EP0201602B1 - Ring für spinnmaschinen - Google Patents

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EP0201602B1
EP0201602B1 EP85904861A EP85904861A EP0201602B1 EP 0201602 B1 EP0201602 B1 EP 0201602B1 EP 85904861 A EP85904861 A EP 85904861A EP 85904861 A EP85904861 A EP 85904861A EP 0201602 B1 EP0201602 B1 EP 0201602B1
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EP
European Patent Office
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ring
spinning
flange
less
flange portion
Prior art date
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Revoked
Application number
EP85904861A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0201602A1 (de
EP0201602A4 (de
Inventor
Yuzuru Nakano
Takeshi Yoshikawa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kanai Juyo Kogyo Co Ltd
Original Assignee
Kanai Juyo Kogyo Co Ltd
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Publication date
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Application filed by Kanai Juyo Kogyo Co Ltd filed Critical Kanai Juyo Kogyo Co Ltd
Publication of EP0201602A1 publication Critical patent/EP0201602A1/de
Publication of EP0201602A4 publication Critical patent/EP0201602A4/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0201602B1 publication Critical patent/EP0201602B1/de
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Revoked legal-status Critical Current

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    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01HSPINNING OR TWISTING
    • D01H1/00Spinning or twisting machines in which the product is wound-up continuously
    • D01H1/02Spinning or twisting machines in which the product is wound-up continuously ring type
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01HSPINNING OR TWISTING
    • D01H7/00Spinning or twisting arrangements
    • D01H7/02Spinning or twisting arrangements for imparting permanent twist
    • D01H7/52Ring-and-traveller arrangements
    • D01H7/60Rings or travellers; Manufacture thereof not otherwise provided for ; Cleaning means for rings
    • D01H7/602Rings

Definitions

  • the invention relates to a ring for spinning and twisting machines with a flange area, a neck area and a shaft area.
  • Such rings are exposed to increased temperatures and increased abrasion during the spinning process due to the frictional contact between the ring flange, rotor and thread. This reduces the service life and the running properties of the ring.
  • the hardened surface also results in a higher thread tension, which is particularly the case in high-speed operation with spindle speeds of more than 20,000 revolutions / min. leads to frequent thread breakage.
  • the object of the invention is therefore to develop a ring for spinning and twisting machines, the service life and running properties of which are considerably improved, so that it can also be used without problems in high-performance spinning machines with a high spindle revolution.
  • At least the flange area of the ring is formed from a fine ceramic material and that after the grain growth the fine ceramic material has a grain size of less than 10 pm and a surface roughness of less than 5 ⁇ m.
  • the ring is made of a metal alloy, e.g. made of carbon steel, then, according to the teaching of the invention, at least the surface of the flange area should have a coating layer made of fine ceramic material, which has the aforementioned grain size and surface consistency.
  • rings made of a metal alloy according to the teaching of the invention can also have a non-electrolytic plating layer which is produced as a matrix with a fine ceramic grain smaller than 3 ⁇ m grain size as a eutectoid substance and a nickel alloy which contains nickel phosphorus.
  • Fig. 1 shows a cross section through a preferred embodiment of a ring for a spinning machine according to the invention.
  • the ring 5 comprises a flange part 1, a neck region 2 and a shaft region 4 with a ring rail fitting region 3.
  • At least the part that is in contact with a rotor, that is, the flange portion 1 of the ring, is made by casting in the desired shape, using ceramic grain material selected from oxide, carbide, nitride, boride or other groups, e.g. SiC, Si 3 N 4 , Al 2 0 3 , Zr0 2 , TiC, TiN etc.
  • the ceramic flange thus obtained is subjected to fire treatment at a high temperature to have a hardness of 1000 to 3500 Hv and a grain diameter after the growth of the crystal grain to get less than 10 pm.
  • the neck region 2 and the shaft region 4, which carries the ring rail fitting region 3, consist of carbon steel, alloy steel, light metal or a high polymer material in the desired shape and are produced by mechanical processing or by casting molds.
  • a smooth surface finish is transferred to the surface of the ceramic flange described above by physical or mechanical finishing methods such as cylinder grinding, lapping or polishing etc. so that the surface roughness is less than 5 pm and preferably less than 1 pm.
  • ceramic materials is not limited to the flange area of the ring, but it can be made entirely of the ceramic material.
  • 3A and 3B show a ring for a spinning machine, the flange area of which bears a ceramic coating layer.
  • This ring 5 is made of carbon steel, a steel alloy, light metal, plastic, composite materials or the like.
