CH691384A5

CH691384A5 - Textile Machinery with embedded solid lubricants.

Info

Publication number: CH691384A5
Application number: CH01611/95A
Authority: CH
Inventors: Dr Wilhelm Funk
Original assignee: Rieter Ag Maschf
Priority date: 1995-06-01
Filing date: 1995-06-01
Publication date: 2001-07-13
Also published as: ITMI960930A0; IT1283340B1; DE19620957C2; JPH08333591A; DE19620957A1; CN1056873C; CN1140753A; ITMI960930A1

Description

       

  
 



  Die Erfindung betrifft ein Textilmaschinenteil nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruches. 



  Die Erfindung ist eine Weiterentwicklung eines Teils gemäss der Patentanmeldung DE-A1 4 335 539.0 und dem CH-Patent 688 864. Es ist bekannt, die Notlaufeigenschaften von stark beanspruchten Teilen durch Festschmierstoffe zu verbessern, beispielsweise aus den folgenden Publikationen: 



  - JP-OS-5-179 522 



  - JP-OSGM-4-92 567 



  - US-PS-5 086 615 



  - JP-OS-2-182 926 



  - JP-OSGM-5-777 



  - Artikel NI-P-BN Dispersion Coating for Cylinder aus der Schriftenreihe "PRAXIS-FORUM" (Autoren u.a. Suzuki Motor Company, Limited). 



  Solche Festschmierstoffe gemäss den oben erwähnten Schriften eignen sich nur bedingt für Textilmaschinenteile nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs. Die bekannten Festschmierstoffe wie z.B. Teflon, Molybdän-Disulfid usw. können bei hoher mechanischer oder thermischer Belastung nicht bestehen, weshalb bisher durchwegs schlechte Erfahrungen mit Festschmierstoffen gesammelt wurden. 



  Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hoch beanspruchte Bauteile von Textilmaschinen so zu verbessern, dass Notlaufeigenschaften über das bis heute bekannte Ausmass erzielt werden. Insbesondere ist ein Festschmierstoff zu definieren, der eine hohe Temperaturbeständigkeit besitzt. 



  Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen. 



  Erfindungsgemäss wird bei einem Textilmaschinenteil, das entweder ganz - oder nur teilweise an seiner Oberfläche - vorzugsweise aus Metall-Phosphor und/oder Metall-Bor besteht, ein Festschmierstoff in Form eines weichen Nitrids in die Metall-Phosphor-Matrix oder Metall-Bor-Matrix beigegeben, wobei das Nitrid weicher als die Matrix ist. Die Stärke der Matrix kann durch geeignete Wärmebehandlungen erheblich gesteigert werden. Die Härtesteigerung wird durch die Bildung von keramischen Ausscheidungen in einer metallischen Matrix erzeugt. Diese wird deshalb in der Folge eine Metall-Keramik-Matrix genannt. Ein hartes Nitrid, beispielsweise kubisches Bornitrid, bekannt aus den japanischen Offenlegungsschriften 4-194 031 und 2 182 927, wäre als Festschmierstoff ungeeignet, könnte aber zur Verstärkung der Matrix beigefügt werden.

   Der Festschmierstoff kann als Dispersion in die Metall-Keramik-Matrix eingelagert werden. Im Falle einer Beschichtung des Bauteils aus einem beliebigen Werkstoff wird das Bauteil in ein Bad eingebracht. Das Bauteil kann teilweise oder ganz gesintert werden, sodass in diesem Fall die vorzugsweise aus legiertem Stahl bestehende Matrix und der Festschmierstoff zunächst vor der Formgebung in Pulverform vorliegen müssen. Als weiches Nitrid, das den Festschmierstoff darstellt, wird beispielsweise hexagonales Bornitrid oder Chromnitrid oder Aluminiumnitrid oder Eisennitrid verwendet. Im Fall einer Beschichtung einer Oberfläche eines Bauteils wird vorzugsweise eine Schichtdicke angestrebt. Als Metalle kommen Nickel, Kobalt, Eisen oder Kombinationen dieser Metalle in Frage, bevorzugt jedoch Eisen.

