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Title:
OPEN-END SPINNING ROTOR WITH A ROTOR CUP MADE OF A HEAT-TREATABLE STEEL MATERIAL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/037236
Kind Code:
A1
Abstract:
An open-end spinning rotor (1) includes a rotor cup (3) made of a heat-treatable steel material. The rotor cup (3) has a fiber slide wall (4) and a fiber collecting groove (5). The rotor cup (3) has a chromium carbide layer (7) at least in the region of the fiber collecting groove (5) and/or the fiber slide wall (4). In a method for producing an open-end spinning rotor (1) with a rotor cup (3) made of a heat-treatable steel material, said rotor cup (3) having a fiber slide wall (4) and a fiber collecting groove (5), the rotor cup (3) undergoes a diffusion treatment, wherein a chromium carbide layer (7) is produced at least in the region of the fiber collecting groove (5) and/or the fiber slide wall (4).

Inventors:
KROHMER SIEGFRIED (DE)
LOOS BERND (DE)
Application Number:
PCT/EP2016/070723
Publication Date:
March 09, 2017
Filing Date:
September 02, 2016
Export Citation:
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Assignee:
RIETER AG MASCHF (CH)
International Classes:
D01H4/10
Foreign References:
DE3144384A11983-05-19
DE4305626A11994-08-25
US4492077A1985-01-08
DE3144383A11983-05-19
EP0337107A11989-10-18
Attorney, Agent or Firm:
BERGMEIER, Werner (DE)
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Claims:
P a t e n t a n s p r ü c h e

1 . Offenend-Spinnrotor (1 ) mit einer Rotortasse (3) aus einem vergütbaren Stahlmaterial, wobei die Rotortasse (3) eine Faserrutschwand (4) und eine Fasersammeirille (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotortasse (3) zumindest im Bereich der Fasersammeirille (5) und/oder der Faserrutschwand (4) eine Chromkarbidschicht aufweist.

2. Offenend-Spinnrotor nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotortasse (3) zumindest im Bereich der Fas- ersammelrille (5) und/oder der Faserrutschwand (4) eine maximale Rautiefe zwischen Rt1 und Rt10 und/oder eine mittlere Oberflächenrauheit zwischen Ra 0,2 und Ra 0,8 aufweist.

3. Offenend-Spinnrotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Chromkarbidschicht eine Schichtdicke von wenigstens 15 μηπ, vorzugsweise wenigstens 18 μηι und besonders bevorzugt wenigstens 20 μηι aufweist.

4. Offenend-Spinnrotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Chromkarbidschicht eine Schichtdicke von weniger als 30 μηπ, vorzugsweise weniger als 25 μηι aufweist.

5. Offenend-Spinnrotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Chromkarbidschicht eine Härte von wenigstens 2000 HV aufweist.

6. Offenend-Spinnrotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Chromkarbidschicht direkt auf eine Oberfläche der Rotortasse (3), insbesondere die Fasersammeirille (5) und/oder die Faserrutschwand (4), aufgebracht ist und die Rotortasse (3) keine weitere Beschichtung aufweist.

7. Offenend-Spinnrotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotortasse (3) als Drehteil hergestellt ist und die Chromkarbidschicht direkt auf die Oberfläche des Drehteils aufgebracht ist.

8. Offenend-Spinnrotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Innenfläche (12) der Rotortasse (3) vollständig mit einer Chromkarbidschicht versehen ist.

9. Offenend-Spinnrotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Chromkarbidschicht unbehandelt, insbesondere unpoliert, ist.

10. Verfahren zur Herstellung eines Offenend-Spinnrotors (1 ) mit einer Rotortasse (3) aus einem vergütbaren Stahlmaterial, wobei die Rotortasse (3) eine Faserrutschwand (4) und eine Fasersammeirille (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotortasse (3) einer Diffusionsbehandlung unterzogen wird, wobei zumindest im Bereich der Fasersammeirille (5) und/oder der Faserrutschwand (4) eine Chromkarbidschicht erzeugt wird.

1 1 . Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionsbehandlung bei einer Temperatur von 900°C - 1200 °C durchgeführt wird.

12. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotortasse (3) nach der Diffusionsbehandlung vergütet wird, insbesondere bei einer Temperatur zwischen 400°C und 550°C vergütet wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotortasse (3) nach der Diffusionsbehandlung und/oder nach dem Vergüten keiner weiteren Behandlung mehr unterzogen wird, insbesondere nicht poliert wird.

