DE2906012A1

DE2906012A1 - Garnfuehrung fuer eine garnheizung und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE2906012A1
Application number: DE19792906012
Authority: DE
Inventors: Philip Anthony Lavin
Original assignee: Monitor Coatings Ltd
Current assignee: HEATING ELEMENTS Ltd LEICESTER GB
Priority date: 1978-02-16
Filing date: 1979-02-16
Publication date: 1979-08-23
Also published as: HK56283A; DE2906012C2; CH636137A5; GB1597645A; FR2417563B1; FR2417563A1

Description

HOFFMANX · TSLTZ₁ ^-R & PARTNER

P AT E N TAN WALT E

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) . D I PL.-I N G. W.EITLE - D R. RER. NAT. K. HOFFMAN N · D I PL.-ING. W. LEH N

DlPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERN HAUS) . D-8000 MD NCH EN 81 · TELEFON (089) 911087 . TELEX 05-29619 (PATHE)

31 778 o/fi

MONITOR COATINGS LIMITED

Wallsend, Tyne & Wear
Großbritannien

Garnführung für eine Garnheizung und Verfahren zu deren Herstellung

Die Erfindung betrifft eine Garnführung für eine Garnheizung.

Zahlreiche Garne können auf Streck-Texturier-Vorrichtungen bearbeitet werden, um den Fäden eine verbesserte Qualität hinsichtlich des Griffes zu geben. Beim Streckverzwirnen wird das Garn über eine Faden- bzw. Garnführung gezogen und dabei gleichzeitig gezwirnt. Dabei wirken starke Abriebkräfte auf die Garnführung ein und zwar als Ergebnis der Bewegung des Garnes durch die Führung unter erheblicher Spannung und weil das Garn als Ergebnis der im Garn vorhandenen Verzwirnung an der Oberfläche hämmert. Elektrische Faden- bzw. Garnheizer werden in solchen Vorrichtungen verwendet, um die Fäden zu erhitzen, während sie gezwirnt werden. Diese Heizvorrichtungen bestehen im allgemeinen aus

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einer Fadenführung aus Stahl oder Messing einer Länge von einem halben bis 3 m, in denen Kerben für die Fäden enthalten sind, durch welche die Fäden passieren. Hohe Geschwindigkeiten kann man bei Verwendung von Dampfphasenerhitzern erzielen, bei denen die Garnkorben im Inneren eines hohlen, hauptsächlich mit Dampf gefüllten röhrenähnlichen Teil gebildet werden, und wobei der Querschnitt dieses Teiles so geformt ist, daß er die Garnkerben bildet. Die Fäden können erheblichen Abrieb erleiden, wobei der Grad des Abriebs von der Geschwindigkeit abhängt, mit welcher die Fäden in der Führung laufen, dem Grad des Verzwirnens, der Temperatur und der Art des Fadens. Auch Korrosion tritt auf, weil die Fäden häufig mit einer Vielzahl von Chemikalien, die sehr aggressiv sein können, geschmiert sind.

Fadenführungen sind bisher elektrobeschichtet worden mit einer Schicht aus Nickel und einer anschließenden Schicht aus Chrom, um ihnen eine verbesserte Abrieb- und Korrosionsbeständigkeit zu verleihen. Die stromlose Abscheidung von Nickel ergibt Nickelschichten, die nach einer Wärmebehandlung eine Härte ergeben, die praktisch der von elektroabgeschiedenem Chrom entspricht, und seit etwa 10 Jahren ist es bekannt, Fadenführungen mit Nickel, das stromlos abgeschieden wurde, zu beschichten. Die Verarbeitungsgeschwindigkeiten haben sich jedoch durch die fortgeschrittenen Technologien erhöht und seit etwa 5 Jahren ist bekannt, daß der Abrieb von derartigen Abscheidungen nicht tolerierbar ist.

Die Führungen wurden daraufhin mit Chromoxyd oder Mischungen aus Aluminiumoxyd und Titanoxyd beschichtet. Da solche Keramiken sehr viel härter sind als Chrom oder Nickel, war zu erwarten, daß die Abriebbeständigkeit der Führungen bis zu einem Faktor erhöht würde. Vor zwei oder drei Jahren wurde aber festgestellt, daß ein großer Teil der keramikbeschichteten Führungen versagte. Die Fehler bestanden im allgemeinen in einem "Abblättern" der Keramikbeschichtung aber es ist

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bisher nicht genau bekannt, wodurch dieses Abblättern erfolgt.