  • a ceramic coating layer 6 was formed on the surface of the ring where it is in contact with the rotor by a coating method such as CVD (chemical vapor deposition Process) including a plasma spraying process and an optical CVD, PVD (physical vapor deposition process) including vacuum plating and spraying, IVD (ion vapor deposition process), flame spraying, firing, etc.
  • a ceramic coating layer 8 was formed by composite plating, or by uniformly dispersing the ceramic grain, using the ceramic grain 7 as a eutectic substance and a nickel alloy containing nickel and phosphorus as a matrix.
  • the ceramic coating layer described above can be applied to the entire surface of a ring, but it is also sufficient to apply it only to the surface area which is in contact with a rotor, which surface area is subjected to a masking treatment before the coating.
  • Ceramic materials that can be used according to the invention alone or in combination with others are Al 2 O 3 , ZrO 2 , SiO 2 , Ti0 2 , In 2 0 31 ZaO, Cr 2 0 3 , SiO, TiO, MgO, BeO , Th0 2 , etc. as oxide groups, SiC, TiC, TaC, ZrC, WC, HfC, B 4 C, NbC, C (diamond) etc. as carbide group, Si 3 N 4 , TiN, TiC, N. TaN, ZrN , AIN, GaN, BN, InN etc. as a nitride group and TiB 2 , ZrB 2 , HfB 2 , etc. as a boride group.
  • the neck region 2 and the shaft region 4 with the ring rail fitting region 3 were produced mechanically, using carbon steel as the material.
  • the flange portion 1 and the other portions have been joined together by soldering, or by means of an adhesive such as an epoxy resin, cyanoacrylate, etc., to manufacture the ring for a spinning machine according to the invention.
  • the ring thus obtained was examined for wear by a wear testing machine under the following conditions.
  • the ring A shows according to the invention a much smaller increase in the amount of wear over time than the conventional ring B.
  • the flange portion made of silicon carbide (SiC) has high strength, high heat resistance, and high abrasion resistance.
  • the silicon carbide flange portion has almost the same thermal conductivity as the metallic rotor, the heat generated by the sliding of the rotor can easily radiate, which contributes to a reduction in burning and wear of the rotor, and accordingly the lifespan of the runner is extended.
  • the ring was carbored, it was subjected to an ion plating treatment by glow discharge at 1-5 ⁇ 10 -2 torr in a reigning gas atmosphere with C 2 H 2 as a main component to form a ceramic coating layer 6 of a thickness of 1 to 20 ⁇ m with titanium carbide (TiC ) on the surface that is in contact with the runner.
  • a ceramic coating layer 6 of a thickness of 1 to 20 ⁇ m with titanium carbide (TiC ) on the surface that is in contact with the runner.
  • TiC titanium carbide
  • the ring C thus obtained has a hardness of 2500 to 3400 Hv, which is much higher than that of the conventional ring B which has been carburized and hardened, as shown in Fig. 4, which shows the curves of the cross-sectional hardness distribution.
  • the ring C according to the invention shows only about 1/5 of the amount of wear, while the life is more than 5 times.
  • the conventional ring B experiences an increase in thread tension due to the increase in friction between the ring and the rotor, causing yarn breakage, "flying" of the rotor and other troubles while it becomes difficult to run continuously.
  • the ring according to the invention shows a reduction in the coefficient of friction, while no running-in is required and high-speed running can be carried out immediately after starting.
  • FIG. 6 shows a cross section through the ring according to embodiment 3 of the invention.
  • the flange 12 ring 12 shown in Fig. 6 was manufactured by a low carbon steel cutting process.
  • the above ring was subjected to carburizing treatment and surface grinding, it was subjected to a chemical vapor deposition process at a temperature of 850 to 1050 ° C in a gas atmosphere with TiCl 4 , H 2 , CH 4 , N 2 as a main component to form a ceramic coating layer 13A of 2 to 20 ⁇ m in thickness, containing titanium carbide (TiC) and a ceramic coating layer 13B, 1 ⁇ m in thickness, containing titanium nitride (TiN) on the surface which comes into contact with the rotor.
  • TiC titanium carbide
  • TiN titanium nitride
  • Fig. 9 shows a cross section of a ring according to embodiment 4 according to the invention.
  • This ring was made of carbon steel, for example S15CK material, and formed into a simple flange 16 by means of a cutting process. It was subjected to carburization, quenching and surface treatment. A plated nickel layer 17 about 1 ⁇ m thick was applied to the surface of the ring by an electron nickel process, as shown in FIG. 10.
