon steels when hardened to the maximum, HSS ring travelers can be harder than ordinary ring travelers even at room temperature over 200 HV. A ring traveler made of carbon steel must not be harder than 700 HV, otherwise it will break when placed on the spinning ring. HSS ring travelers, on the other hand, only break when placed on the spinning ring from a hardness of around 950 HV.
  • the high-speed steel preferably corresponds to the material 1.3343 according to DIN EN ISO 4957 (2018-11) with the material name HS6 5-2C. Using this material has proven to be particularly advantageous.
  • test series consisted of several identical tests, with each additional test within a test series being carried out at a slightly higher speed (ring traveler speed). The running time of a test per speed and ring traveler was one hour (a new ring traveler was used for each test). All ring travelers were weighed before and after the test to record the degree of wear (accuracy of measurement approx. 0.01 mg). During the series of tests, the speed was increased in increments of 0.6 m/s.
  • the combined tungsten spinning rings consisted of a ring crown made of the sintered material W97Ni2Fe1 which was soldered onto a copper bridge.
  • the HSS ring travelers were made from high-speed steel 1.3343 (M2).
  • M2 high-speed steel 1.3343
  • the maximum achievable ring traveler speed corresponds to that speed at which the same wear occurs on the ring traveler within the same operating time as with the reference ring traveler speed on the spinning ring-ring traveler pairing to be compared.
  • Example 1 A tungsten spinning ring was compared to a chrome plated steel spinning ring when used with uncoated carbon steel ring travelers.
  • Spinning ring type T-flange rings 047x38,
  • Reference ring traveler speed with steel spinning ring 20,000 rpm (39.8 m/s)
  • Example 2 A tungsten spinning ring was compared to a chrome plated steel spinning ring in an insert with nitrided carbon steel ring travelers.
  • Reference ring traveler speed with steel spinning ring 22,000 rpm (43.8 m/s),
  • Example 3 The use of a tungsten spin ring with an HSS ring traveler was compared to the use of a chrome plated steel spin ring with an uncoated carbon steel ring traveler.
  • Reference ring traveler speed with steel spinning ring 22,000 rpm (43.8 m/s),
  • Example 4 The use of a tungsten spinning ring with HSS ring travelers was compared with the use of a chrome-plated steel spinning ring with uncoated carbon steel ring travelers.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a spinning position of a ring spinning machine
  • Figure 2 is a schematic representation of a spinning ring with a ring traveler:
  • Figure 3 is an enlarged view of Figure 2 and
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a second and third embodiment of a spinning ring.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a spinning position of a ring spinning machine, with today's ring spinning machines having up to 2,000 or more such spinning positions.
  • a fiber structure a so-called roving 1
  • the roving 1 is drawn into a thread 3 by the drafting system 2 .
  • the drafting system 2 shown is a so-called strap drafting system, which is usually used for cotton.
  • various designs of drafting units 2 are known from the prior art.
  • the thread 3 is guided via a thread guide 4 to a ring traveler 10 . After passing the ring traveler 10, the thread 3 is wound onto the bobbin 5.
  • the bobbin 5 is set in rotation 6 by a drive 7 .
  • This rotation 6 of the bobbin 5 causes the ring traveler 10 to be entrained by the thread 3, with the result that the thread 3 is rotated and the yarn is thus formed.
  • the ring traveler 10 is held on the spinning ring 8 , the ring traveler 10 is forced to revolve around the bobbin 5 .
  • the spinning ring 8 is held stationary on a ring frame 9 .
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a spinning ring 8 with an attached
  • the spinning ring 8 shown as an example consists of a ring crown 14 and a web 15 adjoining the ring crown 14.
  • the web 15 is used to fasten the spinning ring 8 in a spinning machine.
  • the ring traveler 10 is placed on the ring crown 14 and partially encloses it; the ring traveler 10 is designed in such a way that it encompasses the ring crown 14 so far that the ring traveler 10 cannot fall off the ring crown 14, but a greatest possible freedom of movement of the ring traveler 10 relative to the ring crown 14 is achieved.
  • Numerous shapes and configurations of ring crowns 14 and ring travelers 10 are known from the prior art.
  • the rotary movement transmitted by the thread 3 to the ring traveler 10 causes the ring traveler 10 to revolve around the spinning ring 8 in the direction of the traveler rotation 11 .
  • This circulation in turn creates a centrifugal force 12 that affects the ring traveler 10. This forces the ring traveler 10 against the inside of the spinning ring 8 or the ring crown 14.
  • the ring traveler 10 slides along the spinning ring 8, resulting in a contact surface 13. At least in the area of this contact surface 13, it must be ensured that the ring traveler 10 has good sliding properties in relation to the spinning ring 8.
  • the sliding pairing between the spinning ring 8 and the ring traveler 10 is promoted by an appropriate choice of material for the ring crown 14 at least in the area of the contact surface 13 .
