[0001] Stanzteile wie beispielsweise Rietlamellen für Webmaschinen, Federblätter und Membranen
werden üblicherweise aus kaltgewalztem Band hergestellt und je nach Verwendungszweck
auch gehärtet und beschichtet.
[0002] Neben hoher Festigkeit und Härte müssen solche Stanzteile eine hohe Oberflächenqualität,
insbesondere eine geringe Rauigkeit und gute Planheit besitzen. Dies gilt insbesondere
für Rietlamellen, die in Webmaschinen dazu dienen, den Abstand der Kettfäden beim
Einschießen der Schußfäden möglichst genau einzustellen. Das erfordert insbesondere
bei feinen Geweben im Hinblick auf eine möglichst gleichmäßige Fadendichte auch über
große Längen mit einem Abstand der Kettfäden unter 0,5 mm dünne und absolut plane
Rietlamellen, deren Dicke 0,15 bis 0,25 mm bei einer Länge von beispielsweise 250
mm beträgt.
[0003] Die notwendige Planheit erfordert bei Stanzteilen ein Richten, weil es beim Stanzen
aufgrund freigesetzter innerer Spannungen und einer Anisotropie aus der Vorgeschichte
des Bandes zu einem Verzug kommt. Zum Richten werden die Lamellen mehrmals in Richtrollen-Maschinen
durch eine Folge von Ober- und Unterrollen bzw. -walzen geführt und dabei gebogen
und gereckt, bis die den Verzug verursachenden Spannungen abgebaut sind. Nach jedem
Richten muß erneut die Planheit gemessen werden, bis ein weiteres Richten nicht mehr
erforderlich ist. Das Richten verursacht daher angesichts des apparativen und zeitlichen
Aufwandes hohe Kosten, ergibt aber brauchbare Lamellen für Webmaschinen mit mittleren
Fadengeschwindigkeiten.
[0004] Bei modernen Webmaschinen wird der Schußfaden jedoch mit Hilfe eines Luft- oder Wasserstrahls
mit einer Geschwindigkeit von beispielsweise 500 m/min durch die von den Rietlamellen
aufgespreizten Kettffäden geschossen. Dies führt zu örtlichen Turbulenzen und Schwingungen,
denen die Lamellen nur dann gewachsen sind, wenn sie eine ausreichende Dauerfestigkeit
besitzen. Versuche haben ergeben, daß das Schwingverhalten gerichteter Rietlamellen
sehr unterschiedlich ist. Um das zu vermeiden, werden Rietlamellen in der Praxis üblicherweise
höchstens zweimal gerichtet. Ist dann die notwendige Planheit nicht erreicht, gelten
die betreffenden Lamellen als unbrauchbar.
[0005] Das Schwingverhalten der Lamellen bestimmt auch den Reibungsverschleiß und kann daher
bei Lamellen geringer Dicke zu einem vorzeitigen Ausfall führen. Ein Lamellenausfall
bzw. -wechsel erfordert ein Stillsetzen der Webmaschine und ist daher angesichts der
hohen Webgeschwindigkeiten stets mit einem erheblichen Produkutionsausfall verbunden.
Schließlich kann sich ein ungünstiges Schwingverhalten einzelner Rietlamellen auch
nachteilig auf das Gewebe auswirken.
[0006] Um den negativen Einfluß des Schwingverhaltens der Lamellen zu beseitigen, ist es
aus der schweizerischen Patentschrift 562 349 bekannt, spezielle Schwingungstilger
zu verwenden, die über Federn die Schwingungen der Rietlamellen egalisieren und verringern.
Der gewünschte Erfolg ist jedoch ausgeblieben. Die DD-Patentschrift 294 469 schlägt
daher vor, die Lamellen eines Webblattes in Paketen anzuordnen und miteinander zu
verschweißen, um die Positionierung der Lamellen im Verhältnis zueinander zu verbessern.
Dies wirkt sich jedoch nicht auf das unterschiedliche Schwingungsverhalten und den
dadurch verursachten Lamellenverschleiß aus.
[0007] Für Blatt- und Lamellenfedern von Ventilen gilt ähnliches; bei ihnen können vom Stanzen
oder Schneiden herrührende innere Spannungen zu einer Geräuschbelästigung und zu unerwünschten
Resonanzschwingungen führen.