   Neben dem Festschmierstoff können in der Metall-Keramik-Matrix auch verstärkende Dispersionen vorkommen, beispielsweise feinkeramisches Korn, insbesondere Siliziumkarbid. Als Träger für die aufzubringende Metall-Keramik-Matrix mit dem Nitrid können beliebige Werkstoffe verwendet werden, beispielsweise Aluminium-, Magnesium-, Zinklegierungen oder Kunststoffe, die mit Füllstoffen, vorzugsweise Fasern, verstärkt sein können. Das Grundmaterial des Textilmaschinenteils kann durch spanende Bearbeitung, durch Umformung oder durch Giessen gewonnen werden. Phosphor und Bor werden bevorzugt mit 1 bis 15% bzw. 0.5 bis 5% des Massenanteils der Metall-Keramik-Matrix zugegeben.

   Für den Massenanteil des Phosphors bzw. des Bors mit 1 bis 15% bzw. 0.5 bis 5% ist deshalb jeweils ein grösserer Bereich angegeben, da je nach tribologischer Hauptbeanspruchung wie Abrasion, Tribooxidation, Erosion oder Ermüdung ein bestimmter Anteil an Phosphor oder Bor innerhalb des ganzen angegebenen Spektrums optimal ist. 



  Teile gemäss vorstehender Beschreibung werden bevorzugt als Spinnringe oder Läufer für Ringspinnmaschinen, Rotoren, Rotorschäfte, Rotordeckel und Auflösewalzen für Rotorspinnmaschinen oder Düsen und Walzen zur Führung von Fasern oder Garnen ausgeführt. Auch schmiermittelfreie Gleitlager können aus Werkstoffen gemäss der Erfindung gefertigt werden. 



  Wie bereits angedeutet, kann anstatt einer Beschichtung eines Bauteils das ganze Bauteil aus einer legierten Metall-Matrix (Stahl) mit dem Festschmierstoff hergestellt werden. Pulvermetallurgische Verfahren, die hier zur Anwendung kommen können, sind in der japanischen Patentanmeldung JP-OS-4-241 125 oder JP-OS-63-35 832 beschrieben. 



  Damit das Nitrid als Festschmierstoff wirksam werden kann, muss seine Härte so bestimmt werden, dass bei Freilegung des Nitrids infolge der Betriebsbeanspruchung dieses als verschleissmindernder Schmierstoff wirksam werden kann, wobei die verschleissmindernde Wirkung sowohl bezüglich der Matrix als auch des Gegenkörpers angestrebt wird. Bevorzugt soll das Nitrid bei der Freilegung zu einem schützenden Schmierfilm auf der Matrix bzw. auf dem Gegenkörper umgewandelt werden. 



  
 



  The invention relates to a textile machine part according to the preamble of the independent claim.



  The invention is a further development of a part according to the patent application DE-A1 4 335 539.0 and the CH patent 688 864. It is known to improve the emergency running properties of heavily used parts by solid lubricants, for example from the following publications:



  - JP-OS-5-179 522



  - JP-OSGM-4-92 567



  - U.S. Patent 5,086,615



  - JP-OS-2-182 926



  - JP-OSGM-5-777



  - Article NI-P-BN Dispersion Coating for Cylinder from the "PRAXIS-FORUM" series (authors including Suzuki Motor Company, Limited).



  Such solid lubricants according to the above-mentioned documents are only suitable to a limited extent for textile machine parts according to the preamble of the independent claim. The known solid lubricants such as Teflon, molybdenum disulfide etc. cannot withstand high mechanical or thermal loads, which is why bad experiences with solid lubricants have so far been collected.



  It is an object of the present invention to improve highly stressed components of textile machines in such a way that emergency running properties are achieved beyond the extent known to date. In particular, a solid lubricant must be defined that has a high temperature resistance.



  This object is solved by the subject matter of the independent claim. The dependent claims relate to advantageous developments.



  According to the invention, a solid lubricant in the form of a soft nitride is in the metal-phosphorus matrix or metal-boron matrix in a textile machine part, which consists either entirely or only partially on its surface - preferably of metal-phosphorus and / or metal-boron added, the nitride being softer than the matrix. The thickness of the matrix can be increased considerably by suitable heat treatments. The increase in hardness is generated by the formation of ceramic deposits in a metallic matrix. This is therefore called a metal-ceramic matrix in the following. A hard nitride, for example cubic boron nitride, known from Japanese Patent Laid-Open Nos. 4-194 031 and 2 182 927, would be unsuitable as a solid lubricant, but could be added to reinforce the matrix.