  • the ring crown 14 is shown in the area of the contact surface 13 with an insert 16 made of a tungsten sintered material with at least 90% tungsten. In this case, the insert is connected to a base material, for example copper, with the ring crown by a soldering process.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a second and third embodiment of a spinning ring 8 according to the invention.
  • the illustration is divided in two, with the left and right versions each showing a spinning ring 8 with a ring crown 14, a web 15 and a foot flange 17 arranged on a side of the web 15 facing away from the ring crown 14.
  • the foot flange 17 is used to fasten the spinning ring 8 in a spinning machine.
  • the ring crown 14 is made of a sintered tungsten material with at least 90% tungsten and the remaining part of the spinning ring 8, namely the web 15 and the base flange 17 are made of a standard material, for example copper, a copper alloy, steel or one light metal.
  • the ring crown 14 is connected to the web 15 by a soldering or welding process.
  • the entire spinning ring 8 is made of a tungsten sintered material with at least 90% tungsten in the left version.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Spinning Or Twisting Of Yarns (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spinnring (8) für eine Ringspinn- oder Ringzwirnmaschine mit einem Steg (15) und einer Ringkrone (14), wobei die Ringkrone (14) zumindest teilweise aus einem Wolfram-Sinterwerkstoff mit mindestens 90% Wolfram besteht. Weiter betrifft die Erfindung ein Ring-Läufer-System mit einem Ringläufer aus HSS-Stahl.

Description

Spinn- oderZwirnring und Ring-Läufer-System
Die Erfindung betrifft einen Ring für eine Ringspinn- oder eine Ringzwirnmaschine und ein Ring-Läufer-System. Ringe werden als Spinnringe in sogenannten Ringspinnmaschinen oder als Zwirnringe in sogenannten Zwirnmaschinen eingesetzt. In der Folge werden Spinnringe und Zwirnringe unter dem Begriff Spinnring zusammengefasst. Dabei wirken die Spinnringe mit aufgesetzten Ringläufern zusammen. Die Ringläufer rotieren, mitgeschleppt von einem durch den Ringläufer gehaltenen Faden, mit hohen Geschwindigkeiten auf einer Oberseite der Spinnringe, der sogenannten Ringkrone, was zu hohen Belastungen an den Kontaktflächen zwischen dem Ringläufer und der Ringkrone der Spinnringe führt. Zur Befestigung der Spinnringe in einer Maschine ist ein an die Ringkrone anschliessender Steg vorgesehen, welcher in einem Fussflansch enden kann. Die Ringkrone wie auch der Fussflansch, oder bei fehlendem Fussflansch der Steg, werden in vielfältigen Ausführungen hergestellt, jeweils in Form und Geometrie angepasst an die Anforderungen der entsprechenden Maschine sowie einer vorgesehenen Konstruktion der Befestigung des Spinnringes. Der Spinnring wird in der Maschine in einem sogenannten Ringrahmen gehalten.
Im Betrieb erwärmen sich die Kontaktflächen durch Reibung zwischen dem Spinnring und dem Ringläufer und damit auch der Faden. Durch das schnelle Umlaufen des Ringläufers auf dem Spinnring können lokal Temperaturen von über 400°C auftreten, welche dem Ring-Läufer-System betriebliche Grenzen setzen. Aufgrund dieser mechanischen Gegebenheiten können bei heute üblichen Ringdurchmessern Drehzahlen der Ringläufer von mehr als 30'000 Umdrehungen pro Minute nicht überschritten werden ohne dass eine Schädigung des Ringläufers oder Fadens eintritt. Durch eine Weiterentwicklung der Konstruktionen von Spinnring und Ringläufer wurde diese Geschwindigkeit immer weiter gesteigert und erreicht heute ein Maximum des sicheren Spinnens für Baumwolle bei ca. 42 m/s und für Polyester bei ca. 32 m/s. Die Entwicklungen im Bereich Werkstoffe beeinflussten weniger den Grundwerkstoff des Spinnringes und des Ringläufers, sondern deren Oberflächen. Die Entwicklung der Grundwerkstoffe für Spinnring und Ringläufer ist seit der Erfindung der Ringspinnmaschine im 19 Jahrhundert kaum in Betracht gezogen worden. Immer noch ist der gängige Werkstoff für beide Komponenten ein gehärteter Kohlenstoffstahl. Es wurde eine Vielzahl von verschiedenen Beschichtungen für Spinnring und Ringläufer entwickelt, die schon eine wesentliche Steigerung der Lebensdauer der Komponenten brachten. Trotzdem konnte eine wesentliche Erhöhung der Geschwindigkeit der Ringläufer durch die Beschichtungen nicht erreicht werden. Durch spezielle Beschichtungen, zumindest im Bereich der Kontaktflächen, wurden die Gleiteigenschaften verbessert und damit zwar die Lebensdauer verlängert jedoch kaum eine Erhöhung der Drehzahl der Ringläufer erreicht.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ausführungen von Beschichtungen von Spinnringen oder Ringläufern bekannt. Beispielsweise offenbart die EP 1 066 419 A1 einen mit Phosphat beschichteten Läufer, wodurch ein geringerer Verschleiss der Ringläufer auf dem Ring erreicht wird. Die EP 3 052 684 A1 offenbart einen Spinnring mit einer Chrombeschichtung mit eingelagertem Bornitrid, dies führt ebenfalls zu einem geringeren Verschleiss der Ringläufer. Die US 200020162315 A1 offenbart einen nitrierten Läufer. Durch die Nitrierung wird eine höhere Verschleissfestigkeit und eine Verbesserung der Gleiteigenschaften erreicht. Die US 4677817 A offenbart einen mit einer Keramik beschichteten Ringläufer, um den Verschleiss zu mindern und die Lebensdauer zu verlängern. Weiter offenbart die US 2,970,425 einen mit Nickel beschichteten Spinnring, wodurch eine gleichmässige Oberfläche erreicht und damit der Reibungskoeffizient vermindert werden kann.
