DE102019101731A1

DE102019101731A1 - Extruder for polymer materials and use of a coating process for production

Info

Publication number: DE102019101731A1
Application number: DE102019101731.9A
Authority: DE
Inventors: Matthias Zabel
Original assignee: Troester GmbH and Co KG
Current assignee: Troester GmbH and Co KG
Priority date: 2019-01-24
Filing date: 2019-01-24
Publication date: 2020-07-30

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Extruder (1) für Polymerwerkstoffe sowie die Verwendung eines Beschichtungsverfahrens zur Abscheidung zumindest einer Schicht (5) eines Funktionswerkstoffes aus einer Gasphase, wobei der Extruder (1) zumindest ein Förderwerkzeug (2) für den Polymerwerkstoff aufweist, welches in einer Förderbuchse (3) drehbar gelagert ist und mindestens eine der einander zugewandten Oberflächen (4) des Förderwerkzeuges (2) und/oder der Förderbuchse (3) die Schicht (5) eines Funktionswerkstoffes aufweist, welche aus einer Gasphase auf die Oberfläche (4) abgeschieden ist. Erfindungsgemäß ist hierbei die in Gesamtheit auf die Oberfläche (4) der Förderbuchse (3) des Extruders (1) aufgebrachte Schicht (5) auf lediglich einem einteilig ausgeführten Segment (6) der Förderbuchse (3) oder vollständig auf der einteilig ausgeführten Förderbuchse (3) an sich durch eine ausschließlich thermisch aktivierte, chemische Gasphasenabscheidung abgeschieden.

The invention relates to an extruder (1) for polymer materials and the use of a coating method for the deposition of at least one layer (5) of a functional material from a gas phase, the extruder (1) having at least one conveying tool (2) for the polymer material, which is located in a conveying bush (3) is rotatably mounted and at least one of the mutually facing surfaces (4) of the conveying tool (2) and / or the conveying bush (3) has the layer (5) of a functional material which is deposited on the surface (4) from a gas phase . According to the invention, the layer (5) applied in its entirety to the surface (4) of the feed bush (3) of the extruder (1) is on only a one-piece segment (6) of the feed bush (3) or completely on the one-piece feed bush (3 ) deposited by an exclusively thermally activated chemical vapor deposition.

Description

Die Erfindung betrifft einen Extruder für Polymerwerkstoffe, wobei der Extruder zumindest ein Förderwerkzeug für den Polymerwerkstoff aufweist, welches in einer Förderbuchse drehbar gelagert ist und mindestens eine der einander zugewandten Oberflächen des Förderwerkzeuges und/oder der Förderbuchse eine Schicht eines Funktionswerkstoffes aufweist, welche aus einer Gasphase auf die Oberfläche abgeschieden ist. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung eines Beschichtungsverfahrens zur Abscheidung einer solchen Schicht.The invention relates to an extruder for polymer materials, the extruder having at least one conveying tool for the polymer material, which is rotatably mounted in a conveying bush and at least one of the facing surfaces of the conveying tool and / or the conveying bush has a layer of a functional material which consists of a gas phase is deposited on the surface. The invention further relates to the use of a coating method for the deposition of such a layer.

Zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit und somit unter anderem der erzielbaren Durchsatzmenge von Extrusionsanlagen, in welchen vorzugsweise eine Verarbeitung von Kautschuk erfolgt, besteht eine Möglichkeit darin, die Drehzahl der in der Extrusionsanlage rotierenden Förderschnecke zu erhöhen. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass mit steigender Drehzahl auch der Wärmeeintrag in das zu extrudierende Gut, beispielsweise den Kautschuk steigt. Dies ist jedoch dahingehend als Nachteil zu betrachten, dass aufgrund des steigenden Wärmeeintrages das zu extrudierende Gut geschädigt wird. Ausgehend von einem zu extrudierenden Kautschuk könnte eine vorzeitige Vulkanisierung erfolgen, was eindeutig unerwünscht ist.In order to increase the economic viability and thus, among other things, the achievable throughput of extrusion plants, in which rubber is preferably processed, there is one possibility of increasing the speed of the screw conveyor rotating in the extrusion plant. However, it should be noted here that with increasing speed, the heat input into the material to be extruded, for example the rubber, also increases. However, this is to be regarded as a disadvantage in that the material to be extruded is damaged due to the increasing heat input. Starting from a rubber to be extruded, premature vulcanization could take place, which is clearly undesirable.