Description:
Offenend-Spinnrotor mit einer Rotortasse aus verqütbarem

Stahlmaterial

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Offenend-Spinnrotor mit einer Rotortasse aus einem vergütbaren Stahlmaterial, wobei die Rotortasse eine Faserrutschwand und eine Fasersammeirille aufweist.

Aus der DE 31 44 383 A1 ist ein Spinnrotor für eine Offenend-Spinnmaschine aus vergütbarem Stahl bekannt, deren zumindest innerer Teil eine Oberflächenschicht besitzt, die einzeln oder in Kombination aus Eisenkarbid, Eisenborid, Eisensilizid oder Eisennitrid besteht. Auf dieser Oberflächenschicht ist eine weitere, ein Fremdmetall enthaltende, Oberflächenschutzschicht aufgebracht, die aus Zink, Nickel, Oxid, Phosphat oder Chromat bestehen kann. Dabei dient die erste Oberflächenschicht dazu, eine verschleißfeste Oberfläche bereitzustellen, während die zweite, darauf aufgebrachte Oberflächenschutzschicht die Oberfläche des Spinnrotors vor Korrosion schützen soll.

Des Weiteren ist aus der EP 0 337 107 B1 ein Spinnrotor aus Stahl bekannt, bei dem zumindest die Flächen des Rotortellers, die mit den Fasern und dem Faden in Berührung kommen, eine borierte Oberflächenschicht und eine darauf aufgebrachte Nickelbeschichtung aufweisen. Auch hier dient die borierte Oberfläche dem Verschleißschutz, während die Nickelschicht als Korrosionsschutz aufgebracht wird. Zusätzlich können zum Verschleißschutz Hartstoff- körner in die Nickelschicht eingebracht sein. Zwischen diesen beiden Schichten befindet sich eine Alpha-Eisen-Schicht, die einerseits als Haftvermittler dient und andererseits Beschädigungen an der borierten Oberflächenschicht und an der Nickelbeschichtung verhindert.

Zwar stellen beide Erfindungen Spinnrotoren mit einer verschleißfesten Oberfläche dar und bieten eine Lösung für gute Spinnergebnisse, aber es bestehen dennoch Nachteile. Zum einen erweisen sich die Verfahren zur Herstellung solcher Spinnrotoren als aufwendig und zum anderen kann die als Verschleißschutz verwendete Borierung der Rotoren oftmals nicht prozesssicher durchgeführt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, einen Spinnrotor zu entwickeln, der einfach, kostengünstig und prozesssicher herstellbar ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Offenend-Spinnrotor mit einer Rotortasse aus einem vergütbaren Stahlmaterial mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 9.

Der vorgeschlagene Offenend-Spinnrotor besitzt eine Rotortasse aus einem vergütbaren Stahlmaterial, wobei die Rotortasse eine Faserrutschwand und eine Fasersammeirille enthält. Die Rotortasse weist zumindest im Bereich der Fasersammeirille und/oder der Faserrutschwand eine Chromkarbidschicht auf.

Durch die Chromkarbidschicht wird eine im Vergleich zu den bekannten Bo- ridschichten sehr harte Oberfläche bereitgestellt, die einen sehr guten Verschleißschutz bietet, wobei der Spinnrotor aufgrund seiner Herstellung aus einem vergütbaren Stahlmaterial dennoch auch für hohe Rotordrehzahlen geeignet ist. Es hat sich gezeigt, dass durch die vergleichsweise glatte Chromkarbidschicht dennoch ein bestimmtes Maß an Rauigkeit gewährleistet wird, das eine gute Mitnahme der Fasern in gestreckter Orientierung gewährleistet. Dennoch haften die Fasern an der Oberfläche der Chromkarbidschicht weniger stark an, so dass die Fasern nicht in der Rille hängen bleiben. Ist die Faserrutschwand ebenfalls mit der Chromkarbidschicht versehen, wird aufgrund der vergleichsweise glatten Oberflächenstruktur erreicht, dass die Fasern gut und gleichmäßig in die Rille befördert werden. Als vorteilhaft hat es sich weiterhin erwiesen, dass die Chromkarbidschicht eine durchgängige, d. h. im Wesentlichen rissfreie, und vergleichsweise glatte Oberfläche bereitstellt. Schmutzpartikel finden daher keine Haftung und es kann verhindert werden, dass sich Schmutzpartikel an bestimmten Stellen ansammeln. Die Chromkarbidschicht führt deshalb zu einer starken Verminderung der Rotorverschmutzung bei Mischfasern, aber auch bei Baumwolle, was einen stabileren Spinnprozess mit langzeitig gleichbleibender Garnqualität zur Folge hat und den Wartungsaufwand zur Rotorreinigung vermindert.

