DE1303710B

DE1303710B - Verfahren zum Herstellen von Fadenführern

Info

Publication number: DE1303710B
Application number: DE19611303710D
Authority: DE
Inventors: Richard Jay Circleville Ohio; Spellman James Earl Unionville Pa.; Steijn Roelof Pieter Wilmington Del.; England (V.StA.)
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1960-12-07
Filing date: 1961-12-05
Publication date: 1972-07-27
Also published as: US3080135A; GB932309A; CH414414A; NL270846A; NL143000B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Fadenführern, bei dem auf einen Metallkern durch Flammspritzen ein metalloxydkeramischer. ins besondere ein chromoxydhaltiger Überzug aufgebracht und anschließend die Führungsoberfläche durch Naßbürsten oder Naßtrommelschleifen unter Entfernung aller scharfen Spitzen und Bildung glattgerundeter Buckel feinbearbeitet wird.

Fadenführer, deren Oberfläche in ständiger Berührung mit dem durchlaufenden Gut stehen, können die Form von Walzen, Rollen, Zapfe". Ösen, Kämmen oder dergleichen aufweisen. Dabei ist es wichtig, daß die unter der Einwirkung des durchlaufenden Guts stehende Oberfläche eine hohe Verschleißfestigkeit aufweist, die eine lange Lebensdauer der Führungsfläche sichert. Außerdem wird, abgesehen von den Fällen, in denen eine gewisse Bremswirkung an einem durchlaufenden Faden erwünscht ist, ein niedriger Reibungskoeffizient der Oberfläche erstrebt, damit das durchlaufende Gut in möglichst geringem Maße beansprucht wird und eine übermäßige Erwärmung vermieden wird. Aus Festigkeitsgründen sowie im Hinblick auf die Ableitung der erzeugten Reibungs wärme ist es bei derartigen Fadenführern vielfach erforderlich, daß sie aus Metall hergestellt werden und daher nur einen verschleißfesten Überzug im Bereich der Führungsoberfläche haben. Fadenführer aus einem Metallkern mit einem dünnen Verschleißüber zug weisen nicht nur ein erheblich besseres Wärmeleitvermögen sondern auch einen geringeren elektrischen Widerstand auf als massiv keramische Faden führer. Außerdem bieten sie größere Konstruktion freiheit. u.a. hinsichtlich der Befestigung. Schließlich ist die Herstellung an sich einfacher und billiger und die Herstellung kompliziert geformter Fadenführer er heblich erleichtert. Das zum Verschleiß zur Verfü gung stehende Überzugsvo!umen_ wird besser ausge nützt, weshalb auch nur dünne Überzüge aufgebracht werden.

Es ist bekannt, den Überzug in Form einer Oberflächenplattierung aus Chrom vorzusehen. Durch Mattpolieren der Hartchromobei fläche im Bereich der metallischen Führungsoberfläche wurden Reibungskoeffizienten in der Größenordnung von 0,15 bis 0,3 erreicht. Die Verschleißfestigkeit solcher metallischer Überzüge ist jedoch häufig nicht ausreichend, denn viele der synthetischen Fäden oder Garne, die heute mit hohen Durchlaufgeschwindigkeiten hergestellt oder verarbeitet werden, führen rasch zu einem Einschneiden in die metallische Oberfläche, und bereits bei (lachen Einschnitten in den metallischen Überzug besteht die Gefahr einer Beschädigung des durchlaufenden Garnes. Auch eine entsprechend häufige Nach-

s bearbeitung oder Neuplattierung bzw. Neubeschichtung des Fadenführers bietet wegen des Aufwands und der Betriebsstörungen keine zufriedenstellonde Lösung dieses Problems.

Die Lebensdauer von Fadenführern aus silikatkera-

Ki mischen Werkstoffen, wie Porzellan und Steatit ist nicht viel größer, da sie im allgemeinen glasiert sind. Der Faden läuft daher nicht eigentlich auf dem silikatk-Tamischen Werkstoff, also beispielsweise auf der Porzellanmasse, sondern der Glasurschicht. Ist diese

π an einer bestimmten Vorzugsstelle, über die der Faden läuft, einmal durchgetrennt, was infolge ihrer geringen Dicke und ihrer relativ geringen Verschleißfestigkeit gewöhnlich sehr rasch erfolgt, erreicht der Faden die eigentliche Kernsubstanz, also beispiels-

2(i weise die Porzellansubstanz mit ihren Inhomogenitäten und Poren, die den Faden sofort flusig werden lassen. Die Verschleißfestigkeit von Fadenführern aus Glas befriedigt ebenfalls nicht.