  • FIG. 12 is a modification of the ring according to FIG. 1, a concave region 9 (FIG. 12A) being formed on the underside of the flange region 1, the flange region and the neck region being connected to one another to form the ring.
  • a concave region 9 FIG. 12A
  • connection and the adhesion of the two parts to each other is stronger.
  • the sintered rings described above have a significantly improved abrasion resistance because they carry a single layer of several layers of the ceramic coating on the pore surface of the surface layer area.
  • the spinning belt is drawn off from a drafting system, passes through a thread guide and is fed to the ring spinning machine, a twist being transferred to the belt by the rotor which is held on the ring according to the invention, the thread being placed around the bobbin.

Landscapes

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

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Ring für Spinn- und Zwirnmaschinen mit einem Flanschbereich, einem Halsbereich und einem Schaftbereich.
  • Derartige Ringe sind beim Spinnvorgang durch den Reibungskontakt zwischen Ringflansch, Läufer und Faden erhöhten Temperaturen und einem erhöhten Abrieb ausgesetzt. Dadurch verringern sich die Standzeit und die Laufeigenschaften des Ringes.
  • Es ist bereits versucht worden, diese Nachteile dadurch zu beseitigen, daß man den Flanschbereich der Ringe, der üblicherweise aus Kohlenstoffstahl oder einer speziellen Stahllegierung hergestellt werden, härtete. Gebräuchlich sind Oberflächenhärten von 800-900 Vickers mit einer Tiefe von 0,4 bis 0,5 mm. Daraus resultiert dann zwar eine höhere Abriebfestigkeit, aber auch eine geringere Standzeit der Ringe, da die gehärtete Schicht spröder ist und weniger zähe Eigenschaften aufweist und zum Abblättern im Spinnbetrieb neigt.
  • Auch bewirkt die gehärtete Oberfläche eine höhere Fadenspannung, die insbesondere beim Hochgeschwindigkeitsbetrieb mit Spindelgeschwindigkeiten von mehr als 20.000 Umdrehungen/min. zum häufigen Fadenbruch führt.
  • Aus der JP-B-488 902 ist bekannt, derartige Ringe aus Sintermetall mit einer geringen Dichte von 5,0 bis 5,8 g/cm3, also weitgehend porös herzustellen und die Oberfläche und auch die Porenoberfläche der Oberflächenschicht des Ringes mit einer 5-30 pm dicken Hartlegierung aus z.B. Siliciumcarbid zu überziehen. Das Ziel ist es, einen porösen und an der Oberfläche harten Ring herzustellen, der in seinen Poren genügend ÖI oder andere Schmierstoffe speichern und beim Spinnbetrieb abgeben kann, um dadurch die Abrieb und die Laufeigenschaft des Ringes zu verbessern. Das ist bei dem vorgeschlagenen Ring natürlich immer nur über einen begrenzten Zeitraum möglich.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Ring für Spinn- und Zwirnmaschinen zu entwickeln, dessen Standzeit und Laufeigenschaften erheblich verbessert sind, so daß er auch in Hochleistungsspinnmaschinen mit einer hohen Spindelumdrehung problemlos eingesetzt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß mindestens der Flanschbereich des Ringes aus einem feinkeramischen Material geformt ist und daß das feinkeramische Material nach dem Kornwachstum eine Korngröße kleiner als 10 pm und eine Oberflächenrauhigkeit kleiner als 5 um aufweist.
  • Ist der Ring in der bisher üblichen Weise aus einer Metallegierung, z.B. einem Kohlenstoffstahl hergestellt, dann sollte nach der Lehre der Erfindung mindestens die Oberfläche des Flanschbereiches eine Überzugsschicht aus feinkeramischem Material aufweisen, die die vorgenannte Korngröße und Konsistenz an der Oberfläche besitzt.
  • Alternativ können Ringe aus einer Metallegierung nach der Lehre der Erfindung auch eine nichtelektrolytische Plattierungsschicht aufweisen, die mit einem feinkeramischen Korn kleiner als 3 um Korngröße als eutektoidische Substanz und einer Nickellegierung, die Nickelphosphor enthält, als Matrix hergestellt ist.
  • Ringe gemäß der Erfindung haben nicht nur eine stark verbesserte Standzeit infolge ihrer hohen Oberflächenhärte, geringen Oberflächenrauhigkeit und beauchtlicher Hitzebeständigkeit, sondern sie haben auch wesentlich bessere Laufeigenschaften, die sie für die Verwendung in Hochleistungsspinnmaschinen auszeichnet. Der mit dem neuen Ring erreichbare glatte stabilisierte Lauf des Läufers und eine geringe Fadenspannung vermeiden den unerwünschten Fadenbruch.