Eine Verschleissreduktion, wie im Stand der Technik gezeigt, von einer Komponente ist relativ einfach zu erreichen, die Komponente (z.B. der Spinnring) muss mit einer möglichst harten Schicht beschichtet werden oder aus einem extrem harten Material hergestellt werden. Der Nachteil dabei ist, dass dadurch die andere Komponente (z.B. der Ringläufer) umso schneller verschleisst. Erschwerend wirkt dabei die Temperatur der Reibstelle, respektive der Kontaktflächen, welche beim Ringläufer höher ist als beim Spinnring und damit den Verschleiss des Ringläufers trotz der härtesten Beschichtungen beschleunigt. Die Aufgabe der Erfindung ist es demnach einen Spinnring zu schaffen, welcher eine höhere Lebensdauer bei heutigen Geschwindigkeiten des Ringläufers und eine Steigerung der zu erreichenden Obergrenze der Geschwindigkeit des Ringläufers ermöglicht.
Ebenfalls ist es die Aufgabe der Erfindung ein Ring-Läufer-System zu schaffen, welches eine Steigerung der Geschwindigkeitsgrenze des Ringläufers auf über 50 m/s (Baumwolle) zulässt.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Spinnring und ein Ring-Läufer-System mit den Merkmalen der Ansprüche.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Spinnring für eine Ringspinn- oder Ringzwirnmaschine mit einem Steg und einer Ringkrone vorgeschlagen, wobei die Ringkrone zumindest teilweise aus einem Wolfram-Sinterwerkstoff mit mindestens 90% Wolfram besteht. Durch eine teilweise Ausbildung der Ringkrone mit einer Wolframoberfläche werden gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Oberflächen, beispielsweise aus Stahl, Chrom, Chromkarbid, Nickel-Phosphor und andere, eine Reihe an vorteilhaften Eigenschaften erreicht. Die den Sinterwerkstoff bildenden Wolframkörner haben eine Härte von etwa 450 HV. Damit wird ein abrasiver Verschleiss an härteren Ringläufern verhindert, die Härte ist jedoch hoch genug, um selbst dem abrasiven Verschleiss gut widerstehen zu können. Heute gebräuchliche Spinnringoberflächen erreichen eine Härte bis zu 1000 HV, was zu einem hohen Verschleiss von Ringläufern führt. Weiter haben die Wolframkörner eine hohe Wärmeleitfähigkeit von etwa 180 W/mK was gegenüber gebräuchlichen Werkstoffen und Beschichtungen nahezu einer Verdoppelung gleichkommt. Die erhöhte Wärmeleitfähigkeit führt zu einer verbesserten Wärmeabfuhr und damit zu einer Erhöhung der Kühlung der Spinnringoberfläche. Ebenfalls weisen die Wolframkörner eine Schmelztemperatur von etwa 3400°C auf, demgegenüber liegt die Schmelztemperatur bei herkömmlichen Werkstoffen bei etwa 1900°C. Die hohe Schmelztemperatur bewirkt eine Verminderung einer Neigung zum Mikroverschweis- sen, wodurch eine Zerstörung der Gleitoberfläche zumindest verzögert werden kann.
Wird der Wolfram-Sinterwerkstoff einer trockenen Reibung ausgesetzt bildet sich Wolframoxid, welches pulverförmig, weich, leicht schmelzbar ist und eine schwache Haftung am Grundmaterial aufweist. Daraus ergibt sich ein selbstschmierender Effekt, der zur Verbesserung der Gleiteigenschaften beiträgt. Im Gegensatz dazu ergibt sich bei herkömmlichen beschichteten Spinnringen kein selbstschmierender Effekt beim Trockenreiben, da beispielsweise bei mit Chrom beschichteten Spinnringen das sich bildende Chromoxid fest und hart ist und einen stark haftenden kontinuierlichen Überzug auf der Chromoberfläche bildet.