Das Verfahren, bei dem zumindest im Bereich der Fasersammeirille und/oder der Faserrutschwand eine Chromkarbidschicht erzeugt wird, indem die Rotortasse einer Diffusionsbehandlung unterzogen wird, beschreibt eine kostengünstige und einfache Möglichkeit, den Spinnrotor mit einer Schutzschicht zu versehen, da für die Inchromierung nur eine einzige Behandlung notwendig ist. Vorteilhaft dabei ist es, dass bereits die als Verschleißschutz dienende Chromkarbidschicht an sich als Rostschutz dient, weshalb eine zusätzliche Vernickelung wie bei den bisherigen Spinnrotoren nicht notwendig ist.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Rotortasse zumindest im Bereich der Fasersammeirille und/oder der Faserrutschwand eine maximale Rautiefe zwischen R t 1 und R t 10 bzw. eine gemittelte Rautiefe zwischen R z 1 ,6 und R z 6 und/oder eine mittlere Oberflächenrauheit zwischen R a 0,2 und R a 0,8 aufweist. Es hat sich herausgestellt, dass mit derartigen Werten ein optimaler Kompromiss zwischen einer für den Spinnprozess vorteilhaften Rauigkeit und einer das Anhaften von Verschmutzungen vermindernden glatten Oberfläche erreicht wird.

Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die Chromkarbidschicht eine Schichtdicke von wenigstens 15 μιτι, vorzugsweise wenigstens 18 μιτι und besonders bevorzugt wenigstens 20 μιτι aufweist, jedoch vorzugsweise eine Schichtdicke von 30 μιτι, vorzugsweise 25 μιτι nicht übersteigt. Es wird hierdurch eine vergleichsweise dünne Verschleißschutzschicht hoher Gleichmäßigkeit erhalten, die der Kontur des Rohteils sehr gut folgt, so dass der Spinnprozess durch die Beschichtung nicht beeinflusst wird. Die Härte der Chromkarbidschicht sollte vorzugsweise eine Härte von wenigstens 2000 HV aufweisen. Aufgrund der großen Härte der inchromierten Oberfläche wird der Verschleißschutz und somit die Gebrauchszeit eines Rotors verbessert, so dass bereits mit vergleichsweise dünnen Schichten sehr gute Ergebnisse erzielt werden können.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Chromkarbidschicht als einzige Beschichtung direkt, d. h. ohne weitere Oberflächenbehandlung, auf die Oberfläche der Rotortasse, insbesondere die Fasersammeirille und/oder die Faserrutschwand, aufgebracht. Da nur eine Beschichtung vorliegt, kann ein derartiger Spinnrotor sehr kostengünstig hergestellt werden und es kommt zu keiner Verfälschung der Kontur wie bei anderen Verfahren.

Vorteilhaft ist es, wenn die Rotortasse des Spinnrotors als Drehteil hergestellt ist und die Chromkarbidschicht direkt auf die Oberfläche des Drehteils aufgebracht ist, da sich die Oberflächenrauigkeit durch die Bearbeitungsqualität entsprechend den Anforderungen gut einstellen lässt und bei hoher Bearbeitungsqualität keine weitere Oberflächenbehandlung wie Schleifen oder dergleichen nötig ist.

Um einen Rostschutz für die gesamte Rotortasse zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn zumindest eine Innenfläche der Rotortasse vollständig mit einer Chromkarbidschicht versehen ist.

Bezüglich des Verfahrens zur Herstellung des bisher beschriebenen Offen- end-Spinnrotors ist es vorteilhaft, wenn die Rotortasse zumindest im Bereich der Fasersammeirille und/oder der Faserrutschwand mit einer durch Diffusion erzeugten Chromkarbidschicht versehen wird und diese Diffusionsbehandlung vorzugsweise bei einer Temperatur von 900°C - 1200°C durchgeführt wird. Da die Chromkarbidschicht hierdurch fest in den Stahl des Grund- Werkstoffs eindiffundiert, weist der Spinnrotor eine verbesserte Wärmeableitung auf.

Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die Rotortasse nach der Diffusionsbehand- lung, insbesondere bei einer Temperatur zwischen 400°C und 550°C über einen Zeitraum von 20 min - 60 min, vergütet wird.

Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die Chromkarbidschicht unbehandelt, insbesondere unpoliert, ist bzw. bei dem Verfahren die Rotortasse nach der Diffusionsbehandlung und/oder nach dem Vergüten keiner weiteren Behandlung mehr unterzogen wird, insbesondere nicht poliert wird. Da die Chromkarbidschicht selbst mit einer sehr hohen Oberflächengüte hergestellt werden kann, die bereits einen reduzierten Reibwert aufweist, ist beispielsweise ein Polieren der Oberfläche nicht erforderlich. Ebenso ist es nicht erforderlich, eine zusätzliche Beschichtung zum Korrosionsschutz aufzubringen, da die Chromkarbidschicht selbst bereits oxidationsresistent ist. Vorteilhafterweise ist die Rotortasse somit lediglich mit der unbehandelten Chromkarbidschicht als einziger Beschichtung versehen.

Weitere Vorteile der Erfindung sind in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine Schnittzeichnung eines Spinnrotors mit Rotorschaft und Rotorteller, bei dem nur die Fasersammeirille eine Chromkarbidschicht aufweist,

Figur 2 eine Schnittzeichnung eines Spinnrotors mit Rotorschaft und Rotorteller, bei dem die gesamte Innenfläche der Rotortasse eine Chromkarbidschicht aufweist, sowie

Figur 3 eine schematische Darstellung eines mikroskopischen

Schliffbildes einer Chromkarbidschicht. Figur 1 zeigt eine Schnittzeichnung eines Spinnrotors 1 mit einem Rotorschaft 2 und einer Rotortasse 3, welche einen Rotorboden 1 1 , eine Fasersammeirille 5 und eine Faserrutschwand 4 aufweist. Im Spinnprozess treten durch die Öffnung 6 einzelne Fasern in die Rotortasse 3 des Spinnrotors 1 ein. Die Fasern treffen auf eine Faserrutschwand 4 und werden von dort, mittels der durch die Drehung des Spinnrotors 1 erzeugten Zentrifugalkraft, zu einer Fasersammeirille 5 geleitet, wo sie sich sammeln und zu einem Faserring legen. Die in der Fasersammeirille 5 gesammelten, einzelnen Fasern lagern sich schließlich an ein in den Spinnrotor 1 hineinragendes Fadenende an und werden durch die Drehung des Spinnrotors in den erzeugten, durchgehenden Faden eingebunden. Vorteilhaft ist es, wenn die Faserrutschwand 4 des Spinnrotors 1 eine vergleichsweise geringe Rauheit aufweist. Von der Faserrutschwand 4 sollen die einzelnen Fasern mit geringem Reibungswiderstand in Richtung der Fasersammeirille 5 leitbar sein. In der Fasersammeirille 5 angelangt, sollen die einzelnen Fasern zuverlässig von der Drehung des Spinnrotors 1 mitgenommen werden, wofür eine etwas höhere Rauheit mit einem höheren Reibungswiderstand vorteilhaft ist.

Vorliegend ist vorgesehen, dass der Spinnrotor 1 zumindest in der Fasersammeirille 5, wie in Figur 1 dargestellt, mit einer Chromkarbidschicht 7 versehen wird, die zur Erhöhung der Härte, Korrosionsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit dient. Die Chromkarbidschicht 7 entsteht durch Inchromie- ren der Werkstückoberfläche und weist eine Dicke zwischen 15 μιτι und 30 μιτι, insbesondere zwischen 20 μιτι und 25 μιτι, und eine Härte von wenigstens 2000 HV auf.

Der Prozess des Inchromierens basiert dabei auf einem thermochemischen Diffusionsverfahren. Dabei lässt man auf das Werkstück bei Temperaturen zwischen 900°C - 1200°C Chrom abgebende Stoffe, insbesondere Halogenverbindungen des Chroms, einwirken. Dies kann sowohl im Pulververfahren als auch in der Gasphase oder in Salzbädern erfolgen. Durch die Wärmebe- handlung kann Chrom in die Werkstückoberfläche eindiffundiert werden, so dass sich eine chromreiche Randschicht bildet, die aufgrund dessen, dass die Schicht überwiegend in den Grundwerkstoff eindringt, eine besonders gute Verankerung zum Grundwerkstoff aufweist. Ein Abplatzen der Schicht, wie es bei herkömmlichen Nickelschichten vorkommt, ist somit weitgehend ausgeschlossen.