[0008] Das Schwingverhalten läßt sich sehr gut durch die Federkonstante kennzeichnen; sie
sollte hoch sein und eine geringe Streubreite besitzen.
[0009] Vor diesem Hintergrund besteht das der Erfindung zugrundeliegende Problem darin,
einen Werkstoff zu finden, der sich insbesondere zum Herstellen von Stanzteilen wie
Rietlamellen und Blattfedern für Ventile eignet.
[0010] Die Lösung dieses Problems besteht in einer Chrom-Stahllegierung mit 10,5 bis 20%
Chrom, 0,2 bis 9% Nickel, 0,1 bis 3% Mangan, 0,1 bis 1,5% Silizium, 0,01 bis 2,0%
Molybdän, 0,05 bis 0,45% Kohlenstoff, 0,02 bis 0,15% Stickstoff, 0,3 bis 0,8% Kupfer,
0,002 bis 0,05% Aluminium, 0,003 bis 0,1% Titan, 0,003 bis 0,1% Vanadium, 0,001 bis
0,05% Niob, 0,01 bis 0,2% (Titan + Vanadium + Niob) und bis 0,006% Bor, Rest Eisen,
die der Bedingung

genügt.
[0011] Die erfindungsgemäße Stahllegierung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß sie
sich in der Form von Kaltband als Werkstoff zum Herstellen dünner Lamellen durch Stanzen
oder Schneiden eignet. Hinzu kommen eine hohe Zugfestigkeit von 1.400 bis 1.900 N/mm
2 und eine hohe Härte von 430 bis 580 HV sowie eine Dauerzeitfestigkeit >5.10
8 Lastwechsel bei einer Schwingungsamplitude von 2 mm pro 30 mm Federnlänge. Außerdem
ist die Legierung aufgrund ihres Chromgehalts rostbeständig, was bei mit Wasserstrahl
arbeitenden Webmaschinen von großer Wichtigkeit ist.
[0012] Besonders geeignet ist eine Legierung mit 16 bis 18% Chrom, 6 bis 8% Nickel, 0,5
bis 1,5% Mangan, 0,3 bis 1,5% Silizium, 0,4 bis 1% Molybdän, 0,1 bis 0,3% Kohlenstoff,
0,05 bis 0,1% Stickstoff, 0,002 bis 0,006% Bor, 0,003 bis 0,1% Titan, 0,003 bis 0,1%
Vanadium und 0,001 bis 0,05% Niob bei einem Gesamtgehalt an Titan, Vanadium und Niob
von 0,01 bis 0,2%.
[0013] Für die Entwicklung der mechanischen Eigenschaften wirkt sich ein bis zu 200 Minuten
dauerndes Entspannungsglühen bei 180 bis 480 besonders günstig aus, dem sich eine
weitere Glühstufe mit einer Dauer von 10 bis 160 Minuten bei einer Temperatur von
320 bis 480 Grad anschließen kann. Das Entspannungsglühen findet vorzugsweise im Stapel
unter Formzwang, d.h. unter einer statischen Belastung statt. Hierfür eignet sich
eine Flächenpressung von 0,5 bis 30 N/cm
2, vorzugsweise von mindestens 1 N/cm
2 oder auch höchstens 10 N/cm
2. Besonders geeignet sind Glühtemperaturen von 150 bis 480°C für die erste und 300
bis 420°C für die zweite Glühstufe.
[0014] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen und Ausführungsbeispielen des
näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- Figs. 1
- ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung der bisherigen Verfahrensweise beim Herstellen
von Rietlamellen,
- Fig. 2
- ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung der Verwendung der erfindungsgemäßen Chrom-Stahllegierung
zum Herstellen von Rietlamellen und
- Fig. 3
- eine übliche Rietlamelle.