Um eine Steigerung der Drehzahl zu ermöglichen und gleichzeitig den Wärmeeintrag in das zu extrudierende Gut zu verringern ist es bekannt, das Gleitverhalten des zu extrudierenden Gutes an der Förderschnecke sowie dem Förderzylinder, in welchem die Förderschnecke rotiert zu beeinflussen. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn an der Zylinderwand ein Haften und an der Schneckenoberfläche ein Gleiten des zu extrudierenden Gutes auftritt. In order to enable an increase in the speed and at the same time to reduce the heat input into the material to be extruded, it is known to influence the sliding behavior of the material to be extruded on the screw conveyor and the feed cylinder in which the screw conveyor rotates. It is particularly advantageous here if the material to be extruded adheres to the cylinder wall and slides on the screw surface.

Eine Möglichkeit das Gleitverhalten an Zylinderwand sowie Schnecke zu beeinflussen, besteht in der Beschichtung der Oberflächen mit Werkstoffen, welche das Gleitverhalten entsprechend verändern.One way of influencing the sliding behavior on the cylinder wall and worm is to coat the surfaces with materials that change the sliding behavior accordingly.

Beschichtungen zur Änderung der Oberflächeneigenschaften von Extrusionsvorrichtungen unterschiedlicher Art zielen meist darauf ab, die Verschleißbeständigkeit zu erhöhen oder den Reibungskoeffizient zwischen der Oberfläche des Extrusionswerkzeuges und dem zu extrudierenden Gut zu minimieren.Coatings for changing the surface properties of different types of extrusion devices usually aim to increase the wear resistance or to minimize the coefficient of friction between the surface of the extrusion die and the material to be extruded.

Hierzu zeigt die US 6,203,651 B1 einen Kunststoffextruder, bei welchem die Oberflächen von Austrittsdüse sowie Förderschnecke zunächst mit einer thermisch gut leitenden Metallschicht aus z. B. Beryllium und anschließend mit einer Schicht aus Polytetrafluorethylen (PTFE) und/oder einer diamantähnlichen Kohlenstoffschicht, auch bekannt als Diamond-like Carbon (DLC) beschichtet wird, um die Haftung und/oder Reibung zwischen zu extrudierendem Kunststoff und Austrittsdüse bzw. Förderschnecke zu minimieren und die Verschleißbeständigkeit zu erhöhen.The shows US 6,203,651 B1 a plastic extruder, in which the surfaces of the outlet nozzle and screw conveyor first with a thermally highly conductive metal layer made of z. B. beryllium and then coated with a layer of polytetrafluoroethylene (PTFE) and / or a diamond-like carbon layer, also known as diamond-like carbon (DLC), in order to increase the adhesion and / or friction between the plastic to be extruded and the outlet nozzle or screw conveyor minimize and increase wear resistance.

Ein vergleichbar gelagertes Vorgehen offenbart die EP 1 874 522 B1 , wobei bei der Herstellung einer Kunststofffolie mittels eines Extruders die innere Oberfläche des Düsenlippenbereiches der Extrusionsdüse des Extruders mittels einer reibungsmindernden Schicht ausgestattet ist. Diese Schicht kann unter anderem wiederum aus DLC oder aber auch aus Titannitrid (TiN), Titancarbonitrid (TiCN) oder weiteren bestehen. Als Herstellungsverfahren für die Schichten wird hierbei das Physical-vapour-deposition-Verfahren (PVD), also die physikalische Gasphasenabscheidung angeführt.A comparable procedure reveals the EP 1 874 522 B1 , In the production of a plastic film using an extruder, the inner surface of the die lip area of the extrusion die of the extruder is equipped with a friction-reducing layer. This layer can in turn consist of DLC or also of titanium nitride (TiN), titanium carbonitride (TiCN) or others. The physical vapor deposition process (PVD), that is to say the physical vapor deposition, is mentioned as the production process for the layers.

In der Regel ist zur Abscheidung mittels der verwendeten PVD-Verfahren ein Plasma notwendig, was jedoch dahingehend als nachteilig zu beurteilen ist, dass insbesondere im Inneren von Hohlkörpern wie z. B. Zylindern eine elektrostatische Abstoßung zwischen den abzuscheidenden Teilchen auftritt und somit lediglich Schichten erzeugt werden können, die äußerst inhomogen sind, was zur Folge hat, dass ein in einem Extruder vorhandener Zylinder in eine Vielzahl an zu beschichtenden Segmenten unterteilt werden muss. Dies wirkt sich äußerst nachteilig auf die Wirtschaftlichkeit der eine solche Schicht aufweisenden Extruder aus.As a rule, a plasma is required for the deposition by means of the PVD method used, but this must be assessed as disadvantageous in that, in particular, in the interior of hollow bodies such as, for. B. cylinders an electrostatic repulsion occurs between the particles to be deposited and thus only layers can be generated that are extremely inhomogeneous, with the result that an existing cylinder in an extruder must be divided into a plurality of segments to be coated. This has an extremely disadvantageous effect on the economy of the extruders having such a layer.

