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Dokumentenidentifikation DE10002253B4 15.12.2005
Titel Verwendung einer Beschichtung für Oberflächen von Textilmaschinenkomponenten
Anmelder Emil Bröll GmbH & Co., Dornbirn, AT
Erfinder Sonntag, Eckhard, Dr.-Ing., 71332 Waiblingen, DE
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Anmeldedatum 20.01.2000
DE-Aktenzeichen 10002253
Offenlegungstag 16.08.2001
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 15.12.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.12.2005
IPC-Hauptklasse B05D 5/08
IPC-Nebenklasse C23C 30/00   D01H 4/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Beschichtung für Oberflächen von Textilmaschinenkomponenten nach dem Patentanspruch 1. Im speziellen betrifft die Erfindung eine verschleißfeste Oberflächenbeschichtung für Komponenten von Offenend-Spinnmaschinen (OE-Spinnmaschinen).

Wie aus die Verwendung einer DE 434157 A1 und JP02259097A ersichtlich, sind Beschichtungen bekannt, bei denen Hartstoffpartikel und Schmiermittel in einer Matrix eingebunden werden. Schmiermittel sind nicht mit antiadhäsiv wirkenden Substanzen gleichzusetzen – im Gegenteil: Schmiermittel sollen ja auf der Oberfläche des zu schmierenden Partners haften, um eine geringe Reibung zu erzeugen. Diese Reibungsreduzierung erfolgt dabei durch die Beweglichkeit der Schmierstoffbestandteile zueinander („verschmieren").

Bei Textilmaschinenkomponenten, hingegen, die in unmittelbarem textilen Kontakt stehen, spielt die Schmierung der textilkontaktierenden Oberfläche keine Rolle.

Kennzeichen aller OE-Spinnverfahren ist die Auflösung des Faserverbandes bis zu Einzelfasern mit anschließender erneuter Fasersammlung und Andrehung an das Garnende. Dadurch können die Prozesse Drehungserteilung und Garnaufwindung unabhängig von zwei verschiedenen Organen ausgeführt werden. Dabei arbeiten die Spinnmaschinen mit sehr hohen Drehzahlen und Garnliefergeschwindigkeiten. Die aktiven, fadenführenden oder fadenbearbeitenden Komponenten der Spinnmaschine sind somit einem hohen Verschleiß ausgesetzt und müssen daher sehr verschleißfest sein, sie müssen aber gleichzeitig eine gewisse Mindestreibung aufweisen.

Bekannt sind sogenannte Dispersionsschichten, wie z.B. Nickel-Diamant oder auch Nickel-Teflon®. Die Nickel-Diamant-Schicht hat sich als Verschleißschutzschicht mit ausgezeichneten textiltechnologischen Parametern bei Spinnrotorköpfen (SR) und Auflösewalzen (ALW) etabliert. Die Reibung lälsst sich bei dieser Schicht durch den Anteil Diamantpulver und dessen Korngröße bzw. Korngrößenverteilung exakt einstellen.

Nachteil dieser Beschichtung ist jedoch – bedingt durch die (textiltechnologisch erforderliche) Rauheit – dass Polymerabrieb, Faserbruchstücke oder organische und anorganische Faserbestandteile wie Mineralien, Trash, Wachse und Avivagen auf dieser Oberfläche anhaften. Bei einer Auflösewalze ist diese Eigenschaft schon prinzipbedingt ungünstig, da hierbei nur die Fasern von der Speisemulde zum Faserleitkanal über einen rotatorischen Weg zwischen etwa 150° Und 270° transportiert werden sollen, bei allen anderen Bestandteilen aber durch spezielle Luftströmungen und die einwirkenden Zentrifugalkräfte eine Ausreinigung von Fremdpartikeln erzwungen werden soll. Zudem beobachtet man bei diesen Schichten immer ein Einlaufen derart, dass sich die Eigenschaften dieser Oberflächen neben dem klassischen Verschleiß kurzfristig durch o.g. Abschmierungen und Zusetzen u.ä. ändern.

Die Ni-Teflon®-Schicht hat im Textilmaschinenbau ein begrenztes Einsatzgebiet, bei dem beispielsweise niedrige Geschwindigkeiten und verhältnismäßig große Flächenpressungen vorkommen. Die geringe Reibung bei relativ guter Verschleißfestigkeit ist das charakteristische Merkmal dieser Schicht.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Beschichtung auf Oberflächen von Textilmaschinenkomponenten zu verwenden die scheinbar widersprüchliche Eigenschaften, nämlich hohe, gezielt einstellbare Reibung und Verschleißfestigkeit bei geringer Adhäsions- und Verschmutzungsneigung (Selbstreinigungseffekt), miteinander vereint.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird die Verwendung einer Beschichtung vorgeschlagen, die aus mindestens drei Komponenten besteht:

einer Matrix (z.B. Nickel), in der mindestens zwei verschiedene Stoffe eingelagert werden:

  • 1) Hartstoffpartikel, (ein oder mehrere Komponenten) wie z.B. Diamant oder Siliziumkarbid oder Borkarbid, Chromoxid o.ä., und
  • 2) ein oder mehrere Komponenten antiadhäsiv wirkender Partikel (im folgenden als Kunststoff bezeichnet), wie z.B. Polytetrafluorethylen („Teflon®"), Silikon, Polypropylen, HDPE usw.