[0015] Rietlamellen besitzen beispielsweise eine Länge von 120 mm und eine Dicke von 0,2
mm sowie eine einseitige Ausnehmung der Abmessung 15 x 8 mm. Sie werden nach dem Verfahrensschema
der Fig. 1 aus Kaltband durch Stanzen oder Feinschneiden hergestellt. Dem schließt
sich ein Entgraten und Verrunden der Kanten sowie eine Prüfung auf Planheit an. Je
nachdem wie diese Prüfung ausfällt, müssen die Lamellen ein- oder zweimal in einer
Rollenrichtmaschine gerichtet werden, ehe sie nach einem Reinigen verwendbar sind.
Ergibt sich nach einem zweimaligen Richten immer noch keine ausreichende Planheit,
ist eine Verwendung der Lamellen aus Gründen der Qualität nicht mehr möglich.
[0016] Bei der erfindungsgemäßen Stahllegierung entfällt das Richten nach dem Stanzen oder
Feinschneiden bzw. Entgraten und Kantenverrunden (Fig. 2). Dem Reinigen kann sich
jedoch ein statisches Richten in Gestalt einer Wärmebehandlung unter Vorspannung mit
einem Abkühlen an Luft auf Raumtemperatur anschließen.
[0017] Bei Versuchen mit erfindungsgemäßen Stahllegierungen 1 bis 5 und 9 sowie nicht unter
die Erfindung fallenden Vergleichslegierungen 6 bis 8 gemäß Tabelle I wurden aus kaltgewalztem
Band mit einer sich jeweils aus der Tabelle II ergebenden Dicke Lamellen hergestellt.
Die Lamellen wurden nach dem Stanzen entgratet und an den Kanten verrundet. Dabei
wurden die Lamellen zusammen mit einem Schleifpulver, Wasser und Füllkörpern aus Keramik
in eine Drehtrommel gegeben und mehrere Stunden entgratet und an den Kanten verrundet.
Anschließend wurden die Lamellen gereinigt und auf Verzug und Planheit untersucht.
Danach wurden jeweils 100 Lamellen in einem Rahmen gestapelt und der Stapel so belastet,
daß die Lamellen völlig plan aufeinanderlagen.
[0018] Die auf diese Weise vorgespannten Lamellen wurden unter Aufrechterhaltung der Spannung
zweistufig im Temperaturbereich von 150 bis 480°C bzw. 300 bis 420°C mit den sich
aus der Tabelle II ergebenden Glühtemperaturen im Einzelfall geglüht.
[0019] Die Versuche wurden an rechteckigen Lamellen 1 der Abmessungen 160 x 6 mm ohne den
Schußkanal 2 durchgeführt, um die Verwendung wegen des Schußkanals sehr teurer Stanzwerkzeuge
zu vermeiden. Auf den Verzug der Versuchslamellen in Längsrichtung wirkt sich dies
jedoch nicht aus.

Beispiel 1
[0020] Aus Kaltband der Legierungen 1 bis 9 wurden Lamellen mit den in Tabelle II angegebenen
Dicken D gestanzt und an jeweils 200 Stück der Verzug gemessen. Nach einem ersten
Vermessen wurde bei allen Legierungsvarianten ein Höhenverzug (bauchige Ausbildung
der Lamellen) festgestellt. Durchschnittlich konnte bei 94 bis 97% aller Proben eine
Höhenverzug mit einem Wert h
z>0,05 mm festgestellt werden. Einzelne Lamellen zeigten sogar einen Höhenverzug h
z>1 mm. Alle Proben wiesen ferner einen umlaufenden Stanzgrat auf.
[0021] Zum Entfernen des Stanzgrates wurden die Lamellen in einen Polyäthylen-Behälter gebracht
und mit einem Gemisch aus ca. 8 mm großen keramischen Füllkörpern, 150 g SiC-Schleipfulver
und 4 Litern Wasser mit darin gelöstem Verdickungs- und Benetzungsmittel versetzt.
Danach wurde der Behälter verschlossen und 5 Stunden einer drehenden Schüttelbewegung
ausgesetzt. Nach dieser Behandlung waren die Stranzgrate vollständig abgetragen und
die Kanten zeigten eine gleichmäßige Rundung.
[0022] Die Lamellen wurden anschließend gewaschen, getrocknet und einem zweiten Vermessen
unterworfen. Dabei wurde festgestellt, daß die Häufigkeit des Höhenverzuges h
z>0,5 mm generell zugenommen hatte. Für den Verzug h
z>1 mm zeigte sich hingegen ein sehr uneinheitliches Bild mit gegenüber dem ersten
Vermessen teilweise auch geringeren Häufigkeitswerten.