  • Nachfolgend werden einzelne Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Ringes für eine Spinnmaschine gemäß der Erfindung,
    • Fig. 2 eine graphische Darstellung des Vergleiches zwischen dem Ring dieser ersten Ausführungsform und einem herkömmlichen Ring, hinsichtlich des Ausmaßes der Abnutzung,
    • Fig. 3 einen Ring für eine Spinnmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei (A) einen Querschnitt und (B) einen Querschnitt des Hauptteils in einem größeren Maßstab wiedergibt,
    • Fig. 4 und 5 den Vergleich zwischen dem Ring nach der zweiten Ausführungsform und einem herkömmlichen Ring, wobei Fig. 4 die Kurve der Härteverteilung und Fig. 5 die Kurve der Abnahme des Ausmaßes der Abnutzung wiedergibt,
    • Fig. 6 einen Querschnitt durch einen Ring gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
    • Fig. 7 und 8 den Vergleich zwischen dem Ring nach der dritten Ausführungsform und einem herkömmlichen Rng, wobei Fig. 7 die Kurve der Härteverteilung und Fig. 8 die Kurve der Abnahme des Ausmaßes der Abnutzung wiedergibt.
    • Fig. 9 und 10 einen Ring für eine Spinnmaschine gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung, wobei die Fig. 9 einen Querschnitt und die Fig. 10 den Querschnitt des Hauptteiles in einem größeren Maßstab wiedergibt,
    • Fig. 11 eine Härteverteilungskurve des Ringes gemäß der vierten Ausführungsform,
    • Fig. 12A und 12B jeweils einen Querschnitt eines Flanschteils einer anderen Ausführungsform der Erfindung,
    • Fig. 13 einen Querschnitt des Ringes nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung, angewendet auf einen gesinterten Ring des Vertikalstyps und
    • Fig. 14 einen Querschnitt durch den Ring gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung, angewendet auf einen gesinterten Ring vom konischen Typ.
  • Die einzelnen Ausführungsformen der Erfin- dung sollen nun näher erläutert werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
  • Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines Ringes für eine Spinnmaschine gemäß der Erfindung. Der Ring 5 umfaßt einen Flanschteil 1, einen Halsbereich 2 sowie einen Schaftbereich 4 mit einem Ringschienenpaßbereich 3.
  • Zumindest der Teil, der in Kontakt mit einem Läufer steht, d.h., der Flanschbereich 1 des Ringes, ist durch Guß in der gewünschten Form hergestellt, unter Verwendung von Kornmaterial keramischer Art, ausgewählt aus Oxid, Carbid, Nitrid, Borid oder anderen Gruppen, z.B. SiC, Si3N4, AI203, Zr02, TiC, TiN usw. Der so erhaltene keramische Flansch wird einer Feuerbehandlung bei einer hohen Temperatur ausgesetzt, um eine Härte von 1000 bis 3500 Hv und einen Korndurchmesser nach dem Wachstum des Kristallkorns von weniger als 10 pm zu erhalten. Der Halsbereich 2 und der Schaftbereich 4, der den Ringschienenpaßbereich 3 trägt, bestehen aus Kohlenstoffstahl, Legierungsstahl, Leichtmetall oder einem hochpolymeren Material in der gewünschten Form und sind hergestellt durch eine mechanische Bearbeitung oder durch Gießformen. Eine glatte Oberflächenendbehandlung wird auf die Oberfläche des oben beschriebenen Keramikflansches mittels physikalischer oder mechanischer Oberbehandlungsmethoden übertragen, wie etwa Zylinderschleifen, Läppen oder Polieren usw. so daß die Oberflächenrauhigkeit weniger als 5 pm und vorzugsweise weniger als 1 pm beträgt.
  • Wenn der Korndurchmesser nach dem Wachstum des Kristallkorns und die Oberflächenrauhigkeit des keramischen Materials, das den Flanschteil des Rings bildet, 10 pm bzw. weniger als 5 um überschreiten, ergibt sich eine Abnutzung während der Läufer im Gleitkontakt mit dem Ring steht, und es kommt zu Funkenschlag, was zu einer kürzeren Lebenserwartung des Läufers führt.
