CH669212A5 - Mfg. extruder screw esp. for plastics extrusion - using multilayer weld deposition to form screw profile - Google Patents

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Abstract

An extruder screw is made by layerwise build-up of a screw profile of one or more alloy materials by a thermal deposition process (esp. plasma powder deposition welding) on a rotationally symmetrical metal body. Pref. the layers consist of an initial base layer (2) of alloy A deposited by plasma powder deposition welding onto a steel body, one or more profile bottom layers of alloy A, several profile layers of alloy B, and a profile tip layer of wear resistant material C. For extrusion of chlorine-contg. plastics e.g. PVC, alloy A is pref. an 18/4 Cr/Ni steel and alloys B and C are pref. 29/9 Cr/Ni steel. For extrusion of sulphur-exuding plastic materials (e.g. rigid rubber-like materials such as ebonite) and nitrogen-contg. plastics (e.g. polyamides), alloys A,B,C pref. consist of 0.8-1.2% C, 28-33% Cr, less than 3% Ni, less than 1% Si, less than 3% Fe, 3-6% W, less than 1% Mn, and Co. USE/ADVANTAGE - The screw is useful for plastics xtrusion. It has a long service life and reduced material and prodn. costs.

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Extruderschnecken, wie sie z.B. in der Kunststoffverarbeitenden Industrie zum Einsatz kommen, werden üblicherweise aus einem Vollmaterial, z.B. aus einem Spezialstahl herausgearbeitet, wobei das Material der grössten Verschleissbeanspruchung angepasst werden muss. Dies bedingt hohe Material- und Herstellungskosten. Extruder screws, e.g. used in the plastics processing industry are usually made from a solid material, e.g. made from a special steel, whereby the material has to be adapted to the greatest wear and tear. This entails high material and manufacturing costs.

Ferner wurden bereits Extruderschnecken aus einem vor allem der Schub- und Druckbeanspruchung des Schneckenganges entsprechenden Vollmaterial hergestellt und dieser Grundkörper mit einer Verschleissschutzbeschichtung versehen. Auch in diesem Fall liegen jedoch die Herstellungskosten relativ hoch, und die einzelnen Bereiche der Schnecke können nicht optimal an die Betriebsbedingungen angepasst werden, was sich auch auf die Standzeit negativ auswirkt. In addition, extruder screws have already been made from a solid material that corresponds primarily to the shear and pressure loads on the screw flight, and this base body is provided with a wear-resistant coating. In this case, too, however, the manufacturing costs are relatively high and the individual areas of the screw cannot be optimally adapted to the operating conditions, which also has a negative effect on the service life.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Extruderschnecke zu schaffen, die eine besonders hohe Standzeit besitzt und deren Material- und Herstellungskosten wesentlich niedriger als die der bekannten Schnecken sind. The object of the invention is to provide an extruder screw which has a particularly long service life and whose material and manufacturing costs are significantly lower than those of the known screws.

Dies wird erfindungsgemäss durch das im Patentanspruch 1 angegebene Herstellungsverfahren erreicht. Die Patentansprüche 2-8 geben besondere Ausführungsformen dieses Verfahrens an. This is achieved according to the invention by the manufacturing method specified in claim 1. Claims 2-8 indicate particular embodiments of this method.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine derart hergestellte Extruderschnecke (Patentanspruch 9). The invention further relates to an extruder screw produced in this way (patent claim 9).

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten Zeichnung näher erläutert, wobei die genannten und weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung offenbar werden. The invention is explained in more detail below with the aid of exemplary embodiments and the attached drawing, the mentioned and further features, properties and advantages of the invention being disclosed.

Die einzige Figur, Fig. 1, zeigt einen Teil eines Axialschnittes durch eine Extruderschnecke gemäss der Erfindung. Die vorliegende Schnecke weist einen rotationssymmetrischen Grundkörper 1 auf, der hier zylindrisch ist, allgemein aber z. B. auch konisch sein kann. Der Grundkörper wird z.B. durch eine normale Stahlwelle gebildet und ist in diesem Beispiel ein Rundstahl vom Typ CK 55 von 80 mm Durchmesser. Der Anwendungsbereich der Erfindung erstreckt sich im allgemeinen auf Grundkörperabmessungen quer zur Achse zwischen 20 und 200 mm, vorzugsweise zwischen 50 und 100 mm. The only figure, Fig. 1, shows part of an axial section through an extruder screw according to the invention. The present screw has a rotationally symmetrical base body 1, which is cylindrical here, but generally z. B. can also be conical. The base body is e.g. formed by a normal steel shaft and in this example is a round steel type CK 55 with a diameter of 80 mm. The scope of the invention generally extends to base body dimensions transverse to the axis between 20 and 200 mm, preferably between 50 and 100 mm.