Beispiel 2
[0023] Zur Beseitigung des Höhenverzuges wurde eine handelsübliche Zwölf-Rollen-Richtmaschine
mit zwei angetriebenen Einzugswalzen verwendet. Mittels dieser Einzugswalzen wurden
jeweils 200 Lamellen der Legierungen 1 und 6 einzeln in den Richtrollensatz der Richtmaschine
eingeführt (Versuche 10 und 11). Durch die unterschiedliche Eintauchtiefe der Rollen
des Richtrollensatzes, die zwischen 0,3 und 0,1 mm variiert wurde, kommt es bei dieser
Behandlung zu einer Dehnung über den Elastizitätsbereich hinaus, wodurch innere Spannungen
abgebaut werden.
[0024] Nach einem ersten Durchlauf von 200 Lamellen der Legierung Nr. 1 zeigten 92 Lamellen
einen Höhenverzug unter 0,05 mm und wurden als "gut" befunden. Die restlichen 108
Lamellen wurden ein zweites Mal gerichtet, wonach 45 Lamellen immer noch einen zu
großen Verzug zeigten. Nach einer dritten Richtbehandlung verblieben noch 12 Lamellen
(6%) mit einem Höhenverzug h
z>0,05 mm. Diese 12 Lamellen wurden als Ausschuß verworfen. Bei der Legierung 6 lag
der Ausschuß bei 12%.
Beispiel 3
[0025] 100 Lamellen der Dicke D der in Tabelle I angeführten Legierungen 1, 2, 3, 5, 6 und
7 (Versuche 12 bis 16, 17 bis 20, 21 bis 22, 27 bis 28, 29 bis 31, 38 bis 39) wurden
entsprechend der Vorbehandlung nach Beispiel 1 hergestellt und vom Stranzgrat befreit.
Die Lamellen wurden danach auf einer Unterlegplatte mit einem seitlich 60 mm überstehenden
Anschlag flächendeckend übereinander gestapelt und bündig ausgerichtet. Auf die so
gestapelten und ausgerichteten Lamellen wurden eine bzw. mehrere Stahlschienen mit
unterschiedlichem Eigengewicht aufgelegt und durch seitliche Führungsleisten am Verrutschen
gehindert. Mit Hilfe des unterschiedlichen Eigengewichts der Stahlschienen konnte
die Flächenpressung F innerhalb relativ weiter Grenzen variiert werden.
[0026] Die so fixierten und unter Flächenpressung stehenden Lamellen wurden anschließend
in einem Ofen unter Schutzgas zunächst bei den aus der Tabelle II ersichtlichen Temperaturen
T1 mit einer Haltezeit t1 geglüht.
[0027] Danach wurde die Temperatur mit Ausnahme der Versuche 16 bis 18 und 39 auf den Wert
T2 erhöht, die Haltezeit t2 eingestellt und die Proben sodann im Ofen abgekühlt. Danach
wurde der Höhenverzug mit den aus der Tabelle II ersichtlichen Ergebnissen gemessen.
Beispiel 4
[0028] 100 Lamellen der Dicke D der Legierungen 4, 6, 7, 8 und 9 (Versuche 23 bis 26, 32
bis 33, 34 bis 37, 40, 41 bis 42) aus Tabelle I wurden entsprechend dem Beispiel 1
hergestellt. Danach wurden der Höhenverzug mit den aus Tabelle II ersichtlichen Werten
festgestellt. Dabei zeigten mehr als 94% der Lamellen einen Höhenverzug von h
z>0,05 mm. Das erfindungsgemäße thermische Entspannung geschah wie in Beispiel 3 beschrieben.