  • Der Einsatz von keramischen Materialien ist nicht auf den Flanschberech des Ringes beschränkt, sondern er kann ganz aus dem keramischen Material hergestellt sein.
  • Die Fig. 3A und die Fig. 3B zeigen einen Ring für eine Spinnmaschine, dessen Flanschbereich eine keramische Überzugsschicht trägt. Dieser Ring 5 besteht aus Kohlenstoffstahl, einer Stahllegierung, Leichtmetall, Kunststoff, zusammengesetzte Materalien oder ähnlichem. Im Fall des Ringes 5, wie er in Fig. 3A dargestellt ist, wurde eine keramische Überzugsschicht 6 auf der Oberfläche des Ringes ausgebildet, dort wo sie in Kontakt mit dem Läufer steht, und zwar durch eine Überzugsverfahren, wie etwa CVD (chemical vapor deposition-Verfahren) einschließlich eines Plasmasprühverfahrens und eines optischen CVD, PVD (physical vapor deposition-Verfahren) einschließlich Vakuumplattieren und Sprühen, IVD (ion vapor deposition-Verfahren), Flammsprühen, Brennen usw. Im Fall der Fig. 3B wurde eine keramische Überzugschicht 8 ausgebildet durch ein zusammengesetztes Plattieren, oder durch ein gleichmäßiges Dispergieren des keramischen Korns, unter Einsatz des keramischen Korns 7 als eutektische Substanz und eine Nickellegierung mit einem Gehalt an Nickel und)-Phosphor als Matrix.
  • Die zuvor beschriebene keramische Überzugsschicht kann auf die gesamte Oberfläche eines Ringes aufgebracht werden, aber es reicht auch aus, sie nur auf den Oberflächenbereich aufzubringen, der in Kontakt mit einem Läufer steht, wobei dieser Oberflächenbereich vor dem Überziehen einer Maskierungsbehandlung unterworfen wird.
  • Keramische Materialien, die gemäß der Erfindung allein oder in Kombination mit anderen eingesetzt werden können, sind Al2O3, ZrO2, SiO2, Ti02, In2031 ZaO, Cr203, SiO, TiO, MgO, BeO, Th02, usw. als Oxidgruppen, SiC, TiC, TaC, ZrC, WC, HfC, B4C, NbC, C (Diamant) usw. als Carbidgruppe, Si3N4, TiN, TiC, N. TaN, ZrN, AIN, GaN, BN, InN usw. als Nitridgruppe und TiB2, ZrB2, HfB2, usw. als Boridgruppe.
  • Es folgt nun eine detailierte Beschreibung der Erfindung, unter Bezugnahme auf die einzelnen Ausführungsformen.
  • Ausführungsform 1
  • Die Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch den Hauptteil eines Ringes für eine Spinnmaschine, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Flanschbereich 1 des Ringes wurde durch ein Gießverfahren in die gewünschte Form gebracht, unter Verwendung von Siliziumcarbid mit einem durchschnittlichen Durchmesser des Kristallkorns von weniger als 1 pm. Er wurde einer Feuerbehandlung bei etwa 1800°C ausgesetzt und außerdem einer Oberflächenbehandlung durch Zylinderschleifen, um eine Härte von 2000 Hv zu erhalten, bei einem Kristallkorndurchmesser nach dem Kornwachstum von 10 pm oder weniger und einer Oberflächenrauhigkeit von weniger als 0,5 bis 1,0 um.
  • Der Halsbereich 2 sowie der Schaftbereich 4 mit dem Ringschienenpaßbereich 3 wurden mechanisch hergestellt, unter Verwendung von Kohlenstoffstahl als Material. Der Flanschbereich 1 und die anderen Bereiche wurden durch Löten miteinander verbunden, oder mittels eines Klebers, wie etwa einem Epoxiharz, Cyanacrylat usw., zur Fertigung des Ringes für eine Spinnmaschine gemäß der Erfindung. Der so erhaltene Ring wurde im Hinblick auf seine Abnutzung untersucht durch eine Abnutzungstestmaschine, unter den folgenden Bedingungen.
  • Testbedingungen:
  • Figure imgb0001
  • Bezüglich des Ausmaßes der Abnutzung sind die Ergebnisse eines Vergleiches mit einem herkömmlichen Ring B aus Kohlenstoffstahl in Fig. 5 dargestellt.
  • Wie aus Fig. 2 deutlich wird, zeigt der Ring A gemäß der Erfindung einen wesentlich geringeren Anstieg des Ausmaßes der Abnutzung über die Zeit, als der herkömmliche Ring B.