Im Hinblick auf den Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, einen Extruder zu schaffen, bei welchem die Wirtschaftlichkeit gegenüber dem eingangs genannten Extruder weiter gesteigert ist. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Verfügung zu stellen einen solchen Extruder zu fertigen.In view of the prior art, the invention is therefore based on the object of creating an extruder in which the economy is further increased compared to the extruder mentioned at the outset. Furthermore, the invention has for its object to provide a way to manufacture such an extruder.

Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Extruder gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.The first-mentioned object is achieved according to the invention with an extruder according to the features of claim 1.

Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.The further embodiment of the invention can be found in the subclaims.

Erfindungsgemäß ist also ein Extruder für Polymerwerkstoffe vorgesehen, wobei der Extruder zumindest ein Förderwerkzeug für den Polymerwerkstoff aufweist, welches in einer Förderbuchse drehbar gelagert ist. Hierbei weist zudem mindestens eine der einander zugewandten Oberflächen des Förderwerkzeuges und/oder der Förderbuchse zumindest eine Schicht eines Funktionswerkstoffes auf, welche aus einer Gasphase auf die Oberfläche abgeschieden ist. Erfindungsgemäß ist weiterhin die in Gesamtheit auf die Oberfläche der Förderbuchse des Extruders aufgebrachte Schicht auf lediglich einem einteilig ausgeführten Segment der Förderbuchse oder vollständig auf der einteilig ausgeführten Förderbuchse an sich durch eine ausschließlich thermisch aktivierte, chemische Gasphasenabscheidung abgeschieden.According to the invention, an extruder for polymer materials is therefore provided, the extruder having at least one feed tool for the polymer material, which is rotatably mounted in a feed bushing. Here, in addition, at least one of the surfaces of the conveying tool and / or the conveying bush facing one another has at least one layer of a functional material which is deposited on the surface from a gas phase. According to the invention, the layer applied as a whole to the surface of the feed bushing of the extruder is in one piece executed segment of the conveyor bushing or completely deposited on the one-piece conveyor bushing itself by an exclusively thermally activated, chemical vapor deposition.

Das zur Abscheidung der Schicht verwendete Verfahren der chemischen Gasphasenabscheidung, auch Chemical Vapour Deposition genannt und als CVD-Verfahren abgekürzt, ist somit lediglich ein Verfahren aus der Gruppe der CVD-Verfahren, welches eine thermisch aktivierte Abscheidung der Schicht beinhaltet. Eine weitere verbreitete Gruppe der CVD-Verfahren, bei welchen die Schichtabscheidung plasmaunterstützt erfolgt, ist somit nicht vorgesehen. Infrage kommende CVD-Verfahren stellen somit beispielsweise die chemische Gasphasenabscheidung bei Atmosphärendruck, die Atmospheric Pressure CVD, kurz APCVD, oder bei Niederdruck, die Low Pressure CVD, kurz LPCVD, dar. Die hiermit beschichtete Förderbuchse als auch das Förderwerkzeug können mit einer Schicht des Funktionswerkstoffes versehen sein, wobei sich die jeweilig abgeschiedene Schicht in ihrem jeweiligen Funktionswerkstoff unterscheiden kann. Durch Aufbringen einer Schicht auf das Förderwerkzeug könnte unter anderem das Wandgleiten, hierbei insbesondere die Wandgleitgeschwindigkeit einer im Extruder zu verarbeiteten Schmelze des Polymerwerkstoffes erhöht werden. Wandgleiten bedeutet hierbei, dass die Geschwindigkeit der Schmelze des Polymerwerkstoffes im Kontakt mit einer Oberfläche größer als Null ist. Der Polymerwerkstoff sollte dabei insbesondere ein Kautschuk oder eine Kautschukmischung sein, aber auch Polyethylene, Polyvinylchlorid, Polyactide oder weitere Werkstoffe sind denkbar. Besonders vorteilhaft wird die Schicht des Funktionswerkstoffes erfindungsgemäß lediglich auf einem Segment der Förderbuchse oder aber vollständig auf der Förderbuchse an sich abgeschieden, welches oder welche hierbei einteilig ausgeführt ist. Dadurch ist somit die Gesamtheit der Schicht des Funktionswerkstoffes auf lediglich einem der Segmente der Förderbuchse oder aber auf der gesamten Förderbuchse abgeschieden, wobei das Segment der Förderbuchse oder die Förderbuchse an sich keine weitere Segmentierung aufweist. Dies führt besonders gewinnbringend dazu, dass die Schicht über ihre Beschichtungslänge äußerst homogene Eigenschaften aufweist, da diese stets innerhalb lediglich eines Abscheidevorganges auf das Segment oder die Förderbuchse aufgebracht wird. In Zusammenhang mit der Verwendung einer ausschließlich thermisch aktivierten chemischen Gasphasenabscheidung ist es möglich eine demgegenüber weiter gesteigerte Homogenität der Schicht zu erreichen, da beispielsweise im Gegensatz zur plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidung, der Plasma Enhanced CVD, kurz PECVD, im Inneren der Förderbuchse keine elektrostatische Abstoßung der abzuscheidenden Schichtbestandteile auftritt.The chemical vapor deposition process used to deposit the layer, also called chemical vapor deposition and abbreviated as the CVD method, is thus only a method from the group of CVD methods which includes thermally activated deposition of the layer. Another widespread group of CVD processes in which the layer deposition is plasma-assisted is therefore not provided. Possible CVD methods thus represent, for example, chemical vapor deposition at atmospheric pressure, the atmospheric pressure CVD, APCVD for short, or low pressure CVD, LPCVD for short be provided, the respective deposited layer may differ in its respective functional material. By applying a layer to the conveying tool, among other things, wall sliding, in particular the wall sliding speed of a melt of the polymer material to be processed in the extruder, could be increased. Here, wall sliding means that the speed of the melt of the polymer material in contact with a surface is greater than zero. The polymer material should in particular be a rubber or a rubber mixture, but polyethylenes, polyvinyl chloride, polyactides or other materials are also conceivable. According to the invention, the layer of the functional material is particularly advantageously deposited only on a segment of the conveying bushing or else completely on the conveying bushing itself, which part is designed in one piece. As a result, the entirety of the layer of the functional material is thus deposited on only one of the segments of the feed bush or else on the entire feed bush, the segment of the feed bush or the feed bush having no further segmentation per se. This leads in a particularly profitable manner to the fact that the layer has extremely homogeneous properties over its coating length, since this is always applied to the segment or the conveying bushing in only one deposition process. In connection with the use of exclusively thermally activated chemical vapor deposition, it is possible to achieve a further increased homogeneity of the layer, since, for example, in contrast to plasma-assisted chemical vapor deposition, the Plasma Enhanced CVD, or PECVD for short, there is no electrostatic repulsion of the deposits to be deposited inside the conveyor bush Layer components occur.