Bei dem vorliegend beschriebenen Spinnrotor 1 wird ein Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von > 0,2 % C verwendet, so dass der eindiffundierende Chrom mit dem im Stahl enthaltenen Kohlenstoff eine besonders harte und verschleißfeste Chromkarbidschicht 7 ausbildet. Um sicherzustellen, dass nur die Fasersammeirille 5 inchromiert wird, wird dabei die restliche Oberfläche der Rotortasse 3 mit einem geeigneten Mittel abgedeckt. Ebenso wird die Bohrung 8 für die Aufnahme des Rotorschafts 2 vor der Inchromierung abgedeckt. Nach der Diffusionsbehandlung wird der Spinnrotor 1 in einer weiteren Wärmebehandlung 30 min lang vergütet.

Da die entstandene Chromkarbidschicht 7 vergleichsweise dünn ist und der Rotorkontur sehr genau und mit hoher Gleichmäßigkeit ohne Schwankungen der Schichtdicke folgt, beeinträchtigt die Beschichtung die Spinnergebnisse nicht. Zugleich weist die Chromkarbidschicht 7 nur eine sehr geringe Neigung zur Rissbildung unter Belastung auf, so dass der Spinnrotor 1 auch langzeitig gute Spinneigenschaften aufweist. Es hat sich zudem gezeigt, dass Fasern an der Chromkarbidschicht 7 weniger stark anhaften bzw. mit den versponnenen Fasern wieder leichter aus der Fasersammeirille 5 herausgelangen können, so dass die Verschmutzungsneigung der Fasersammeirille 5 reduziert ist. Dies trägt weiterhin zu einem stabilen Spinnprozess mit langzeitig guter Garnqualität bei.

Im Unterschied zu dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist bei dem vorliegenden Spinnrotor 1 die gesamte Innenfläche 12 der Rotortasse 3 mit einer Chromkarbidschicht 7 versehen. Je nach gewähltem Verfahren zur Inchromierung kann jedoch auch die gesamte Oberfläche des Spinnrotors 1 mit der Chromkarbidschicht 7 versehen werden. Die thermochemische Diffusionsbehandlung läuft bei diesem Spinnrotor 1 gleichermaßen ab. Jedoch wird hier vor der Inchromierung nur die Bohrung 8 für die Aufnahme des Rotorschafts 2 abgedeckt.

Die Fasersammelrille 5 und die Faserrutschwand 4 weisen bei diesem Spinnrotor 1 dieselbe Rauigkeit auf. Die Chromkarbidschicht 7 hat sich hier als optimal erwiesen, um einerseits das Gleiten der Fasern an der Faserrutschwand 4 nicht zu behindern und dennoch eine ausreichende Rauigkeit in der Fasersammelrille 5 bereitzustellen. Durch die vergleichsweise glatte Oberfläche im Bereich der Faserrutschwand 4 wird zudem auch dort die Ablagerung von Verunreinigungen vermindert, was ebenfalls zur Spinnstabilität beiträgt. In jedem Falle ist die Innenfläche 12 des Spinnrotors 1 , insbesondere die Fasersammelrille 5 und die Faserrutschwand 4, durch die Chromkarbidschicht 7 besonders gut sowohl vor Verschleiß durch die abrasive Wirkung der Fasern als auch vor Korrosion geschützt.

Nach der Diffusionsbehandlung wird bei beiden Spinnrotoren die Rotortasse 3 vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 400°C und 550°C über einen Zeitraum von 30 min vergütet. Anschließend kann der Rotorschaft 2 montiert werden.

Figur 3 zeigt schließlich noch eine schematische Darstellung eines mikroskopischen Schliffbildes einer Chromkarbidschicht 7. Die gezeigte Chromkarbidschicht 7 weist beispielsweise eine Schichtdicke von 18 μιτι auf. Dabei ist innerhalb der Chromkarbidschicht 7 eine dunkelgraue Grundschicht 9 mit einer Schichtdicke von ca. 15 μιτι und eine hellgraue Randschicht 10 mit einer Schichtdicke von ca. 3 μιτι erkennbar. Die dunkelgraue Grundschicht 9 weist dabei mit über 80% an Chromkarbiden eine höhere Konzentration als die hellgraue Randschicht 10 mit nur zwischen 50% und 60% an Chromkarbiden auf. Die Härte der Chromkarbidschicht 7 nimmt somit nach innen hin sogar noch zu, was die besonders guten Verschleißeigenschaften des Spinnrotors 1 weiter unterstützt.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich.

Bezuqszeichenliste

Offenend-Spinnrotor

Rotorschaft

Rotortasse

Faserrutschwand

Fasersammelrille

Öffnung

Chromkarbidschicht

Bohrung

Grundschicht

Randschicht

Rotorboden

Innenfläche