  • Aus den obigen Testergebnissen läß sich ersehen, daß der aus Siliziumcarbid (SiC) hergestellte Flanschbereich eine hohe Festigkeit, eine hohe Wärmewiderstandsfähigkeit und eine große Abriebsbeständigkeit aufweist. Da darüber hinaus der Flanschbereich aus Siliziumcarbid nahezu die gleiche Wärmeleitfähigkeit wie der metallische Läufer besitzt, kann die Wärme, die durch das Gleiten des Läufers erzeugt wird, leicht abstrahlen, was zu einer Verminderung des Brennens und der Abnutzung des Läufers beiträgt, so daß dementsprechend auch die Lebensdauer des Läufers verlängert wird.
  • Ausführungsform 2
  • Die Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch einen Ring gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung. Es handelt sich um einen Ring mit einem Flansch vom Horizontaltyp aus Kohlenstoffstahl oder einer Stahllegierung, hergestellt durch ein Schneidverfahren.
  • Nach dem Karborieren des Ringes wurde dieser einer lonenplattierungsbehandlung durch Glimmentladung bei 1-5×10-2 torr in einer regierenden Gasatmosphäre mit C2H2 als Hauptbestandteil ausgesetzt, zur Bildung einer keramischen Überzugsschicht 6 einer Dicke von 1 bis 20 um mit Titancarbid (TiC) an der Oberfläche, die in Kontakt mit dem Läufer steht. Dann schloß sich eine weitere Wärmebehandlung und eine Glättungsbehandlung an, worauf man einen Durchmesser des Kristallkornes nach dem Kornwachstum von weniger als 10 um der keramischen Überzugsschicht erhielt und eine Oberflächenrauhigkeit von weniger als 1 pm. Der so erhaltene Ring C besitzt eine Härte von 2500 bis 3400 Hv, die viel höher ist als diejenige des herkömmlichen Ringes B, der karburiert und gehärtet wurde, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, welche die Kurven der Querschnittshärtverteilung zeigt.
  • Die Fig. 5 zeigt die Laufzeit und das Ausmaß der Abnutzung beim Spinnen, unter den folgenden Testbedingungen, unter Einsatz des Ringes C gemäß der Erfindung.
  • Testbedingungen:
    • Innendurchmesser des Ringes:
      • 41 mmφ
      • Breite des Flansches:
        • 3,2 mm
    • Faser:
      • Baumwollkammgarn 401s
      • Spindelgeschwindigkeit:
        • 27000 UpM
    • Läufer:
      • YS-2/hf 14/c (spiv-Typ-Läufer)
    • Zwirnzahl:
      • 22 T/in
  • Aus Fig. 5 ergibt sich, daß im Vergleich mit dem herkömmlichen Ring B der Ring C gemäß der Erfindung nur etwa 1/5 des Ausmaßes der Abnutzung zeigt, während die Lebensdauer beim mehr als 5-fachen liegt. Beim Spinnen mit einer Spindelgeschwindigkeit von mehr als 20000 UpM tritt bei dem herkömmlichen Ring B ein Anstieg der Fadenspannung aufgrund des Anstieges der Reibung zwischen dem Ring und dem Läufer auf, wodurch es zum Garnbruch, "Fliegen" des Läufers und anderen Schwierigkeiten kommt, während es schwierig wird, ein kontinuierliches Laufen auszuführen. Im Gegensatz dazu zeigt der Ring gemäß der Erfindung eine Verminderung des Reibungskoeffizienten, während kein Einlaufen erforderlich ist und gleich vom Anlaufen ein Hochgeschwindigkeitslauf durchführbar ist.
  • Ausführungsform 3
  • Die Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch den Ring gemäß der Ausführungsform 3 der Erfindung. Der in Fig. 6 dargestellte Ring 12 mit einem Flansch wurde durch ein Schneidverfahren aus Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt hergestellt.
  • Nachdem der vorgenannte Ring einer Karburierbehandlung sowie einem Oberflächenschleifvorgang ausgesetzt worden war, wurde er einem chemischen Aufdampfungsverfahren einer Temperatur von 850 bis 1050°C in einer Gasatmosphäre mit TiCl4, H2, CH4, N2 als Hauptbestandteil unterworfen, zur Bildung einer keramischen Überzugsschicht 13A von 2 bis 20 um Dicke, mit einem Gehalt an Titancarbid (TiC) und einer keramischen Überzugsschicht 13B von 1 pm Dicke, mit einem Gehalt an Titannitrid (TiN) an der Oberfläche, die mit dem Läufer in Kontakt kommt. Der Ring wurde dann abgeschreckt, und die Oberfläche wurde geschliffen.