Unter diesen Gegebenheiten wirkt sich der Einsatz von Spinnringen aus Wolfram-Sinterwerkstoff positiv auf den Verschleiss von allen bekannten Ringläufern aus. Die zu erzielende Verbesserung ist unterschiedlich gross bei verschiedenen Ringläuferoberflächen. Die geringste Verbesserung ist beim Einsatz von vernickelten Ringläufern festzustellen. Bei nicht beschichteten Stahlringläufern aus Kohlenstoffstahl, bei nitrierten Ringläufern und bei CVD-beschichteten Ringläufern (CrC, TiC-Beschichtungen) konnte neben der Verbesserung des Verschleiss-Verhaltens über 10-15% Geschwindigkeitsvorteil erreicht werden.
Bevorzugterweise besteht die gesamte Ringkrone aus einem Wolfram-Sinterwerkstoff mit mindestens 90% Wolfram. Durch die Ausführung der gesamten Ringkrone anstelle eines begrenzten Einsatzes in die Ringkrone wird die Herstellung des Spinnringes vereinfacht.
In einer alternativen Ausführungsform ist der Spinnring auf einer der Ringkrone entgegengesetzten Seite des Stegs mit einem Fussflansch versehen. Es bestehen verschiedene Bauarten von Spinnringen bis hin zu Spinnringen mit zwei Ringkronen. Die Ausführung der Spinnringe mit Steg oder mit Steg und Fussflansch ist abhängig von einer Konstruktion der Befestigung der Spinnringe in der Spinn- oder Spinnzwirnmaschine.
Bevorzugterweise ist der Wolfram-Sinterwerkstoff W97Ni2Fe. Als Wolfram-Sinterlegierungen können grundsätzlich alle erhältlichen W-Ni-Fe- Sinterwerkstoffe verwendet werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass sich bei Verwendung des Werkstoffs W97Ni2Fe1 mit einer Dichte von 18,5 g/cm3 die besten Resultate erzielen lassen. Weiter ist es von Vorteil, wenn der Fussflansch und/oder der Steg aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht. Kupfer oder Kupferlegierungen ergeben bei der Anwendung als Spinnringe eine hohe Wärmeleitfähigkeit sowie eine aufgrund des dynamischen Betriebes eine gute Flexibilität bei entsprechender Formhaltigkeit. Weiter führt dies auch dazu, dass der aus dem Wolfram-Sinterwerkstoff gefertigte Teil des Spinnringes bevorzugterweise auf die Ringkrone oder auf den Steg durch einen Lötprozess aufgebracht werden kann.
Für bestimmte Anwendungen kann es von Vorteil sein, wenn der Fussflansch und/oder der Steg aus einer Aluminiumbronze, bevorzugt aus einer Nickel-Aluminiumbronze (CuAI10Ni5Fe4) besteht. Ein einer solchen erfindungsgemässen Ausführungsform entsprechender Spinnring kann besonders kostengünstig gefertigt werden und zeichnet sich zugleich durch eine hohe Korrosionsbeständigkeit und mechanische Kompetenz bei zugleich hinreichend hoher Wärmeleitfähigkeit aus. Ebenso erhöht eine solche Materialpaarung die optische Erkennbarkeit eines Ringläufers auf einem Spinnring, was allgemein für erfindungsgemässe Ausführungsformen von Spinnringen mit einem Fussflansch und/oder der Steg aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gilt. Eine solche erhöhte optische Erkennbarkeit vereinfacht die Inspektion und ggf. auch das Auswechseln von Ringläufern.
Für bestimmte Anwendungen kann es von Vorteil sein, wenn der Fussflansch und/oder der Steg aus Stahl besteht. Spinnringe mit guter Wärmeleitfähigkeit können erzielt werden, wenn der Fussflansch und/oder der Steg aus einem Kohlenstoffstahl, insbesondere 100Cr6 besteht. Ebenso ist die Verwendung eines ferritischen Edelstahls (1.2083) oder eines Duplex-Edelstahls (1.4462) für den Fussflansch und/oder den Steg bestimmter Ausführungsformen eines erfindungsgemässen Spinnrings vorteilhaft.