Bei der Abscheidung der Schicht des Funktionswerkstoffes wird aufgrund der Natur des CVD-Verfahrens sowohl die äußere als auch die innere Oberfläche der Förderbuchse beschichtet. Von Bedeutung ist insbesondere die innere Oberfläche der Förderbuchse, welche die Oberfläche darstellt, die der Oberfläche des Förderwerkzeuges zugewandt ist.Due to the nature of the CVD process, both the outer and the inner surface of the conveyor bushing are coated during the deposition of the layer of the functional material. Of particular importance is the inner surface of the conveying bush, which represents the surface that faces the surface of the conveying tool.

Das Förderwerkzeug des Extruders könnte ein ein- oder mehrteilig ausgebildetes Förderwerkzeug sein, wobei der Extruder beispielsweise als ein Einschneckenextruder mit lediglich einer Schnecke als Förderwerkzeug und einer einfachen Zylinderbuchse als Förderbuchse oder aber auch als Doppelschneckenextruder ausgebildet sein könnte. Im Falle eines Doppelschneckenextruders würde das Förderwerkzeug somit aus einer der zwei Schnecken bestehen, wobei beide Förderwerkzeuge in einer miteinander verbundenen Doppelzylinderbuchse angeordnet sind. Denkbar ist jedoch ebenso, dass der Extruder als ein Planetwalzenextruder mit Zylinderbuchse oder auch Walzenzylinder als Förderbuchse und mit Zentralspindel und Planetenspindeln als mehrteiliges Förderwerkzeug ausgebildet ist. Darüber hinaus sind ebenso Ausführungen als Ring-Extruder sowie Ko-Kneter möglich. In allen Ausführungsformen des Extruders sollte die Förderbuchse das Förderwerkzeug in Längsrichtung zumindest abschnittsweise umschließen.The conveying tool of the extruder could be a one-part or multi-part conveying tool, wherein the extruder could be designed, for example, as a single-screw extruder with only one screw as the conveying tool and a simple cylinder bush as the conveying bush, or else as a twin-screw extruder. In the case of a twin-screw extruder, the conveying tool would thus consist of one of the two screws, both conveying tools being arranged in an interconnected double-cylinder bushing. However, it is also conceivable that the extruder is designed as a planetary roller extruder with a cylinder sleeve or roller cylinder as a conveyor sleeve and with a central spindle and planetary spindles as a multi-part conveyor tool. In addition, versions as ring extruders and co-kneaders are also possible. In all embodiments of the extruder, the feed bushing should enclose the feed tool in the longitudinal direction at least in sections.