  • Die vorbeschriebene keramische Überzugsschicht mit TiC und TiN kann auf die gesamte Oberfläche eines Ringes aufgebracht werden, wobei es jedoch ausreicht, nur die Oberfläche zu überziehen, die in Konakt mit einem Läufer kommt, wobei in diesem Fall die Oberfläche vor dem Überziehen mit einer Maskierung behandelt wird.
  • Der Ring D, den man in der vorbeschriebenen Weise erhält, besitzt an der äußersten Oberfläche eine Härte von 1900 bis 2500 Hv und eine Härte von 3300 bis 3600 Hv in einer Tiefe von 1 pm, wie dies die Fig. 7 zeigt.
  • Die Fig. 8 ist eine Darstellung von Kurven der Abnahme des Ausmaßes der Abnutzung über der Laufzeit für die Durchführung des Spinnvorganges, unter den nachfolgenden Testbedingungen, bei Verwendung des Ringes D gemäß der Erfindung.
  • Innendurchmesser des Ringes:
    • 41 mm
  • Breite des Flanches:
    • 3,2 mm
  • Faser:
    • Rayon Bright 20' pm
  • Spindelgeschwindigkeit:
    • 20000 UpM
  • Läufer:
    • ZSC/hf 8/0 (spiv-Typ)
  • Aus Fig. 8 ergibt sich beim Vergleich mit dem herkömmlichen Ring B, daß der Ring D gemäß der Erfindung etwa 1/5 der Abnahme des Ausmaßes der Abnutzung und mehr als die 5-fache Lebensdauer ergibt.
  • Ausführungsform 4
  • Die Fig. 9 zeigt einen Querschnitt eines Ringes gemäß der Ausführungsform 4 nach der Erfindung. Dieser Ring wurde aus Kohlenstoffstahl, beispeilsweise S15CK Material, hergestellt und mittels eines Schneidverfahrens zu einem einfachen Flansch 16 ausgebildet. Er wurde einer Karburierung, einem Abschrecken und einer Oberflächenbehandlung unterzogen. Eine plattierte Nickelschicht 17 von etwa 1 um Dicke wurde an der Oberfläche des Ringes durch ein Elektronickelungsverfahren aufgebracht, wie die Fig. 10 zeigt.
  • Ein Ring mit der vorbeschriebenen plattierten Nickelschicht 17 wurde in ein Plattierungsbad mit dem nachfolgenden Zusammensetzungsverhältnis eingetaucht, wobei die Badtemperatur auf 90°C und einen pH-Wert von 4,5 eingestellt wurde. Das nichtelektrolytische Plattierungsverfahren wurde durchgeführt unter Beigabe von 2 g/ I Siliziumcarbid als 0,4 pm hartes feines Korn, unter Rührung des Bades und Drehen oder Schwenken des Ringes.
    Figure imgb0002
  • Durch die obige Behandlung wurde ein keramische Überzugsschicht 19 mit einem Metallplattierungsbestandteil, wobei Siliziumcarbid 18 in einer Nickelmatrix ausgefällt wird, auf der Oberfläche des plattierten Nickelfilms 17 ausgebildet. Dann wurde der Ring etwa eine Stunde lang auf 400°C in einem Wärmebehandlungsofen ausgesetzt, wodurch auf den autokatalytisch plattierten Nikkelfilm eine Härte von 1000 Hv aufgrund der Kristallisation des Nickelphosphors übertragen wurde, wie die Fig. 11 ziegt. Die Kristallisierung des Nickelphosphors verfestigte den Zusammenhalt des Siliziumcarbids.
  • Die Fig. 12, 13 und 14 zeigen Querschnittsdarstellungen von Ringen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung.
  • Die Fig. 12 ist eine Modifikation des Ringes gemäß Fig. 1, wobei ein konkaver Bereich 9 (Fig. 12A) auf der Unterseite des Flanschbereiches 1 ausgebildet wurde, wobei der Flanschbereich und der Halsbereich zur Bildung des Ringes miteinander verbunden werden.
  • In diesem Fall ist die Verbindung und die Haftung der beiden Teile aneinander fester.