Seit wenigstens zwei Jahren stehen die Hersteller von Fadenführern vor dem Problem, die Führungen gegen Abrieb und Korrosion zu schützen, und es wurde allgemein angenommen, daß dieses Problem weder durch Nickelbeschichtungen noch durch Keramikbeschichtungen gelöst werden könnte.

Die Erfindung betrifft eine Garnführung für einen Garnerhitzer aus einem länglichen Körper mit wenigstens einer langgestreckten Kerbe für das Garn, wobei die Oberflächenschicht des Körpers in und anliegend an die Kerbe oder die Kerben im wesentlichen aus Nickel und/oder Chrom besteht, und eine Keramikbeschichtung an der Oberflächenschicht am Boden des oder der Kerbe(n) vorliegt.

Die Oberflächenschicht besteht hauptsächlich aus stromlos abgeschiedenem Nickel. Das stromlosabgeschiedene Nickel gibt eine Schicht niedriger Porosität sowie mit niedrigem Korrosions- und Reibungswiderstand und niedriger Wärmeleitfähigkeit, jedoch mit guter Haftung an dem länglichen Körper, insbesondere wenn dieser aus Stahl besteht, wie dies bei den meisten Dampfphasen-Fadenheizungen der Fall ist.

Die keramische Beschichtung ist vorzugsweise schwarz oder im wesentlichen schwarz und das stromlos abgeschiedene Nickel wird vorzugsweise auf das gesamte Äußere der dampfenthaltenden, längsgestreckten hohlen Teile des Dampfphascnerhitzers abgeschieden.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Garnführung für Garnerhitzer, bei dem man in aufein-

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anderfolgenden Stufen einen langgestreckten Körper wenigstens mit einer längsgestreckten Kerbe versieht , bei dem die Oberflächenschicht im wesentlichen aus Nickel und/oder Chrom in und benachbart zu der oder den Kerbe(n) besteht und eine Keramikbeschichtung an der Oberflächenschicht am Boden der Kerbe(n) gebildet wird.

Das Verfahren kann vorteilhaft durchgeführt werden durch nacheinanderfolgende Stufen, indem man eine Oberflächenschicht aufträgt, die im wesentlichen aus stromlos abgeschiedenem Nickel besteht, und die an jeder Kerbe anliegt, worauf man dann die stromlos abgeschiedene Nickeloberfläche in der Kerbe sandbläst und dabei die Dicke des stromlos abgeschiedenen Nickels vermindert, aber dabei die Oberflächenbeschichtung des länglichen Körpers in den Kerben und anliegend an die Kerben im wesentlichen mit einer dünnen Schicht von stromlos abgeschiedenen Nickel beibehält, worauf man dann eine Keramikbeschichtung über die sandgeblasene stromlos abgeschiedene Nickeloberfläche am Boden einer jeden Kerbe bildet.

Vorzugsweise ist die Keramikbeschichtung dünner als die Dicken, die bei den bekannten, nur aus Keramik bestehenden Beschichtungen vorlagen. Es ist vorteilhaft, wenn die Durchschnittsdicke der Keramikbeschichtung im Bereich von 0,1 mm bis 0,002 mm liegt. Die Härtung der stromlos abgeschiedenen Nickelbeschichtung findet automatisch bei Anwendung des Fadenheizers statt, wenn dieser bei erhöhten Temperaturen betrieben wird. Vorzugsweise wird das Sandblasen in einer Richtung mit dem Verlauf der Kerben durchgeführt, um die Wirkung des Sandblasens am Boden der Kerben zu konzentrieren und dadurch in den Kerben eine Keramikbeschichtung zu bilden, die vorwiegend U-förmig im Querschnitt ist und sich in der Höhe der Kerben verjüngt.

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Versuche haben überraschenderweise gezeigt, daß solche Führungen abrieb- und korrosionsbeständiger sind und zwar in weit höherem Maße als die bekannten nickelbeschichteten und keraraikbesehichteten Führungen. Dies gilt besonders für lange (z.B. 2 in) mit hohen Geschwindigkeiten gefahrenen Führungen in Fadenheizungen, die mit Heizmitteln in der Dampfphase erhitzt werden. Außerdem läßt sich die Führung besser reinigen.