In einer überaus vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Länge des die Schicht aufweisenden Segmentes der Förderbuchse oder die Länge der die Schicht aufweisenden Förderbuchse mehr als eineinhalb mal so groß, wie eine charakteristische Größe orthogonal zur Längsrichtung des Segmentes der Förderbuchse oder der Förderbuchse. Die charakteristische Größe kann beispielsweise der Durchmesser einer beispielsweise zylindrisch ausgestalteten Förderbuchse sein oder auch den Durchmesser einer Teilzylinderbuchse bei einem Doppelschneckenextruder darstellen. Da die Förderbuchse insbesondere zylindrisch ausgestaltet ist, ist die charakteristische Größe vorzugsweise ein Durchmesser der Förderbuchse. Die Ausbildung der Länge dahingehend, dass diese zumindest eineinhalb mal so groß ist wie die orthogonal zur Längsrichtung ausgebildete charakteristischen Größe, bewirkt, dass ein Segment der Förderbuchse oder eine Förderbuchse zu Verfügung gestellt werden kann, die über eine ausreichende Länge zur Plastifizierung, Dispergierung und Homogenisierung des Polymerwerkstoffes in Verbindung mit der signifikanten Erhöhung des Durchsatzes und somit Wirtschaftlichkeit des Extruders aufgrund der gesteigerten Wandhaftung verfügt.In an extremely advantageous development of the invention, the length of the segment of the conveyor bushing that has the layer or the Length of the conveying bush having the layer is more than one and a half times as large as a characteristic size orthogonal to the longitudinal direction of the segment of the conveying bush or the conveying bush. The characteristic size can be, for example, the diameter of, for example, a cylindrical feed bush or it can also represent the diameter of a part-cylinder bush in a twin-screw extruder. Since the feed bushing is in particular cylindrical, the characteristic size is preferably a diameter of the feed bushing. The formation of the length in such a way that it is at least one and a half times as large as the characteristic size formed orthogonally to the longitudinal direction, means that a segment of the conveying bush or a conveying bush can be provided which is of sufficient length for plasticizing, dispersing and homogenizing of the polymer material in connection with the significant increase in throughput and thus economy of the extruder due to the increased wall adhesion.

Zudem ist es als überaus gewinnbringend anzusehen, wenn die Länge des die Schicht aufweisenden Segmentes der Förderbuchse oder die Länge der die Schicht aufweisenden Förderbuchse in einem Bereich liegt, welcher viermal bis sechsmal so groß ist, wie eine charakteristische Größe orthogonal zur Längsrichtung des Segmentes der Förderbuchse oder der Förderbuchse, da eine Länge in diesem Bereich ein quasi Optimum zur Plastifizierung, Dispergierung und Homogenisierung des Polymerwerkstoffes sowie der Erhöhung des Durchsatzes bei Wahrung eines kritischen Bauraumbedarfes des Extruders darstellt.In addition, it is to be regarded as extremely profitable if the length of the segment of the conveyor bushing having the layer or the length of the conveyor bushing having the layer is in a range which is four to six times as large as a characteristic size orthogonal to the longitudinal direction of the segment of the conveyor bushing or the feed bushing, since a length in this area represents a quasi optimum for plasticizing, dispersing and homogenizing the polymer material and increasing the throughput while maintaining a critical space requirement of the extruder.

Eine weitaus erfolgversprechende Ausführungsform der Erfindung ist auch darin begründet, dass ausschließlich die Förderbuchse des Extruders eine abgeschiedene Schicht des Funktionswerkstoffes aufweist, da eine solche Vorgehensweise dahingehend als äußerst praxisgerecht angesehen werden kann, dass vor allem der Fertigungsaufwand verringert werden kann. Lediglich eine von zwei relevante Extruderkomponente weist dadurch eine Schicht des Funktionswerkstoffes auf. Hängt z. B. die Wandgleitgeschwindigkeit an der Oberfläche des Extruderwerkzeuges nur unwesentlich von der auf der Oberfläche des Extruderwerkzeuges aufgebrachten Schicht ab, so kann insbesondere aus ökonomischen sowie ökologischen Gesichtspunkten auf das Abscheiden einer Schicht verzichtet werden.A very promising embodiment of the invention is also based on the fact that only the feed bushing of the extruder has a deposited layer of the functional material, since such a procedure can be regarded as extremely practical in that, above all, the manufacturing effort can be reduced. As a result, only one of two relevant extruder components has a layer of the functional material. Hangs e.g. B. the wall sliding speed on the surface of the extruder tool only insignificantly from the layer applied to the surface of the extruder tool, it is possible to dispense with the deposition of a layer, in particular from an economic and ecological point of view.