Bevorzugterweise besteht der Spinnring als Ganzes aus einem Wolfram-Sinterwerkstoff mit mindestens 90% Wolfram. Dadurch entfällt die Notwendigkeit einen aus mehreren Teilen bestehenden Spinnring herzustellen und die Teile beispielsweise durch einen Lötprozess miteinander zu verbinden. Bei einer Herstellung des gesamten Spinnringes aus einem Wolfram-Sinterwerkstoff gibt es keine prinzipiellen Unterschiede zwischen konventionellen Stahlspinnringen und Spinnringen aus Wolfram-Sinterlegierungen, da beide aus Rohlingen gedreht, respektive durch spanabhebende Verfahren gefertigt werden. Auch im Falle eines aus mehreren Teilen kombinierten Spinnringes wird der fertige Spinnring aus einem zuvor zusammengelöteten rohrförmigen Rohling hergestellt. Jedoch sind, im Unterschied zu Spinnringen aus Stahl, Wolframspinnringe direkt nach dem Drehen einsatzfertig, die üblichen nachfolgenden Herstellprozesse, wie beispielsweise Härten, Scheuern, Polieren und Verchromen, entfallen.
Weiter wird ein Ring-Läufer-System für eine Ringspinn- oder Ringzwirnmaschine vorgeschlagen, wobei ein Spinnring gemäss vorstehender Beschreibung und ein Ringläufer aus einem Draht aus Schnellarbeitsstahl (HSS) vorgesehen sind, wobei der Ringläufer eine Mindesthärte von 60 HRC aufweist. Um eine maximale Steigerung der Geschwindigkeit des Ringläufers zu erreichen, muss der Verschleiss des Ringläufers reduziert werden, ohne einen erhöhten Verschleiss des Spinnringes auszulösen, oder umgekehrt. Dies bedeutet, dass die Kontaktflächen von Spinnring und Ringkrone und damit beide reibenden Oberflächen als ein Paar betrachtet und optimiert werden müssen. Diese Optimierung umfasst nicht nur eine Anpassung der Oberflächenhärten der Komponenten, sondern auch andere Aspekte, wie beispielsweise eine Verbesserung der Wärmeabfuhr aus der Reibstelle oder chemische Prozesse, die bei der Reibung ablaufen können (beispielsweise eine Oxidierung). Eine, durch die Optimierung, zu erreichende Erhöhung der Drehzahl, respektive Geschwindigkeit des Ringläufers, führt zu einer entsprechenden Steigerung der Produktion der Spinnmaschine.
Die HSS-Ringläufer können aus allen bekannten Schnellarbeitsstählen hergestellt werden, die in Form eines Drahtes vorliegen. Die Ringläuferherstellung ist analog zu der konventionellen Ringläuferherstellung aus Kohlenstoffstahl mit dem Unterschied, dass die Prozesse Glühen, Härten und Anlassen bei anderen Bedingungen erfolgen. Für jedes HSS-Material sind bekannte materialtypische Härteparameter anzuwenden. Die erreichten Grundhärten liegen, abhängig vom verwendeten Schnellarbeitsstahl im Bereich 850-1000 HV. Die HSS-Ringläufer brauchen grundsätzlich keine Beschichtung und sind nach dem Scheuem und Polieren einsatzbereit. Die Vorteile von HSS-Läufern gegenüber Kohlenstoffstahl-Läufern ergeben sich hauptsächlich durch eine wesentlich höhere Warmhärte. Gehärtete Kohlenstoffstähle erweichen ab ca. 300°C recht schnell, demgegenüber behalten gehärtete Schnellarbeitsstähle bis etwa 550°C ihre ursprüngliche hohe Härte. Beim Spinnbetrieb sind Temperaturen über 300 °C an der Ringläuferreibflächen üblich, deswegen erweitern die HSS- Stähle die Ringläufer-Einsatzmöglichkeiten für höhere Geschwindigkeiten. Aber auch im Temperaturbereich kleiner 300°C bieten HSS-Stähle wesentlich höhere Härten und Festigkeiten als die Kohlenstoffstähle. Da die Schnellarbeitsstähle bei maximalem Härten weniger spröde als Kohlenstoffstähle sind, können HSS-Ringläufer auch bei Raumtemperatur über 200 HV härter als die gewöhnlichen Ringläufer sein. Ein Ringläufer aus Kohlenstoffstahl darf nicht härter als 700 HV sein, weil er sonst beim Aufsetzen auf den Spinnring zerbricht, dagegen zerbrechen die HSS-Ringläufer beim Aufsetzen auf den Spinnring erst ab Härten von etwa 950 HV.
Genauso wie Wolframspinnringe im Vergleich mit herkömmlichen Spinnringen, sind die HSS-Ringläufer praktisch allen gängigen Kohlenstoffstahl-Ringläufer bei einem Einsatz in Kombination mit allen möglichen Spinnringen überlegen. Aber auch hier wurde ein maximaler Effekt nur am Wolframring erzielt. Welche Geschwindigkeitserhöhung in einzelnen Fällen erreicht wurde, zeigen die nachfolgenden Anwendungsbeispiele.