Um die Reibungskoeffizienten dieser bekannten Fadenführer zu reduzieren oder klein zu halten, ist gemäß einem bekannten Vorschlag vorgesehen, die Länge des Kontakts des Fadens mit dem Fadenführer dadurch zu verkürzen, daß die Führungsoberfläche mit kleinen Kerben oder Rillen quer zur Fadenlaufrichtung versehen wird. Mit dieser Maßnahme läßt sich eine Erhöhung der Lebensdauer des Fadenführers nicht erzielen, da in Querrichtung zur Fadenlaufrichtung, in der er während des Betriebs hin- und herwandert, die gleichen Verhältnisse wie bei ungerillten Fadenführern vorliegen. Nachdem er eine stabile Lage in Form einer ersten Verschleißspur oder Einkerbung gefunden hat, wird er sich an dieser Stelle schnell in die Oberfläche einsägen, weil ihm aufgrund der Kerben weniger Verschleißvolumen des Überzugs zur Verfugung steht.

Es sind auch bereits Fadenführer mit einem Überzug aus einem metalloxydkeramischen Werkstoff, wie Sinterkorund bzw. Chromoxyd und/oder Aluminium oxyd. bekannt. Diese Werkstoffe weisen eine außerordentliche Härte auf. Die metalloxydkeramische Oberfläche der Fadenführer bedarf in jedem Falle einer Bearbeitung, damit sie von scharfen Spitzen frei wird und einen niedrigen Reibungskoeffizienten auf weist. Bei diesem bekannten Herstellungsverfahren kann die Feinbearbeitung in bekannter Weise durch Naßbürsten. Naßtrommelschleifen, Läppen und/oder Polieren erfolgen. Die auf eine möglichst glatte Oberfläche abzielende Fein- und Feinstbearbeitung wird nicht in allen Fällen gleich weit durchgeführt. Dementsprechend werden die bisher bekannten metall oxydkeramischen Fadenführer nach ihrer Oberflächenqualität in die Gruppen normal, vergütet und hochglanzpoliert eingeteilt. Bei diesen Fadenführern wird die Feinbearbeitung jedoch auch im Falle einer normalen Oberflächenqualität wenigstens so weit durchgeführt, daß der quadratische Mittelwert der Oberflächenrauheit (Rauhtiefe) unter etwa 1,3/itn liegt, auch wenn die an der Oberfläche befindlichen Teilchen glattgerundete Buckel aufweisen und im weft! sentlichen nur abgeflacht sind. Dabei gewonnene Oberflächen besaßen z.T. einen anfänglichen Reibungskoeffizienten von annähernd 0,25, waren aber durch raschen Verschleiß und rasche Zunahme des

Reilnm^koeffizienten bis auf etwa Ο,ή gekennzeichnet. Es hat sich gezeigt, daß diese Fadenführer noch einen manchmal störenden Verschleiß aufweisen.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren derart zu verbessern, daß eine größere Verschleißfestigkeit und damit eine längere Betriebsdauer der Fadenführer erreicht wird, ohne daß sich die Oberflächenreibung und der Herstellungsaufwand vergrößern.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Führungsoberfläche nur so weit feinbearbeitet wird, bis diese Buckel aufweist, die ihr eine Rauheit von etwa 1,8 bis 6,4/<m im quadratischen Mittel geben. Es wurde festgestellt, daß die glattgerundeten Buckel im wesentlichen keine Erhöhung des Reibungskoeffizienten bedingen, dagegen für eine erhöhte Lebensdauer verantwortlich sind. Neben dieser erhöhten Lebensdauer ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß die Feinbearbeitung bzw. Glättung der keramischen Oberfläche nicht in dem bisher allgemeir als notwendig angesehenen Ausmaß vorzunehmen ist. Die erfin dungsgemäße Feinbearbeitung läßt die Erzielung eines Reibungskoeffizienten zwischen der Oberfläche und einem mit einer Geschwindigkeit von etwa 23Om/min. auf ihr gleitenden Polyäthylenterephthalatgarn von etwa 0,15 bis etwa 0,25 zu. Ein Reibungskoeffizient in diesem bekannten Bereich wird auch bei dem erfindungsgemäß hergestellten Fadenführer als vorteilhaft angesehen.