Erhöht die auf der Oberfläche der Förderbuchse abgeschiedene Schicht des Funktionswerkstoffes die Anhaftung einer Schmelze des Polymerwerkstoffes an der Förderbuchse gegenüber einer unbeschichteten Förderbuchse, so ist es möglich den Durchsatz des Extruders, d. h. den Masse- oder Volumenstrom des aus dem Extruder austretenden Polymerwerkstoffes, gegenüber einer unbeschichteten Oberfläche der Förderbuchse deutlich zu steigern. Dieses an der Oberfläche, im Genauen an der auf der Oberfläche der Förderbuchse abgeschiedenen Schicht des Funktionswerkstoffes, auftretende Wandhaften der Schmelze des Polymerwerkstoffes ist insbesondere mit einem an dem Förderwerkzeug auftretenden Wandgleiten von bedeutendem Vorteil, um die Steigerung der Extrusionsleistung hervorzurufen.If the layer of the functional material deposited on the surface of the feed bushing increases the adhesion of a melt of the polymer material to the feed bushing compared to an uncoated feed bushing, the throughput of the extruder, i. H. to significantly increase the mass or volume flow of the polymer material emerging from the extruder compared to an uncoated surface of the feed bushing. This surface adhesion of the melt of the polymer material, which occurs on the surface, specifically on the layer of the functional material deposited on the surface of the feed bushing, is of particular advantage in particular with wall sliding occurring on the feed tool in order to bring about an increase in the extrusion performance.

Eine weitere überaus vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der durch die abgeschiedene Schicht erhöhten Anhaftung der Schmelze des Polymerwerkstoffes an der Förderbuchse, ein Wärmefluss in den Polymerwerkstoff und/oder die Schmelze des Polymerwerkstoffes erhöht wird, wodurch insbesondere gegenüber einer unbeschichteten Förderbuchse das Aufschmelzen des Polymerwerkstoffes im Extruder beschleunigt werden kann. Dies kann wiederum dahingehend als mit Vorteil behaftet angesehen werden, dass die Effizienz des Extrusionsprozesses vor allem in Hinblick auf einen gesteigerten Wirkungsgrad erhöht werden kann.Another extremely advantageous development of the invention is also characterized in that, due to the increased adhesion of the melt of the polymer material to the feed bush due to the deposited layer, a heat flow into the polymer material and / or the melt of the polymer material is increased, which in particular compared to an uncoated feed bush the melting of the polymer material in the extruder can be accelerated. This, in turn, can be regarded as advantageous in that the efficiency of the extrusion process can be increased, especially with a view to an increased efficiency.

Zudem liegt eine vielversprechende Ausführungsform der Erfindung darin begründet, dass mindestens zwei sich jeweils in der chemischen Zusammensetzung ihres Funktionswerkstoffes unterscheidende Schichten auf der Oberfläche der Förderbuchse abgeschieden sind, was vorteilhaft dazu führen kann, dass unterschiedliche Eigenschaften der einzelnen Schichten miteinander kombiniert werden könnten. Beispielsweise könnte eine Schicht eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen und eine zweite Schicht die Wandhaftung der Schmelze des Polymerwerkstoffes erhöhen. Die sich in ihrer chemischen Zusammensetzung unterscheidenden Schichten könnten zum einen an sich lokal unterscheidenden Stellen der Förderbuchse vorliegen. Denkbar ist ebenso, dass diese Schichten ein Zwei- oder Mehrschichtsystem bilden, bei welchem die einzelnen Schichten aufeinander abgeschieden sein können.In addition, a promising embodiment of the invention is based on the fact that at least two layers, each differing in the chemical composition of their functional material, are deposited on the surface of the conveyor bushing, which can advantageously lead to different properties of the individual layers being able to be combined with one another. For example, one layer could have a particularly good thermal conductivity and a second layer could increase the wall adhesion of the melt of the polymer material. The layers that differ in their chemical composition could, for one, be present at locations of the delivery bushing that differ locally. It is also conceivable that these layers form a two- or multi-layer system in which the individual layers can be deposited on one another.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist zudem das Förderwerkzeug eine mittels einer thermisch aktivierten, chemischen Gasphasenabscheidung aufgebrachte Schicht aus einem Funktionswerkstoff auf. In Anlehnung an die Beschichtung der Förderbuchse führt dies überaus vielversprechend dazu, dass die Schicht über ihre Beschichtungslänge äußerst homogene Eigenschaften aufweist. Durch die Verwendung einer Schicht des Funktionswerkstoffes kann die Extruderleistung im Bereich Extrusionstemperatur, Durchsatz und Homogenität und/oder weiteren Bereichen auf den zu extrudierenden Polymerwerkstoff abgestimmt werden.In a further advantageous development of the invention, the conveying tool also has a layer made of a functional material that is applied by means of a thermally activated, chemical gas phase deposition. Based on the coating of the feed bush, this very promisingly leads to the fact that the layer has extremely homogeneous properties over its coating length. By using a layer of the functional material, the extruder performance in the area of extrusion temperature, throughput and homogeneity and / or other areas can be matched to the polymer material to be extruded.