Bevorzugterweise entspricht der Schnellarbeitsstahl dem Werkstoff 1.3343 nach DIN EN ISO 4957 (2018-11) mit dem Werkstoffnamen HS6 5-2C. Eine Verwendung dieses Werkstoffs hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
In einer Kombination der Spinnringe aus Wolfram-Sinterwerkstoff mit Ringläufern aus Schnellarbeitsstählen (HSS-Ringläufer) konnte eine Geschwindigkeitserhöhung des Ringläufers von über 20% erreicht werden.
Welche Geschwindigkeitserhöhungen in einzelnen Fällen von Kombinationen von Spinnringen mit zumindest teilweise aus Wolfram-Sinterwerkstoff gefertigten Ringkronen (Wolfram-Spinnringe) mit gängigen Ringläufern erreicht werden konnten, zeigen die nachfolgenden Anwendungsbeispiele, die aufgeführten Bezeichnungen stammen aus dem Produktekatalog des Anmelders und entsprechen handelsüblichen Ringläufern:
Vor Beginn der Versuchsreihen wurden alle Spinnringe mit entsprechenden Ringläufern mit einer geringen Geschwindigkeit (23-34 m/s) während mehreren Stunden eingelaufen. Eine Versuchsreihe bestand aus mehreren gleichen Versuchen, wobei jeder weiteren Versuch innerhalb einer Versuchsreihe bei etwas höherer Geschwindigkeit (Ringläufer-Drehzahl) durchgeführt wurde. Laufzeit eines Versuches pro Geschwindigkeit und Ringläufer betrug eine Stunde (für jeden Versuch wurde ein neuer Ringläufer eingesetzt). Alle Ringläufer wurden vor und nach dem Versuch gewogen, um den Verschleissgrad zu erfassen (Messgenauigkeit ca. 0,01 mg). Während der Versuchsreihe wurde die Geschwindigkeit stufenweise mit einem Schritt von 0,6 m/s erhöht. Als Anhaltspunkt des Vergleiches wurde ein bestimmtes Mass des Ringläufer-Verschleisses von 0,2 mg festgelegt, Ringläufer mit einem Verschleiss grösser als 0,2 mg galten als verschlissen. Die maximal mögliche Geschwindigkeitsgrenze wurde bei der Ringläufergeschwindigkeit gesetzt, bei welcher erste Ringläufer der Serie in einem 60-Minuten Versuch verschlissen wurde. In allen Versuchen wurde kein messbarer Verschleiss von Spinnringen festgestellt. Alle Anwendungsbeispiele beziehen sich auf Labortests mit einer 16-Spindel Spinnmaschine von SER.MA.TES. In allen Tests wurden gleichzeitig die neuen Komponenten (Wolfram-Spinnringe und/oder HSS-Ringläufer) zusammen mit geometrisch identischen Referenzkomponenten aus dem Stand der Technik getestet. Damit wurde ein direkter Vergleich zwischen alten und neuen Komponenten bei gleichen Bedingungen realisiert. Die kombinierten Wolfram-Spinnringe bestanden aus einer Ringkrone aus dem Sinterwerkstoff W97Ni2Fe1 welche auf einen Steg aus Kupfer gelötet war. Die HSS-Ringläufer wurden aus dem Schnellarbeitsstahl 1.3343 (M2) hergestellt. Die maximal erreichbare Ringläufer-Drehzahl entspricht derjenigen Drehzahl, bei welcher innerhalb derselben Betriebszeit der gleiche Verschleiss am Ringläufer auftritt wie bei der Referenz Ringläufer-Drehzahl an der zu vergleichenden Spinnring-Ringläu- fer-Paarung.
Beispiel 1. Es wurde ein Wolfram-Spinnring mit einem verchromten Stahlspinnring verglichen bei einem Einsatz mit nicht beschichteten Ringläufern aus Kohlenstoffstahl. Typ des Spinnringes: T-Flansch-Ringe 047x38,
Typ des Ringläufers: C1 ELMudrlSO35,5mg
Spinnparameter: Baumwolle, Ne 30, twist = 1000, nicht compact.
Referenz Ringläufer-Drehzahl bei Stahlspinnring: 20.000 U/rnin (39,8 m/s)
Maximale Ringläufer-Drehzahl bei Wolfram-Spinnring: 23.300 U/rnin (46,3 m/s)
Daraus resultiert eine Geschwindigkeits- und damit Produktionserhöhung von 16,3%.
Beispiel 2. Es wurde ein Wolfram-Spinnring mit einem verchromten Stahlspinnring verglichen bei einem Einsatz mit nitriertem Ringläufern aus Kohlenstoffstahl.
Typ des Spinnringes: T-Flansch-Ringe 047x38,
Typ des Ringläufers: C1 SELudrlSO31 ,5mg,
Spinnparameter: Baumwolle, Ne 30, twist = 922, compact.