Der Überzug besteht vorzugsweise aus Tonerde oder Aluminiumoxyd, das sich ohne weiteres im Flammspritzverfahren auf Metallkerne aufbringen läßt und sich mit diesen gut verbindet. Bevorzugt wird auch Chromoxyd (Cr₂O,) wegen seiner hohen Verschleißfestigkeit. Es kann gegebenenfalls bis zu etwa 50% durch andere mctalloxydkeramische Werkstoffe, insbesondere Aluminiumoxyd, oder auch Zinnoxyd oder Titandioxyd, ersetzt werden, so daß sich dann die Oberfläche leichter formen und feinbearbei ten läßt.

Fig. I veranschaulicht einen Teil eines Quer Schnitts durch die Führungsoberfläche eines metall oxydkeramischen Überzugs nach der Feinbearbeitung, der durch ein schreibendes Oberflächenprüfgerät (»"la lysurf« Modell No. 3. Taylor Hobson Co.. England) ermittelt wurde. Die glattgerundeten Buckel sind im Querschnitt gut zu erkennen. Die Vertikalvergröße rung beträgt 1000. die Horizontal vergrößerung 100.

Fig. 2 veranschaulicht einen Teil des Querschnitts durch die Führungsoberfläche eines im Flammspritz verfahren aufgebrachten metalloxydkeramischen Über zugs vor der Feinbearbeitung. Der Querschnitt nach der Fig. 2 ist mittels desselben Geräts bei derselben Vergrößerung wie bei dem Querschnitt nach der Fig. 1 abgetastet und aufgezeichnet. Der im Flamm spritzverfahren aufgebrachte Überzug weist eine sehr unregelmäßige Oberfläche mit scharfen Spitzen auf.

Der keramische Überzug kann aus irgendeinem Metalloxyd bestehen, das oberhalb etwa 600⁰C, vorzugsweise 1000° C. schmilzt und aus geschmolzenem Zustand in einer harten, in Wasser unlöslichen Schicht erstarrt.

Für Fadenführer wird zuerst ein Metallkern. z.B. aus rostfreiem Stahl, Aluminium oder Kupfer mit der gewünschten Gestalt in der üblichen Weise herge stellt. Die Oberfläche oder Oberflächen, die mit dem metalloxydkefamischen Überzug zu versehen sind, werden dann gereinigt, um sie von Schmutzteilchen.

wie Rost, organischen Substanzen, zu befreien, Vor zugsweise wird die Oberfläche, z, B, durch Sandstrah len, aufgerauht.

Anschließend wird der keramische Überzug auf den Metallkern mit Hilfe des Flammspritzen autgebraucht, wobei der keramische Werkstoff in Form eines Stabes oder in Pulverform verwendet, bis zum geschmolzenen Zustand erwärmt und auf die metallische Oberfläche in Form feiner Kügelchen aufge-ID spritzt oder aufgesprüht wird, die hierdurch mit der metallischen Oberfläche verbunden werden. Die Erwärmung des oxydkeramischen Werkstoffs kann mit Hilfe einer stetigen oder unstetigen Verbrennungsflamme bewirkt werden. Sie kann außerdem elektrisch, z. B. mittels eines Plasmastrahles oder Lichtbogens erfolgen.

Der durch Aufspritzen erzeugte metalloxydkeramische Überzug eignet sich r^;rht ohne Feinbearbei tung als Gleitführung, da ti.e Oberfläche spitze Oberflächenunregelmäßigkeiten aufweist, die zu einem hohen Reibungskoeffizienten führen. Die erfindungsgemäß rechtzeitig abgebrochene Feinbearbeitung der Oberfläche kann durch Naßbürsten (Bürstenschleifen) erfolgen, z. B. unter Verwendung einer Silici-5 umcarbidteilchenaufschlämmung, die mit Hilfe einer angetriebenen Bürste genügend lang auf die Oberfläche des Überzugs aufgetragen wird, um die scharfen Spitzen an der Oberfläche wegzuglätten und die Oberflächenrauheit nur auf einen quadratischen Mit telwert von 1,8 bis 6,4/im herabzusetzen. Durch Beendigung der Feinbearbeitung an diesem Punkt ergibt sich, daß die Oberfläche die gewünschten glattgerundeten Buckel aufweist. Ein mit einer derartigen Oberfläche versehener Fadenführer hat vielfach einen niedrigen Reibungskoeffizienten im Bereich von 0.15 bis 0.25. eignet sich für die meisten Texiilgarne und hat eine außergewöhnlich lange Lebensdauer.