Davon abweichend wurden jedoch die Unterlegplatte und die Stahlschienen jeweils mit
einem Gleitmittel beschichtet, um während des Glühens Unterschiede in der Längenänderung
durch Gleiten auszugleichen. Die Lamellen wurden danach in einen Ofen eingebracht
und unter Stickstoff, während der in Tabelle II angegebenen jeweiligen Haltezeiten
t1, t2 bei den Temperaturen T1 und T2 geglüht. Nach Ablauf der zweiten Haltezeit T2
wurde der Heizstrom abgeschaltet, der Stickstoffdruck auf 4 bar erhöht, und ein Gas-Umwälzventilator
zugeschaltet. Durch diese Maßnahmen konnte die Abkühlzeit um bis zu 70% verkürzt werden.
Bei einer Ofentemperatur von 80°C wurde der Gas-Umwälzventilator abgeschaltet, der
Überdruck weggenommen und der Ofen geöffnet. Nach dem Abkühlen der Lamellen auf Raumtemperatur
wurden deren Höhenverzug gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengestellt.
Beispiel 5
[0029] Aus den Legierungen 2, 3, 5 und 6 wurden Lamellenfedern mit den Abmessungen 35 x
7 mm und der in Tabelle III aufgeführten jeweiligen Dicken d gestanzt und entsprechend
dem Beispiel 1 verrundet. Aus Proben jeder Legierung wurden mehrere Lamellen für die
Bestimmung und Berechnung der Federkonstanten D entnommen. Die Zahlenwerte für D wurden
entsprechend der Formel D=Kraft/Auslenkung aus dem Kraft-Weg-Diagramm für eine Auslenkung
von 3,5 mm, unter Berücksichtigung des jeweiligen Höhenverzuges, der nur den Nullpunkt
bei der Wegmessung verschiebt, für einseitig eingespannte Proben berechnet. Der Mittelwert
der berechneten Federkonstanten wurde für die jeweilige Legierung auf 1 normiert und
als Referenzwert betrachtet. Dazu ergänzend wurden die jeweiligen maximalen Abweichungen
als Mindest- und Höchstwert bestimmt (Versuche F1, F8, F10 und F13).
[0030] Die Wirkung der erfindungsgemäßen Glühbehandlung auf den Mittelwert und auf die Streuung
von D wurde innerhalb der Legierungen 2, 3, 5 und 6 auf den jeweiligen Referenzwert
bezogen. Dadurch kommen Verbesserungen oder Verschlechterungen deutlicher zum Ausdruck.

[0031] Aus der Tabelle II ist ersichtlich, daß bei allen Legierungen nach dem Stanzen und
Verrunden ein Höhenverzug auftritt (Versuche 1 bis 9 mit 94 bis 100% Verzug). Dies
ist verständlich, da im Kaltband nach dem Kaltwalzen immer innere Spannungen vorhanden
sind. Es ist nun prinzipiell zu erwarten, daß bei Federlamellen mit hohen inneren
Spannungen auch die Federkonstante auch als Federhärte bezeichnet hoch liegt. Dies
würde im Umkehrschluß bedeuten, daß der mechanische Abbau von inneren Spannungen -
wie beim Rollenrichten üblich - zu einer Abnahme von D führt. Daß dies auch zutrifft,
zeigen die Versuche F2 bis F4 im Vergleich zu F1. Da immer die relativen Änderungen
interessant sind, wurden die Mittelwerte von D bei den Versuchen F1, F8, F10 und F13
jeweils auf 1 (100%) normiert und für die jeweilige Legierungszusammensetzung als
Referenzwert genommen.
[0032] Beim Vergleich der D-Werte der Versuche F2 bis F4 mit F1 wird nun verständlich, warum
in der Praxis das Rollenrichten auf einen Wert N<3 (Fig. 1) begrenzt wird. Der Grund
liegt in der relativ starken Abnahme von D durch das Rollenrichten. Ein kleinerer
D-Wert hat zur Folge, daß eine gegebene Krafteinwirkung einen stärkeren Schwingungsausschlag
bewirkt, da Kraft = D x Auslenkung ist. In der Praxis wird deshalb wie oben erwähnt
maximal zweimal gerichtet.
[0033] Da die Federkonstanten das Schwingungsverhalten bestimmen, bestimmen sie auch den
Reibungsverschleiß. Dies deshalb, weil Lamellen mit einer kleinen Federkonstanten
im Betrieb stärker und häufiger an Nachbarlamellen anschlagen, was eine spezielle
Variante des Reibkontaktes darstellt. Dadurch bilden sich örtlich scharfe Kanten aus
(die Verrundung geht verloren), was wiederum die Turbulenz und Kraftwirkung erhöht.