   The solid lubricant can be stored as a dispersion in the metal-ceramic matrix. If the component is coated from any material, the component is placed in a bath. The component can be partially or completely sintered, so that in this case the matrix, which is preferably made of alloy steel, and the solid lubricant must first be in powder form before shaping. For example, hexagonal boron nitride or chromium nitride or aluminum nitride or iron nitride is used as the soft nitride, which is the solid lubricant. In the case of coating a surface of a component, a layer thickness is preferably aimed for. Suitable metals are nickel, cobalt, iron or combinations of these metals, but preferably iron.

   In addition to the solid lubricant, reinforcing dispersions can also occur in the metal-ceramic matrix, for example fine ceramic grain, in particular silicon carbide. Any materials can be used as a carrier for the metal-ceramic matrix to be applied with the nitride, for example aluminum, magnesium, zinc alloys or plastics which can be reinforced with fillers, preferably fibers. The basic material of the textile machine part can be obtained by machining, by forming or by casting. Phosphorus and boron are preferably added with 1 to 15% and 0.5 to 5% of the mass fraction of the metal-ceramic matrix.

   For the mass fraction of phosphorus or boron with 1 to 15% or 0.5 to 5%, a larger range is therefore given, since depending on the main tribological stress such as abrasion, tribooxidation, erosion or fatigue, a certain proportion of phosphorus or boron within the whole specified spectrum is optimal.



  Parts according to the above description are preferably designed as spinning rings or runners for ring spinning machines, rotors, rotor shafts, rotor lids and opening rollers for rotor spinning machines or nozzles and rollers for guiding fibers or yarns. Lubricant-free plain bearings can also be made from materials according to the invention.



  As already indicated, instead of coating a component, the entire component can be made from an alloyed metal matrix (steel) with the solid lubricant. Powder metallurgical processes which can be used here are described in Japanese patent application JP-OS-4-241 125 or JP-OS-63-35 832.



  In order for the nitride to be effective as a solid lubricant, its hardness must be determined in such a way that when the nitride is exposed as a result of the operating stress, it can act as a wear-reducing lubricant, with the wear-reducing effect being sought with regard to both the matrix and the counter body. When exposed, the nitride should preferably be converted into a protective lubricating film on the matrix or on the counter body.

Claims

1. Textile machine part, in which at least the wear region or at least the surface has a matrix of metal-phosphorus or metal-boron or of alloyed metal, characterized in that a soft nitride is embedded in the matrix as the solid lubricant, the nitride being softer than that Matrix is.

2. Part according to claim 1, characterized in that the solid lubricant is incorporated as a dispersion in the matrix.

3. Part according to claim 1 or 2, characterized in that the matrix and the solid lubricant are sintered together.

4. Part according to one of the preceding claims, characterized in that the nitride consists of hexagonal boron nitride or chromium nitride or aluminum nitride or iron nitride.

5.

Part according to one of the preceding claims, characterized in that the surface has a matrix layer which is applied to a base material.

6. Part according to claim 1 or claim 2, characterized in that the metal is nickel, cobalt or iron or combinations of these metals, ie nickel-cobalt, cobalt-iron, nickel-iron or nickel-cobalt-iron.

7. Part according to one of claims 5 or 6, characterized by a reinforcement of the matrix layer by means of ceramic and / or metallic dispersions.

8. Part according to claim 7, characterized in that hard fine ceramic grain, preferably silicon carbide, is embedded in the matrix layer.

9.

Part according to one of claims 5 to 8, characterized in that the base material of the part consists of an aluminum or magnesium or zinc alloy or of plastic with or without fillers or fibers.

10. Part according to one of the preceding claims 5 to 9, characterized in that the base material of the part is formed by machining, by shaping or by a casting process.

11. Part according to one of claims 1 to 4, consisting of steel with the solid lubricant.

12. Part according to one of the preceding claims, characterized in that the nitride has a hardness between 50 to 1000 HV.

13. Part according to one of the preceding claims, characterized in that within the matrix the phosphorus content is 1 to 15% and / or the boron content is 0.5 to 5%.

14.

Use of the part according to one of the preceding claims, characterized in that this part is a spinning ring or rotor of a ring spinning machine.

15. Use of the part according to one of the preceding claims 1 to 13, characterized in that this part is a rotor, a rotor shaft, a rotor lid or an opening roller of a rotor spinning machine.

16. Use of the part according to one of the preceding claims 1 to 13, characterized in that this part is a nozzle or roller or a fiber-carrying part.