Das bevorzugte Verfahren zur Herstellung einer Garnführung wird anschließend näher beschrieben. Dabei geht man von einem langgestreckten Körper aus Stahl oder Nickel aus, der zwei symmetrisch angeordnete Längskerben mit im wesentlichen U-förmigem Querschnitt aufweist, wobei der langgestreckte Körper durch Extrudieren oder Walzen und anschließende Bearbeitung gebildet wurde.

Eine Oberflächenschicht aus Nickel mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Dicke von 20 bis 80 um(0,001 bis 0,003 inch), vorzugsweise ungefähr 50-um (ungefähr 0,002 inch) wird in und anliegend an die Kerben über die gesamte Körperfläche, welche die Kerben enthält, durch stromlose Abscheidung aufgebracht. Es ist möglich, daß eine Schicht aus Chrom oder Nickel und Chrom ebenso befriedigend bei der überzogenen Führung arbeitet, aber zur Zeit kann man Chrom nicht stromlos abscheiden und gleichmäßige Überzüge der Kerben sind durch Elektroabscheidung sehr schwer zu erhalten; außerdem ist es nicht möglich, vorauszusagen, daß eine Chromschicht so erfolgreich wie eine Nickelschicht die Keramikbeschichtung binden kann.

Die Nickelschicht an der Oberfläche wird durch übliche stromlose Nickel/Phosphid-Überzugsverfahren aufgebracht. Der Körper wird in spezielle Lösungen für jeweils bestimmte Zeiten eingetaucht. Die Nickel in ionischer Form enthaltende Lösung in einem Tank wird mittels eines Wassermantels erhitzt. Die Temperatur der Lösung wird genau eingestellt und die Dicke der Nickelabscheidung wird durch die Eintauch-

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zeit bestimmt. Eine Dicke von weniger als 20,Um (0,001 inch) , die bei sorgfältiger Handhabung ausreichen könnte, birgt das Risiko in sich, daß sie in zu starkem Maße bei der anschließenden Behandlung abgetragen wird, umgekehrt ist eine Dicke von mehr als 80 um .(0,003 inch) unwirtschaftlich, obwohl sie in praktischer Hinsicht befriedigend wäre.

Die Oberflächeribeschichtung aus Nickel kann auf im wesentlichen 1000 VXckers durch «ine übliche Wärmebehandlung, die ein Tempern bei einer Temperatur von annähernd 400°C während 1 Stunde einschließt, gehärtet werden. Dann werden die Teile der Oberflächenschicht ^, die mit der Keramik beschichtet wird, durch Sandblasen aufgerauht. Andere Teile der Oberflächenschicht werden auch durch das Sandblasen angegriffen, aber dies ist nicht besonders nachteilig. Dagegen ist es wichtig, daß die Nickelschicht nicht abgetragen wird, und deshalb wird das Sandblasverfahren so eingestellt, daß eine Schichtdicke von wenigstens 20 um (0,001 inch) zurück bleibt. Unmittelbar nach (oder nicht mehr als 2 Stunden nach) dem Sandblasen wird der Keramiküberzug aufgetragen.

Prüfungen, einschließlich Biegeversuche, haben gezeigt, daß die beste Bindungsfestigkeit einer Keramikbeschichtung am Boden der Garnkerben entwickelt wird, d.h. dort, wo der Abrieb der unbeschichteten Fadenführungen tatsächlich stattfindet. Deshalb wird die Keramikbeschichtung vorzugsweise nur am Boden der Fadenkerben aufgetragen, und die oberen Teile der Seitenwandungen der Kerben (ebenso wie der Rest der Nickelschicht) bleiben unbeschichtet. Ein Ausdehnen der Beschichtung bis zu den Ecken der Kerben oder darüber hinaus ist nicht bevorzugt, jedoch möglich, aber dies birgt das Risiko in sich, daß die Beschichtung zu früh versagt und dadurch die Fäden schädigt, oder das Arbeiten

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-fides Fadenerhitzers stört.

Um sicherzustellen, daß die Keramikbeschichtung nur am Boden der Kerben abgeschieden wird, werden die übrigen Teile der Oberflächenschicht vor der Anwendung der Beschichtung maskiert. Die Maskierung kann durch eine mechanische Maske erfolgen, die die nicht zu beschichtenden Flächen abdeckt, aber vorzugsweise wird eine Maskierungssubstand in Form eines organischen Filmes mit einer Filzrolle aufgetragen, die so geformt ist, daß nur die Teile der Oberflächenschicht berührt werden, an denen die Keramikbeschichtung nicht haften soll. Nach der Beschichtung wird der Film durch ein organisches oder wäßriges Lösungsmittel entfernt.