Verringert zudem die auf das Förderwerkzeug aufgebrachte Schicht die Anhaftung der Schmelze des Polymerwerkstoffes an dem Förderwerkzeug gegenüber einem unbeschichteten Förderwerkzeug, dann kann gewinnbringend die Wandhaftung reduziert und somit die Wandgleitgeschwindigkeit der Schmelze des Polymerwerkstoffes am Förderwerkzeug erhöht werden, wodurch sich eine erhöhte Extrusionsleistung erreichen lässt. In diesem Zusammenhang könnte durch die Erhöhung der Wandgleitgeschwindigkeit an dem Förderwerkzeug eine Erhöhung der inneren Reibung in der Schmelze des Polymerwerkstoffes erreicht werden. Dies könnte vorteilhaft dazu führen, dass aufgrund der erhöhten inneren Reibung eine Erhöhung der Dissipation der Bewegungsenergie der Schmelze zu thermischer Energie eintritt, wodurch ein geringerer Wärmefluss von außen in die Schmelze notwendig wäre, um das Aufschmelzen des Polymerwerkstoffes und/oder die thermische Homogenität der Schmelze im Extruder zu gewährleisten. Dadurch könnte die Effizienz des Extrusionsprozesses wiederum in Hinblick auf einen gesteigerten Wirkungsgrad erhöht werden.If, in addition, the layer applied to the conveying tool reduces the adhesion of the melt of the polymer material to the conveying tool compared to an uncoated conveying tool, then the wall adhesion can be reduced and the wall sliding speed of the melt of the polymer material on the conveying tool can be increased, as a result of which an increased extrusion capacity can be achieved. In this context, an increase in the internal friction in the melt of the polymer material could be achieved by increasing the wall sliding speed on the conveying tool. This could advantageously lead to an increase in the dissipation of the kinetic energy of the melt to thermal energy due to the increased internal friction, as a result of which a lower heat flow from the outside into the melt would be necessary in order to melt the polymer material and / or the thermal homogeneity of the melt to ensure in the extruder. This in turn could increase the efficiency of the extrusion process in terms of increased efficiency.

Als mit Vorteil behaftet kann eine Ausführungsform der Erfindung ebenso dann betrachtet werden, wenn die mittels der thermisch aktivierten chemischen Gasphasenabscheidung auf die Oberfläche des Förderwerkzeuges und/oder der Förderbuchse abgeschiedenen Schicht die Verschleißbeständigkeit gegenüber einem unbeschichteten Förderwerkzeug und/oder einer unbeschichteten Förderbuchse erhöht, womit zusätzlich z. B. zur Erhöhung des Durchsatzes des Extruders mittels der auf Förderbuchse und/oder Förderwerkzeug abgeschiedenen Schicht eine Erhöhung der Verschleißbeständigkeit erreicht werden könnte. Auf Basis dieser Vorgehensweise ließe sich die Effizienz und Wirtschaftlichkeit des Extrusionsprozesses weiter steigern.An embodiment of the invention can also be considered to be advantageous are when the layer deposited by means of the thermally activated chemical vapor deposition on the surface of the conveying tool and / or the conveying bushing increases the wear resistance compared to an uncoated conveying tool and / or an uncoated conveying bushing. B. to increase the throughput of the extruder by means of the layer deposited on the conveying bushing and / or conveying tool, an increase in wear resistance could be achieved. Based on this procedure, the efficiency and economy of the extrusion process could be further increased.

Die zweitgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verwendung eines Beschichtungsverfahrens gemäß den Merkmalen des Anspruches 8 gelöst.According to the invention, the second-mentioned object is achieved by using a coating method according to the features of claim 8.