Referenz Ringläufer-Drehzahl bei Stahlspinnring: 22.000 U/rnin (43,8 m/s),
Maximale Ringläufer-Drehzahl bei Wolfram-Spinnring: 25.300 U/rnin (50,3 m/s), Daraus resultiert eine Geschwindigkeits- und damit Produktionserhöhung von 14,9%.
Beispiel 3. Es wurde der Einsatz eines Wolfram-Spinnrings mit einem HSS-Ringläufer mit dem Einsatz eines verchromten Stahlspinnringes mit einem nicht beschichteten Kohlenstoffstahl-Ringläufer verglichen.
Typ des Spinnringes: T-Flansch-Ringe 047x38,
Typ des Ringläufers: C1 ELudrlSOI 8,0mg,
Spinnparameter: Baumwolle Ne 46, twist = 1000, nicht compact.
Referenz Ringläufer-Drehzahl bei Stahlspinnring: 22.000 U/rnin (43,8 m/s),
Maximale Ringläufer-Drehzahl bei HSS-Ringläufer auf Wolfram-Spinnring: 27.000 U/min (53,7 m/s),
Daraus resultiert eine Geschwindigkeits- und damit Produktionserhöhung von 22,6%.
Beispiel 4. Es wurde der Einsatz eines Wolfram-Spinnrings mit HSS-Ringläufer mit dem Einsatz eines verchromten Stahlspinnringes mit nicht beschichteten Kohlenstoffstahl- Ringläufer verglichen.
Typ des Spinnringes: T-Flansch-Ringe 047x38,
Typ des Ringläufers: C1 MMudrlSO63,0mg, Spinnparameter: Baumwolle Ne20, twist = 705, nicht compact.
Referenz Ringläufer-Drehzahl: 14.300 U/rnin (28,4 m/s),
Maximale Ringläufer-Drehzahl bei HSS-Ringläufer auf Wolfram-Spinnring: 17.300 U/rnin (34,4 m/s),
Daraus resultiert eine Geschwindigkeits- und damit Produktionserhöhung von 21 ,1 %.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von einer beispielhaften Ausführungsform erklärt und durch Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Spinnstelle einer Ringspinnmaschine;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Spinnringes mit Ringläufer:
Figur 3 eine vergrösserte Darstellung nach Figur 2 und
Figur 4 eine schematische Darstellung einer zweiten und dritten Ausführungsform eines Spinnringes.
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Spinnstelle einer Ringspinnmaschine, wobei heutige Ringspinnmaschinen bis zu 2'000 oder mehr derartige Spinnstellen aufweisen. In der Ringspinnmaschine wird ein Faserverband, eine sogenannte Lunte 1 , einem Streckwerk 2 zugeführt. Die Lunte 1 wird durch das Streckwerk 2 zu einem Faden 3 verstreckt. Das dargestellte Streckwerk 2 ist ein sogenanntes Riemchen-Streckwerk, welches üblicherweise für Baumwolle zum Einsatz kommt. Aus dem Stand der Technik sind je nach Anwendung vielerlei Bauarten von Streckwerken 2 bekannt. Der Faden 3 wird nach dem Streckwerk 2 über einen Fadenführer 4 zu einem Ringläufer 10 geführt. Nach dem Passieren des Ringläufers 10 wird der Faden 3 auf die Garnspule 5 aufgespult. Die Garnspule 5 wird durch einen Antrieb 7 in Drehung 6 versetzt. Durch diese Drehung 6 der Garnspule 5 wird durch den Faden 3 der Ringläufer 10 mitgenommen, was dazu führt, dass dem Faden 3 eine Drehung erteilt wird und somit das Garn gebildet wird. Dadurch, dass der Ringläufer 10 auf dem Spinnring 8 gehalten wird, wird der Ringläufer 10 gezwungen, die Garnspule 5 zu umlaufen. Der Spinnring 8 ist ortsfest auf einem Ringrahmen 9 gehalten.
Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung einen Spinnring 8 mit einem aufgesetzten
Ringläufer 10. Der beispielhaft dargestellte Spinnring 8 besteht aus einer Ringkrone 14 und einem an die Ringkrone 14 anschliessenden Steg 15. Der Steg 15 dient zur Befestigung des Spinnringes 8 in einer Spinnmaschine. Der Ringläufer 10 ist auf die Ringkrone 14 aufgesetzt und umschliesst diese teilweise, dabei ist der Ringläufer 10 in seiner Form derart ausgestaltet, dass er die Ringkrone 14 so weit umfasst, dass ein Herunterfallen des Ringläufers 10 von der Ringkrone 14 nicht möglich ist, jedoch eine grösstmögliche Bewegungsfreiheit des Ringläufers 10 gegenüber der Ringkrone 14 erreicht wird. Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Formen und Ausgestaltungen von Ringkronen 14 und Ringläufern 10 bekannt. Die durch den Faden 3 auf den Ringläufer 10 übertragene Drehbewegung bewirkt, dass der Ringläufer 10 um den Spinnring 8 in Richtung der Läuferdrehung 11 umläuft. Durch diesen Umlauf wiederum entsteht eine sich auf den Ringläufer 10 auswirkende Fliehkraft 12. Diese drückt den Ringläufer 10 an die Innenseite des Spinnringes 8, respektive der Ringkrone 14.