  • Die Fig. 13 zeigt eine Modifikation des Ringes nach der Ausführungsform 2. Es handelt sich hierbei um einen gesinterten Ring 11 des Vertikaltyps mit einer keramischen Oberflächenschicht 6 . auf der oberen Oberfläche, der inneren Schaftoberfläche und der Unterseite. Die Fig. 14 stellt eine Modifikation des Ringes gemäß Ausführungsform 3 dar. Es handelt sich um einen gesinterten Ring 14 des konischen Typs mit einer keramischen Oberflächenschicht 13A, die Titancarbid enthält und einer anderen keramischen Überzugsschicht 13B, die Titannitrid an der oberen Oberfläche, der inneren Schaftoberfläche und der Unterseite enthält.
  • Die vorbeschriebenen gesinterten Ringe besitzen eine wesentlich verbesserte Abriebsfestigkeit, da sie eine einzelne Schicht aus mehreren Schichten des keramischen Überzuges auf der Porenoberfläche des Oberflächenschichtbereiches tragen.
  • Eine Erläuterung hinsichtlich der erzeugten Wirkung wird nachfolgend gegeben, wenn der Ring gemäß der Erfindung in eine Ringspinnmaschine eingesetzt wird.
  • Das Spinnband wird von einem Streckwerk abgezogen, durchläuft eine Fadenführung und wird der Ringspinnmaschine zugeführt, wobei eine Zwirnung auf das Band übertragen wird durch den Läufer, der an dem Ring gemäß der Erfindung gehalten ist, wobei der Faden um die Spule gelegt wird.
  • Beim Spinnen mit einer Spindelgeschwindigkeit von 20000 UpM oder mehr, tritt bei dem herkömmlichen Ring aus Kohlenstoffstahl oder einer Stahllegierung ein erhöhter Reibwiderstand auf, sowie eine abnormal hohe Spinnspannung, die zu einem Garnbruch oder einem "Fliegen" des Läufers führt, wodurch es unmöglich wird, den Faden zu spinnen. Da jedoch gemäß der Erfindung die Oberfläche des Flansches so gestaltet ist, daß der Durchmesser des Korns nach dem Kornwachstum des keramischen Materials geringer ist als 10 um und die Oberflächenrauhigkeit unterhalb 5 um liegt, und zwar vorzugsweise unterhalb 1 um, erfordert der Ring gemäß der Erfindung kein Einlaufen zu Beginn, während er eine hohe Laufgeschwindigkeit ermöglicht und es gestattet, einen kontinuierlichen Betrieb stabil auszuführen, auch bei einer Geschwindigkeit von mehr als 25000 UpM. Der Ring besitzt eine erhöhrte Wärmebeständigkeit und hohe Wärmeabstrahlungsfähigkeit, während er frei ist von einem Brennen des Läufers.
  • Da der Ring gemäß der Erfindung eine hohe Oberflächenhärte besitzt, wie auch eine glatte Oberfläche, läßt er sich sicher für Hochgeschwindigkeitsringspinnmaschinen, -Zwirnmaschinen und ähnliches einsetzen, wobei sich eine höchste Produktivität erzielen läßt.

Claims (3)

1. Ring für Spinn- und Zwirnmaschinen,
mit einem Flanschbereich, einem Halsbereich und einem Schaftbereich, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens der Flanschbereich aus einem feinkeramischen Material geformt ist,
und daß das feinkeramische Material nach dem Kornwachstum eine Korngröße kleiner als 10 pm und eine Oberflächenrauhigkeit kleiner als 5 pm aufweist.
2. Ring für Spinn- und Zwirnmaschinen
mit einem Flanschbereich, einem Halbsbereich und einem Schaftbereich,
wobei der Ring aus einer Metallegierung, z.B. einem Kohlenstoffstahl hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens die Oberfläche des Flanschbereiches eine Überzugsschicht aus feinkeramischem Material besitzt,
und daß das feinkeramische Material nach dem Kornwachstum eine Korngröße kleiner als 10 um und eine Oberflächenrauhigkeit kleiner als 5 um.
3. Ring für Spinn- und Zwirnmaschinen,
mit einem Flanschbereich, einem Halsbereich und einem Schaftbereich,
wobei der Ring aus einer Metallegierung, z.B. einem Kohlenstoffstahl hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens die Oberfläche des Flanschbereiches eine nicht-elektrolytische Plattierungsschicht aufweist,
und daß die Plattierungsschicht mit einem feinkeramischen Korn kleiner als 3 pm Korngröße als eutektoidische Substanz und einer Nickellegierung, die Nickelphosphor enthält, als Matrix.hergestellt ist.
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EP0201602A4 EP0201602A4 (de) 1987-01-20
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