Das Schneckenprofil 3, 4, 5 weist im allgemeinen eine Höhe zwischen 20 und 100 mm auf und wird bei dem vorliegenden Verfahren lagenweise durch Plasma-Pulver-Auftragsschweissen aufge- baut. Es kommen jedoch auch andere Verfahren der thermischen Beschichtungstechnik, wie Aufschweissen mit ummantelten Elektroden usw. in Betracht. The screw profile 3, 4, 5 generally has a height between 20 and 100 mm and is built up in layers in the present method by plasma powder build-up welding. However, other methods of thermal coating technology, such as welding with coated electrodes, etc., are also possible.

Zunächst wird auf dem Grundkörper 1 der Schnecke eine Basisschicht 2 durch ein solches Auftragsschweissen in 5 mm Dicke aufgebracht, wobei diese Beschichtung den Wellenbereichen zwischen den Profilteilen die geforderten Eigenschaften, z. B. eine rostfreie Oberfläche verleiht. Die Basisschicht wird aus einer Legierung A hergestellt, deren Zusammensetzung in den nachstehenden Beispielen angegeben ist. First of all, a base layer 2 is applied to the base body 1 of the screw by such deposition welding to a thickness of 5 mm, this coating giving the corrugated areas between the profile parts the required properties, eg. B. gives a stainless surface. The base layer is made from an alloy A, the composition of which is given in the examples below.

Aus dem gleichen Material A wird eine Fussschicht 3 des Schneckenprofils aufgetragen, und zwar hier ebenfalls in einer Dicke von 5 mm, wobei die Breite dieser Schicht 30 mm beträgt mit einer Steigung von 8 Windungen pro Meter. A foot layer 3 of the screw profile is applied from the same material A, here also in a thickness of 5 mm, the width of this layer being 30 mm with a pitch of 8 turns per meter.

Der Aufbau des Schneckenprofils erfolgt anschliessend in mehreren Lagen 4 bis zu einer Höhe von 40 mm durch Plasma Pulver-Auftragsschweissen. Dazu wird ein Legierungsmaterial B verwendet, das entsprechend den Schub- und Druckbelastungen des Schneckenganges wie nachstehend angegeben gewählt wird. The screw profile is then built up in several layers 4 up to a height of 40 mm by means of plasma powder deposition welding. For this purpose, an alloy material B is used, which is selected according to the shear and pressure loads of the worm gear as indicated below.

Schliesslich wird der oberste Teil 5 des Profils aus einem besonders verschleissfesten Material C entsprechend den nachstehenden Beispielen hergestellt. Die Dicke dieser verschleissbeständigen Schicht beträgt 5 mm, ihre Breite in diesem Beispiel 10mm. Finally, the uppermost part 5 of the profile is made from a particularly wear-resistant material C in accordance with the examples below. The thickness of this wear-resistant layer is 5 mm, its width in this example 10 mm.

Nach beendetem Auftragsschweissen wird die Extruderschnecke auf ihre Fertigmasse nachbearbeitet und geschliffen. After the build-up welding has been completed, the extruder screw is reworked to its finished mass and ground.

Schnecken der vorliegenden Struktur, die mit den Materialien gemäss nachstehendem Beispiel 1 hergestellt wurden, gelangen vorzugsweise bei der Verarbeitung von Kunststoffen wie Polyester, in die runde Partikel beispielsweise aus Quarzsand eingelagert sind, zum Einsatz. Snails of the present structure, which were produced with the materials according to Example 1 below, are preferably used in the processing of plastics such as polyester, in which round particles, for example made of quartz sand, are embedded.

Eine Schnecke gemäss Beispiel 2 wird vorzugsweise in einem Extruder zur Verarbeitung von glasfaserverstärkten Kunststoffen verwendet. A screw according to Example 2 is preferably used in an extruder for processing glass fiber reinforced plastics.