Die Beschichtung kann auf die Textilmaschinenkomponenten in verfahrenstechnisch bekannter Art und Weise, z.B. durch elektrochemische, fremdstromlose Abscheidung oder Flammspritzverfahren aufgebracht werden, wobei beim Flammspritzen nur die Hartstoffmatrix und der Kunststoff aufgebracht werden müssen.

Nickel bzw. Nickel-Phosphor ist ein Matrixwerkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit und guter Anlasshärte, neigt aber vor allem in elektrolytisch abgeschiedener Form zu starker Adhäsion. Durch Einlagerung von Hartstoff und Kunststoffpartikeln werden erfindungsgemäß sowohl dessen Reibungs- als auch antiadhäsiven Eigenschaften verbessert.

Der Vorteil dieser die Verwendung Beschichtung ist, dass die Reibung zwischen Textil, also Faser, Garn, Filament oder Flächengebilde, und der beschichteten Oberfläche gezielt eingestellt werden kann, was hauptsächlich durch den Parameter Matrix-Hartstoffpartikel geschieht. Die Reibung läßt sich insbesondere durch den Anteil der Hartstoffpartikel und deren Korngröße bzw. Korngrößenverteilung faserschonend exakt einstellen. Bei den angesprochenen Textilmaschinenkomponenten muss eine gewisse Reibung sichergestellt werden, d.h. ein Transport der Fasern durch die herausstehenden Hartstoffpartikel gegeben sein.

Die selbstreinigenden, antiadhäsiven Eigenschaften hingegen – allgemein mit „schmutzabweisend" oder „lösend" bezeichnet – werden durch den Parameter Matrix-Kunststoff eingestellt, wobei auch hier der Anteil der Kunststoffpartikel und deren Korngröße bzw. Korngrößenverteilung ausschlaggebend ist. Die eingelagerten Kunststoffpartikel wirken den unerwünschten adhäsiven Eigenschaften der umgebenden Matrix entgegen. Als Hydrophobiermittel (Antiadhäsiva) eignen sich auch reaktive Siliziumverbindungen, die zu Polysiloxanen (Silikonharzen) reagieren. Silane (Polyorganosiloxane) oder eben PTFE, das gute elektrische Eigenschaften aufweist.

Die Dosierung der Anteile (als BET-Oberfläche, Volumenanteil oder Masseanteil) kann hierbei ganz spezifisch auf die Erfordernisse angepasst werden. So ist es von Vorteil, die Kunststoffpartikel um eine Größenordnung kleiner als die Diamantpartikel zu wählen (statt 2 &mgr;m ca. 0,2 &mgr;m), und die Verteilung möglichst homogen und großzügig zu wählen (feindispers verteilt).

Allgemein kann die Größe der Kunststoffpartikel etwa im Bereich von 0,1–0,5 &mgr;m liegen, die der Hartstoffpartikel etwa im Bereich von 2–4 &mgr;m.

Vorzugsweise soll die Menge der im Trägermaterial (Matrix) eingebetteten Kunststoffpartikel um mindestens den Faktor 2 größer sein als die Menge der enthaltenen Diamantpartikel.

Zur Verringerung der Adhäsionsneigung und zum Korrossionsschutz kann zusätzlich noch Phosphor eingebaut werden. Eine Zugabe von Bor erhöht die Verschleißfestigkeit.

Die Beschichtung der Textilmaschinenkomponenten kann vollflächig oder auch nur partiell erfolgen.

Bevorzugte Anwendungsgebiete bei Textilmaschinen sind hierbei:

  • – Auflösewalze der OE-Rotorspinnmaschine
  • – Rutschwand des OE-Spinnrotors
  • – Rotorrille des OE-Spinnrotors
  • – Friktionsscheibe der Texturiermaschine
  • – Bürsten, Kämme, Schäfte von Textilmaschinen
  • – Alle aktiven Oberflächen bei denen Fasern-, Garn- oder Filament verdreht, gestreckt, gekämmt oder transportiert wird.

Beispielzusammensetzung für eine erfindungsgemäß Verwendete antiadhäsive, verschleißfeste Beschichtung:

  • – Nickel als Trägermatrix, davon
  • – 20–30 Vol% Polytretrafluorethylen (TefIon®) mit einem Partikeldurchmesser von ca. 0,2 &mgr;m
  • – 10–20 Vol% Diamantpartikel mit einem Partikeldurchmesser von ca. 2 &mgr;m

Das Nickel wird in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst und die Kunststoff- und Hartstoffpartikel zugemischt. Mittels eines bekannten elektrochemischen Verfahrens wird die Mischung auf dem Werkstück aufgebracht.

Danach wird das beschichtete Bauteil bei einer Auslagerungstemperatur von bis zu 450°C angelassen, ohne dass sich hierbei die organischen Komponenten chemisch zersetzen.


Anspruch[de]
  1. Verwendung einer Beschichtung, bestehend aus mindestens drei Komponenten:

    einer Matrix, in welcher mindestens eine Hartstoffpartikel enthaltende Komponente und mindestens eine antiadhäsiv wirkende Partikel enthaltende Komponente eingelagert sind, für Oberflächen von Textilmaschinenkomponenten.
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