Die Keramikbeschichtung kann z.B. aus Chromoxyd und/oder Aluminiumoxyd und/oder Titanoxyd bestehen, wobei Chromoxyd wegen seiner hohen Abriebbeständigkeit bevorzugt wird. Die Chromoxydbeschichtung wird durch übliche Plasmabeschichtungstechnik unter Verwendung einer Plasmapistole aufgetragen, deren Kopf eine Kammer enthält mit einem Gaseinlaß und einem Gasauslaß und die im Inneren Elektroden enthält. Der Gasauslaß aus der Pistolenkammer ist auch eine Elektrode und die gewünschte Gasmischung strömt durch die Kammer und durch einen inneren erzwungenen Wechselstrombogen zwischen den Elektroden. Die Gasmischung wird beim Passieren durch den elektrischen Bogen ionisiert und das ionisierte Gas (Plasma) nimmt schnell Temperaturen in der Größenordnung von 18 000⁰C bis 20 000⁰C an. Wegen der schnellen Temperaturerhöhung dehnt sich das Gas mit Überschallgeschwindigkeit aus und strömt aus der Kammer. Das Chromoxyd wird zu dem Hochtemperaturstrom als feines Pulver in genau kontrollierten Fließmengen zugegeben. Jedes

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einzelne Teilchen wird in einen geschmolzenen Tropfen überführt und mit hoher Geschwindigkeit auf das Substrat geschleudert. Die Beschichtung wird durch die Teilchen gebildet, die sich abplatten und um die Unregelmäßigkeiten der sandgeblasenen Oberflächenschicht fließen und die Bindefestigkeit ist eine Funktion der Teilchentemperatur und der Geschwindigkeit.

Die "Keramikbeschichtung wird dann oberflächenbehandelt, um die erforderliche Glätte zu erzielen. Die Dicke der Beschichtung beträgt vorzugsweise wenigstens 20 um (0,001 inch) Die maximal zulässige Dicke hängt von der Tiefe der Kerben ab, aber es scheint nicht erforderlich zu sein, die Dicke auf mehr als 100 um (0,004 inch) zu erhöhen. Deshalb wird eine Dicke von ungefähr 50 um (0,002 inch) bevorzugt.

Nachfolgend werden zwei Ausführungsformen der Fadenführungen beschrieben, wobei diese nur Beispiele sind. Dabei wird auf die Figuren Bezug genommen.

Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine Garnführung;

Fig. 2 zeigt im einzelnen der Querschnitt einer Garnkerbe der Führung gemäß Fig. 1 im vergrößerten Maßstab;

Fig. 3 ist ein Querschnitt durch eine andere Garnführung; und

Fig. 4 zeigt im Detail den Querschnitt einer Garn- \ kerbe der Führung gemäß Fig. 3 im vergrößerten

Maßstab.

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Die in Pig. 1 gezeigte Führung hat einen Stahlkörper 1, der zur Zeichenebene länglich ist, und der zwei längsgestreckte Garnkerben 2 mit U-förmigem. Querschnitt hat. Die Oberflächenschicht 3 (Fig. 2) aus Nickel ist in einer Dicke von annähernd 50 um (0,002 inch) in und benachbart zu den Kerben 2 vorgesehen und über die ganze Fläche 4 des die Kerben enthaltenden Körpers. Eine Chromoxydbeschichtung 5 in einer Dicke von ungefähr 50 um {0,002 inch) ist auf der Nickelschicht 3 nur am Boden jeder Kerbe 2 vorgesehen. Die in Fig. 3 und 4 gezeigte Führung ist ähnlich der oben beschriebenen mit der Ausnahme, daß die Kerben 2 V-förmigen Querschnitt mit einem runden Boden haben.