Eine Schnecke gemäss Beispiel 3 ist besonders korrosionsbeständig gegenüber Chlor und dient daher in erster Linie für Extruder zur Verarbeitung von chlorhaltigen Kunststoffen wie PVC. A screw according to example 3 is particularly corrosion-resistant to chlorine and is therefore primarily used for extruders for processing chlorine-containing plastics such as PVC.

Beispiel 4 betrifft den Aufbau einer Extruderschnecke für schwefelabsondernde Plastikmaterialien z. B. hartgummiähnliche Massen, wie Ebonit, und von stickstoffhaltigen Kunststoffen wie Polyamide usw. Es ergab sich bei allen nachstehenden Materialkombinationen eine wesentliche Verbesserung der Standzeit gegenüber den aus Vollmaterial gefertigten Schnecken bzw. den Schnecken aus Vollmaterial mit einer üblichen Beschichtung. Example 4 relates to the construction of an extruder screw for sulfur-secreting plastic materials such. B. hard rubber-like materials, such as ebonite, and nitrogen-containing plastics such as polyamides, etc. There was a significant improvement in the service life compared to the screws made of solid material or the screws made of solid material with a conventional coating in all the following material combinations.

Beispiele für die Zusammensetzung der Materialien A, B, C (in Gewichtsprozent): Beispiel 1 Legierung A: C weniger als 0,5 Cr 28-33 Ni weniger als 3 Si weniger als 1 Fe weniger als 3 Mo 3-7 Mn weniger als 0,5 Co Rest Legierung B: C 0,8-1,2 Cr 28-33 Ni weniger als 3 Si weniger als 1 Fe weniger als 1 W3-6 Mn weniger als 1,0 Co Rest Legierung C: C 1,0-1,5 Cr 28-33 Ni weniger als 3 Si weniger als 1,5 Fe weniger als 3 W6-10 Mn weniger als 1,0 Co Rest Beispiel 2 Legierung A: C 0,2-0,5 Cr 15-20 Fe 6-10 Si 0,2-1,5 Rest Legierung B: C 0,2-0,5 Cr 20-25 Fe4-6 Mo 10-15 Si weniger als 1 Ni Rest Legierung C: 50% Legierung A 50% WC Beispiel 3 Legierung A: 18/4 Chrom-Nickelstahl Legierung B, C: 29/9 Chrom-Nickelstahl Beispiel 4 Legierung A, B, C: : C 0,8-1,2 Cr 28-33 Ni weniger als 3 Si weniger als 1 Fe weniger als 1 W3-6 Mn weniger als 1,0 Co Rest. Examples of the composition of materials A, B, C (in percent by weight): Example 1 Alloy A: C less than 0.5 Cr 28-33 Ni less than 3 Si less than 1 Fe less than 3 Mo 3-7 Mn less than 0.5 Co rest Alloy B: C 0.8-1.2 Cr 28-33 Ni less than 3 Si less than 1 Fe less than 1 W3-6 Mn less than 1.0 Co rest Alloy C: C 1.0-1.5 Cr 28-33 Ni less than 3 Si less than 1.5 Fe less than 3 D6-10 Mn less than 1.0 Co rest example 2 Alloy A: C 0.2-0.5 Cr 15-20 Fe 6-10 Si 0.2-1.5 balance alloy B: C 0.2-0.5 Cr 20-25 Fe4-6 Mon 10-15 Si less than 1 Ni balance alloy C: 50% alloy A 50% toilet Example 3 Alloy A: 18/4 chrome-nickel steel alloy B, C: 29/9 chrome-nickel steel Example 4 Alloy A, B, C:: C 0.8-1.2 Cr 28-33 Ni less than 3 Si less than 1 Fe less than 1 W3-6 Mn less than 1.0 Co rest.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHEPATENT CLAIMS 1. Verfahren zur Herstellung einer Extruderschnecke, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen rotationssymmetrischen Grundkörper aus Metall durch eine thermische Beschichtungstechnik ein Schneckenprofil (3, 4, 5) aus zumindest einem Legierungsmaterial lagenweise aufgebaut wird.1. A method for producing an extruder screw, characterized in that a screw profile (3, 4, 5) made of at least one alloy material is built up in layers on a rotationally symmetrical metal base body by means of thermal coating technology. 2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das lagenweise Aufbauen durch Plasma-Pulver-Auftrags- schweissen erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the layered construction is carried out by plasma powder deposition welding. 