Damit setzt eine Selbstverstärkung beim Reibverschleiß ein, was dazu führen kann,
daß der vorbeigeführte Webfaden an scharfkantigen Stellen scheuert und beschädigt
wird. Dies ist natürlich sehr unerwünscht, da sich dadurch der Glanz des Webstoffes
ändert und auch ein Fadenbruch eintreten kann.
[0034] Auslöser für den Verschleiß ist somit das unterschiedliche Schwingungsverhalten einzelner
Rietlamellen (bei kleinem D). Da das Schwingungsverhalten unter praxisnahen Bedingungen
schwierig zu testen ist, dienen die Bestimmung der Federkonstanten und deren Streubreite
zur Kennzeichnung des Schwingungsverhaltens (Tabelle III).
[0035] Die Ergebnisse in Tabelle II zeigen, daß durch die Erfindung die Planheit (%-Anteil
mit Verzug) verbessert wird. Gleichzeitig zeigt Tabelle III, daß auch die Federkonstanten
ansteigen und deren Streuung (Minimal- und Maximalwerte) abnimmt. Dies ist generell
als Verbesserung des Schwingungsverhaltens anzusehen. Begründung: Rietlamellen mit
einer höheren und einheitlicheren Federkonstanten, also mit geringerer Streuung, werden
im Einsatz weniger oft aneinander scheuern und damit einen geringeren Reibverschleiß
verursachen.
[0036] Aus Tabelle III ist ferner ersichtlich, daß - bezogen auf den jeweiligen Referenzwert
- die Federkonstante D bei allen erfindungsgemäßen Legierungen ansteigt. Dies ist
ein Vorteil, da "steifere" Federn/Lamellen günstigere Eigenschaften besitzen. Der
Anstieg erklärt sich so, daß beim Glühen unter Formzwang zunächst mechanische Spannungen
abgebaut werden, sich gleichzeitig aber auch im Gefüge Feinausscheidungen bilden,
die den Anstieg des jeweiligen D-Werts bewirken. Diese Ausscheidungen bestehen vermutlich
aus Karbonitriden verschiedener Elemente.
1. Chrom-Stahllegierung mit
10,5 bis 20% Chrom,
0,2 bis 9% Nickel,
0,1 bis 3% Mangan,
0,1 bis 1,5% Silizium,
0,01 bis 2,0% Molybdän,
0,05 bis 0,45% Kohlenstoff,
0,02 bis 0,15% Stickstoff,
0,3 bis 0,8% Kupfer,
0,002 bis 0,05% Aluminium,
0,003 bis 0,1% Titan,
0,003 bis 0,1% Vanadium,
0,001 bis 0,05% Niob,
0,01 bis 0,2% (Titan + Vanadium + Niob)
bis 0,006% Bor,
Rest Eisen, die der Bedingung

genügt.
2. Chrom-Stahllegierung nach Anspruch 1, die jedoch
16 bis 18% Chrom,
6 bis 8% Nickel,
0,5 bis 1,5% Mangan,
0,3 bis 1,5% Silizium,
0,4 bis 1% Molybdän,
0,1 bis 0,3% Kohlenstoff,
0,05 bis 0,1% Stickstoff,
0,002 bis 0,006% Bor,
0,003 bis 0,1% Titan,
0,003 bis 0,1% Vanadium und
0,001 bis 0,05% Niob
enthält.
3. Verfahren zum Glühen einer Legierung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein fünfzehnminütiges bis zweistündiges Glühen bei 180 bis 480 °C.
4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein anschließendes Schlußglühen bei 320 bis 480 °C.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß Lamellen im Stapel mit einer Flächenpressung von 0,5 bis 20 N/cm2 geglüht werden.
6. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 oder 2 als Werkstoff zum Herstellen von
Stanzteilen.
7. Verwendung einer Legierung nach den Ansprüchen 1 oder 2 als Werkstoff zum Herstellen
von Ventilen, Lamellen, Blattfedern und Membranen.