Bei Anwendung der Faden- bzw. Garnführungen der obenbeschriebenen Art ist es möglich, Dampfphasenfadenheizer herzustellen, die sehr korrosionsbeständig sind, und die man verhältnismäßig leicht reinigen kann, überraschenderweise wurde auch festgestellt, daß, obwohl nur ein sehr kleiner Teil der Oberfläche des Dampfphasengarnerhitzers mit Keramik beschichtet ist (ungefähr 30 % der äußeren, nichtisolierten Oberfläche), dennoch bis zu 8 % Energieeinsparung erzielt werden kann. Die Verwendung von schwarzen Keramikbeschichtungen nur in den Böden der Kerben kann erheblich die Wärmestrahlung zu dem Garn erhöhen, ohne die Strahlung in der Umgebung zu erhöhen. Die Abriebeigenschaften sind derartig, daß die Fadenheizer mit stromlos abgeschiedenen Nickelbeschichtungen und Keramikbeschichtungen, die sich bis zu den Garnabnahme- und -aufnahmestellen erstrecken, verwendet werden können, also an den Stellen, an denen der Abrieb viel stärker auftritt als an den Zwischenstellen längs der Garnkerben. Man muß keine besonderen abriebfesten Elemente an den Aufnahme- und Abgabepunkten verwenden, und dennoch kann der Garnheizer 2 oder 3 m lang gemacht werden und kann Garne verarbeiten, die mit sehr hohen Geschwindigkeiten verlaufen und gezwirnt werden.

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Claims

2306012 EITLE & PARTNER PAT K N TAN WA LT E DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) . D I PL.-I N G. W. E ITLE · D R. RER. N AT. K. H O FFM AN N · D IPL. -1 N G. W. LEH N DIPL.-1NG. K. FDCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERN HAUS) · D-8000 MO NCH EN 81 · TELEFON (089) 911087 · TELEX 05-29619 (PATHE) 31 778 o/fi MONITOR COATINGS LIMITED Wallsend, Tyne & Wear Großbritannien Garnführung für eine Garnheizung und Verfahren zu deren Herstellung Patentansprüche

1. Garnführung für eine Garnheizung aus einem langgestreckten Körper mit wenigstens einer sich in der Länge erstreckenden Fadenkerbe, dadurch gekennzeichnet , daß die Oberflächenschicht (3) des Körpers in und anliegend an die Kerbe oder die Kerben

(2) im wesentliehen aus Nickel und/oder Chrom bestehen, und eine Keranikbeschichtung (5) an der Oberflächenschicht

(3) am Boden des oder der Kerben (2) vorhanden ist.

2. Garnführung gemäß Anspruch 1 , dadurch ge kennzeichnet , daß die Oberflächenschicht (3) eine Dicke von 20 bis 80 ,urn hat.

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3. Garnführung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht (3) eine Vickers-Härte von im wesentlichen 1OOO hat.

4. Garnführung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikbeschichtung (5) im wesentlichen am Boden des oder der Kerben (2) vorliegt und der Rest der Oberflächenschicht

(3) unbeschichtet ist.

5. Garnführung gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn.zeichnet , daß die Oberflächenbeschichtung im wesentlichen aus stromlos abgeschiedenem Nickel besteht .

6. Garnführung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Keramikbeschichtung im wesentlichen schwarz ist.

7. Garnführung gemäß Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet , daß die Keramikbeschichtung (5) 20 bis 100,Um dick ist.

8. Garnführung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikbeschichtung (5) im wesentlichen aus Chromoxyd besteht.

9. Verfahren zur Herstellung einer Garnführung für

einen Garnheizer, dadurch ge kennzeichnet, daß man einen länglichen Körper (1) mit wenigstens einer sich längs erstreckenden Kerbe (2) mit einer Oberflächenschicht (3) in und anliegend an die Kerbe oder Kerben versieht, wobei die Schicht (3) im wesentlichen aus Nickel

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und/oder Chrom besteht, und daß man auf der Oberflächenschicht (3) am Boden des oder der Kerben (2) eine keramische Beschichtung (5) bildet.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet / daß die Oberflächenschicht

(3) durch stromlose Nickelabscheidung gebildet wird.

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Nickelabscheidung durch Wärmebehandlung gehärtet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Oberflächenschicht (3), die zu beschichten ist, aufgerauht wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß man das Aufrauhen durch Sandblasen bewirkt.

14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Oberflächenschicht (3) eine Dicke von 20 bis 80 ,um hat.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikbeschichtung (5) durch Flammbeschjchtung gebildet wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß man auf die Flächen der Oberflächenschicht (3), die an der oder den Kerben (2) anliegt, vor der Bildung der Keramikbeschichtung (5) eine Maskierungssubstanz aufträgt und die Maskierungssubstanz nach der Bildung der Keramikbeschichtung (5) durch ein Lösungsmittel entfernt.

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17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikbeschichtung (5) im wesentlichen aus Chromoxyd besteht.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikbeschichtung 20 bis 100,um dick ist.

19. Garnheizer, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Garnführung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hat.

20. Garnheizer gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß er Dampfphasenheizmittel hat.

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