3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst auf einem Grundkörper aus Stahl eine Basisschicht (2) aus einer Legierung A durch Plasma-Pulver-Auftragsschweissen aufgetragen wird, darauf aus der gleichen Legierung mindestens eine Fussschicht (3) des Schneckenprofils und auf dieser mehrere Lagen (4) aus einer Legierung B in der Form des aufzubauenden Profils.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that first a base layer (2) of an alloy A is applied by plasma powder deposition welding on a base body made of steel, then at least one foot layer (3) of the screw profile from the same alloy and thereon a plurality of layers (4) made of an alloy B in the form of the profile to be built up. 4. Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die oberste Lage (5) des Schneckenprofils aus einem besonders verschleissfesten Material C hergestellt wird.4. The method according to claim 3, characterized in that at least the top layer (5) of the screw profile is made of a particularly wear-resistant material C. 5. Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung A ein 18/4 Chromnickelstahl und die Legierung B ein 29/9 Chromnickelstahl ist.5. The method according to claim 3, characterized in that the alloy A is an 18/4 stainless steel and the alloy B is a 29/9 stainless steel. 6. Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungen A und B folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent aufweisen: C 0,8-1,2 Cr 28-33 Ni weniger als 3 Si weniger als 1 Fe weniger als 3 W36 Mn weniger als 1,0 Co Rest.6. The method according to claim 3, characterized in that the alloys A and B have the following composition in percent by weight: C 0.8-1.2 Cr 28-33 Ni less than 3 Si less than 1 Fe less than 3 W36 Mn less than 1.0 Co rest. 7. Verfahren nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungen A und B und das verschleissfeste Material C, das ebenfalls als Legierung vorliegt, folgende Zusammensetzungen in Gewichtsprozent aufweisen: Legierung A: C weniger als 0,5 Cr 28-33 Ni weniger als 3 Si weniger als 1 Fe weniger als 3 Mo 3-7 Mn weniger als 0,5 Co Rest Legierung B: C 0,8-1,2 Cr 28-33 Ni weniger als 3 Si weniger als 1 Fe weniger als 3 W36 Mn weniger als 1 Co Rest Legierung C: 1,0-1,5 Cr 28-33 Ni weniger als 3 Si weniger als 1,5 Fe weniger als 3 W6-10 Mn weniger als 1,0 7. The method according to claim 4, characterized in that the alloys A and B and the wear-resistant material C, which is also present as an alloy, have the following compositions in percent by weight: Alloy A: C less than 0.5 Cr 28-33 Ni less than 3 Si less than 1 Fe less than 3 Mo 3-7 Mn less than 0.5 Co balance alloy B: C 0.8-1.2 Cr 28-33 Ni less than 3 Si less than 1 Fe less than 3 W36 Mn less than 1 Co balance alloy C: 1.0-1.5 Cr 28-33 Ni less than 3 Si less than 1.5 Fe less than 3 W6-10 Mn less than 1.0 8. Verfahren nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungen A und B und das verschleissfeste Material C folgende Zusammensetzungen in Gewichtsprozent aufweisen: Legierung A: 0,2-0,5 Cr 15-20 Fe 6-10 Si 0,2-1,5 Ni Rest Legierung B: C 0,5-1,0 Cr 20-25 Fe P6 Mo 10-15 Si weniger als 1 Ni Rest Material C: 50% der Legierung A 50% WC8. The method according to claim 4, characterized in that the alloys A and B and the wear-resistant material C have the following compositions in percent by weight: Alloy A: 0.2-0.5 Cr 15-20 Fe 6-10 Si 0.2- 1.5 Ni rest alloy B: C 0.5-1.0 Cr 20-25 Fe P6 Mo 10-15 Si less than 1 Ni rest Material C: 50% of alloy A 50% toilet 9. Extruderschnecke hergestellt nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch 1 oder einem der Patentansprüche 2-8. 9. Extruder screw manufactured according to the process according to Claim 1 or one of claims 2-8.
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