In Figur 3 ist diese Situation vergrössert dargestellt. Der Ringläufer 10 gleitet dem Spinnring 8 entlang, wobei sich eine Kontaktfläche 13 ergibt. Zumindest im Bereich dieser Kontaktfläche 13 ist dafür zu sorgen, dass der Ringläufer 10 gute Gleiteigenschaften gegenüber dem Spinnring 8 aufweist. Durch eine entsprechende Materialwahl der Ringkrone 14 zumindest im Bereich der Kontaktfläche 13 wird die Gleitpaarung zwischen Spinnring 8 und Ringläufer 10 gefördert. Die Ringkrone 14 ist im Bereich der Kontaktfläche 13 mit einem Einsatz 16 aus einem Wolfram-Sinterwerkstoff mit mindestens 90% Wolfram dargestellt. Dabei ist der Einsatz an einem Grundwerkstoff, beispielsweise Kupfer, mit der Ringkrone durch einen Lötvorgang verbunden.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten und dritten Ausführungsform eines Spinnringes 8 nach der Erfindung. Die Darstellung ist zweigeteilt, dabei zeigen die linke wie auch die rechte Ausführung jeweils einen Spinnring 8 mit einer Ringkrone 14, einem Steg 15 und einen auf einer der Ringkrone 14 abgewandten Seite des Steges 15 angeordneten Fussflansch 17. Der Fussflansch 17 dient der Befestigung des Spinnringes 8 in einer Spinnmaschine. In der rechten Ausführung ist die Ringkrone 14 aus einem Wolfram-Sinterwerkstoff mit mindestens 90% Wolfram und der restliche Teil des Spinnringes 8, nämlich der Steg 15 und der Fussflansch 17 sind aus einem Standard- Material hergestellt, beispielsweise aus Kupfer, einer Kupferlegierung, Stahl oder einem Leichtmetall. Die Ringkrone 14 ist mit dem Steg 15 durch einen Löt- oder Schweissvorgang verbunden. Im Gegensatz dazu ist in der linken Ausführung der gesamte Spinnring 8 aus einem Wolfram-Sinterwerkstoff mit mindestens 90% Wolfram hergestellt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn diese in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind.
Legende
1 Lunte
2 Streckwerk
3 Faden
4 Fadenführer
5 Garnspule
6 Drehung
7 Antrieb
8 Spinnring
9 Ringbank
10 Ringläufer
11 Läuferdrehung
12 Zentrifugalkraft
13 Kontaktfläche
14 Ringkrone
15 Steg
16 Einsatz
17 Fussflansch

Claims

Patentansprüche
1. Spinnring (8) für eine Ringspinn- oder Ringzwirnmaschine mit einem Steg (15) und einer Ringkrone (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkrone (14) zumindest teilweise aus einem Wolfram-Sinterwerkstoff mit mindestens 90% Wolfram besteht.
2. Spinnring (8) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Ringkrone (14) aus einem Wolfram-Sinterwerkstoff mit mindestens 90% Wolfram besteht.
3. Spinnring (8) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spinnring (8) auf einer der Ringkrone (14) entgegengesetzten Seite des Stegs (15) mit einem Fussflansch (17) versehen ist.
4. Spinnring (8) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wolfram-Sinterwerkstoff W97Ni2Fe1 ist.
5. Spinnring (8) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Fussflansch (17) und/oder der Steg (15) aus Kupfer oder einer Kup- ferlegierung besteht.
6. Spinnring (8) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferlegierung eine Aluminiumbronze, bevorzugt Nickel-Aluminiumbronze CuAI10Ni5Fe4 ist.
7. Spinnring (8) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Fussflansch (17) und/oder der Steg (15) aus Stahl besteht.
8. Spinnring (8) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem Wolfram-Sinterwerkstoff gefertigte Teil des Spinnringes (8) auf die Ringkrone (14) oder auf den Steg (15) durch einen Lötprozess aufgebracht ist. Spinnring (8) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Spinnring (8) als Ganzes aus einem Wolfram-Sinterwerkstoff mit mindestens 90% Wolfram besteht. Ring-Läufer-System, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spinnring (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und ein Ringläufer (10) aus einem Draht aus Schnellarbeitsstahl (HSS) vorgesehen sind, wobei der Ringläufer (10) eine Mindesthärte von 60 HRC aufweist. Ring-Läufer-System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnellarbeitsstahl dem Werkstoff 1.3343 nach DIN EN ISO 4957 (2018-11 ) mit dem Werkstoffnamen HS6 5-2C entspricht.
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