Den Oberflächen des im Spritzverfahren aufgeorachten Überzugs können die gewünschten glattgerundeten Buckel auch mit Hilfe eines Trommelschleifverfahrens in einer gummiausgekleideten Trommel mit einer wäßrigen Aufschlämmung von Siliciumcarbid verliehen werden. Die hierzu benötigte Zeit hängt von den Umständen ab. liegt häufig aber zwischen 2 und 4 Stunden.

Die Dicke des oxydkeramischen. mit glattgerundeten Buckeln versehenen Überzugs sollte im allgemei nen in der Größenordnung von 0,0025 bis 1,27 mm liegen. Überzüge mit einer Dicke von 0,25 min sind im allgemeinen für die meisten Zwecke befriedigend. Beobachtet wurde, daß die Größe der Buckel mit der Dicke des Überzugs und außerdem mit dein Durch messer des Fadenführers zunimmt, d. h. mit dem zunehmenden Krümmungsradius des Metallkerns. Beob 5 achtet wurde ferner, daß die zunehmende Buckel größe zu einer verlängerten Lebensdauer für eine Oberflächenrauheit mit einem quadratischen Mitte! wert im Bereich von 1,8 bis 6,4 μη\ führt.

Erfindungsgemäß hergestellte zylindrische Fadenführer mit einer Länge von etwa 3,8 cm und einem Durchmesser von etwa 4,8 mm und mit einem Überzug von 0,076 mm Dicke zeigten bei Beanspruchung durch eine 27fädige, ungedrehte Mattseide von Denier aus Polyethylenterephthalat mit 2% TiO₂, von der bekannt ist, daß sie sägend auf Fadenführer wirkt und diese ganz erheblich auf Verschleiß beansprucht, bei einer Garngeschwindigkeit von etwa 550 m/min, einem Umschlineunsswinkel des Garnes

um den Dorn von 180° und einer Garnanspannung gend verwendet wird, bedeutet den Wert des Rei

von 10 g. Standzeiten von über 100 Stunden, sofern bungskoeffizienten. der von einem Garnreibungsmeß

der Überzug aus 100% Cr₂O₃. 90% Cr₂O, / 10% gerät (wie z.B. dem »Shirley Frictometer« der Shirley

AI₂O₃, 80% Cr₂O₃ / 20% AI₂O₃* 50% Cr₂O, / 50% Developments Ltd.. Manchester. England), bei einen·

Al₂O₃, 75% Cr₂O₃ / 25% TiO₂ bestand. ( 34fädigen Polyäthylenterephthalat-Garn mit 150 De

Diese hohe Standzeit erreichte auch eine Nutwalze nier geliefert wird, das 0,3% Titandioxyd enthält unc

mit einer Länge von 10.4 cm und einem Durchmesser mit etwa 230 m/min, über die in Prüfung befindlich

von 16.5 cm. die nach Sandbestrahlung durch Flamm- Oberfläche läuft.

spritzen mit einem Überzug aus Chromoxyd von Oberflächenrauheitswerte in Mikrometer, wie si

0,15 mm Dicke und einer Oberflächenrauheit mit io vorliegend mehrfach angegeben, werden, sind Werte

einem quadratischen Mittelwert von etwa 6.4fim ver- wie sie von einem Oberflächenmeßinstrument mi

sehen und anschließend durch Naßbürsten auf eine Schreibstift" geliefert werden, das den quadratische!

Oberflächenrauheit mit einem quadratischen Mittel- Mittelwert direkt in Mikrometer anzeigt, wie z.B. da

wert von etwa 5/<m feinbearbeitet wurde. Die fertig »Type Q Amplimeter, Modell 11,« der Physics Re

bearbeitete Oberfläche hatte einen Reibungskoeffizien- π search Company. Ann Arbor, Michigan, wenn da;

ten von 0,2. Gerät an der zu prüfenden Oberfläche angewende

Der Ausdruck »Reibungskoeffizient«, wie er vorlie- wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Herstellen von Fadenführern, bei dem auf einen Metallkern durch Flammspritzen ein metalloxydkeramischer, insbesondere ein chromoxydhaltiger Überzug aufgebracht und anschließend die Führungsoberfläche durch Naßbürsten oder Naßtrommelschleifen unter Entfernung aller scharfen Spitzen und Bildung glattgerundeter Buckel feinbearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsoberfläche nur so weit feinbearbeitet wird, bis diese Buckel aufweist, die ihr eine Rauheit von etwa 1.8 bis 6,4 </m im quadratischen Mittel geben.