Erfindungsgemäß ist somit die Verwendung eines Beschichtungsverfahrens zur Abscheidung einer Schicht eines Funktionswerkstoffes aus einer Gasphase auf mindestens einer der Oberflächen eines Förderwerkzeuges und/oder einer Förderbuchse eines Extruders für Polymerkwerkstoffe vorgesehen, wobei das Förderwerkzeug in der Förderbuchse drehbar und die zu beschichtenden Oberflächen einander zugewandt anordenbar sind. Überdies ist vorgesehen, dass die Abscheidung der auf der Förderbuchse des Extruders insgesamt abzuscheidenden Schicht durch eine, ausschließlich thermisch aktivierte, chemische Gasphasenabscheidung auf einem der jeweils einteilig ausgeführten Segmente der Förderbuchse oder der einteilig ausgeführten Förderbuchse an sich erfolgt. According to the invention, the use of a coating method for depositing a layer of a functional material from a gas phase on at least one of the surfaces of a conveying tool and / or a conveying bushing of an extruder for polymer materials is thus provided, the conveying tool being rotatable in the conveying bushing and the surfaces to be coated being able to be arranged facing one another . In addition, it is provided that the layer to be deposited on the extruder barrel as a whole is deposited by an exclusively thermally activated chemical vapor deposition on one of the one-piece segments of the barrel or the one-piece barrel.

Eine Anwendung eines plasmaunterstützen CVD-Verfahrens ist also nicht vorgesehen, was vorteilhaft dazu führt, dass die abgeschiedene Schicht des Funktionsmaterials über ihre Beschichtungslänge eine sehr hohe Homogenität ihrer Eigenschaften, wie beispielsweise die Schichtdicke als auch physikalische Eigenschaften wie Härte und Verschleißbeständigkeit sowie chemische Eigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit aufweist. Dies ist durch den Verzicht auf ein plasmaunterstütztes CVD-Verfahren und der ausschließlichen Verwendung von thermisch aktivierten CVD-Verfahren für eine quasi beliebige Länge der Förderbuchse möglich, wodurch es unter anderem ermöglicht werden kann, dass die Schicht des Funktionswerkstoffes ohne eine Segmentierung der Förderbuchse auf diese abgeschieden werden kann.The use of a plasma-assisted CVD process is therefore not envisaged, which advantageously leads to the fact that the deposited layer of the functional material has a very high homogeneity of its properties over its coating length, such as the layer thickness as well as physical properties such as hardness and wear resistance as well as chemical properties such as corrosion resistance having. This is possible by dispensing with a plasma-assisted CVD process and the exclusive use of thermally activated CVD processes for virtually any length of the conveyor bushing, which among other things makes it possible for the layer of the functional material to be segmented onto the conveyor bushing without it can be deposited.

Mögliche, abzuscheidende Funktionswerkstoffe sind beispielsweise diamantähnliche Kohlenstoffschichten, sogenanntes Diamond-like Carbon, Titannitrid, Titancarbonitrid, Siliziumnitrid sowie weitere Keramik- und/oder Metallverbindungen.Possible functional materials to be deposited are, for example, diamond-like carbon layers, so-called diamond-like carbon, titanium nitride, titanium carbonitride, silicon nitride and other ceramic and / or metal compounds.

Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

1 eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Extruders;
2 eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Extruders mit einer Schicht des Funktionswerkstoffes auf lediglich einem Segment.

The invention permits various embodiments. To further clarify its basic principle, one of these is shown in the drawing and is described below. This shows in

1 a development of the extruder according to the invention;
2nd a development of the extruder according to the invention with a layer of the functional material on only one segment.

1 zeigt eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Extruders 1 für Polymerwerkstoffe. Hierbei verfügt der Extruder 1 über das Förderwerkzeug 2 für den Polymerwerkstoff, wobei dieses in einer Förderbuchse 3 drehbar gelagert ist. Eine der einander zugewandten Oberflächen 4 des Förderwerkzeuges 2 und der Förderbuchse 3 weist die Schicht 5 eines Funktionswerkstoffes auf, welche hierbei mittels einer ausschließlich thermisch aktivierten, chemische Gasphasenabscheidung auf die Oberfläche 4 abgeschieden ist. Weiterhin ist die in Gesamtheit auf die hier innere Oberfläche 4 der Förderbuchse 3 des Extruders 1 aufgebrachte Schicht 5 vollständig und ausschließlich auf der einteilig ausgeführten Förderbuchse 3 aufgebracht. Die Länge 8 der die Schicht 5 aufweisenden Förderbuchse 3 ist dabei mehr als eineinhalb mal so groß, wie die charakteristische Größe 9 orthogonal zur Längsrichtung der Förderbuchse 3. In 1 ist der Extruder 1 als ein Einschneckenextruder ausgebildet, wodurch die charakteristische Größe 9 der Durchmesser der als Zylinderbuchse ausgebildeten Förderbuchse 3 ist. 1 shows a development of the extruder according to the invention 1 for polymer materials. Here the extruder has 1 via the conveyor tool 2nd for the polymer material, this in a conveyor bush 3rd is rotatably mounted. One of the surfaces facing each other 4th of the conveyor tool 2nd and the conveyor bush 3rd points the layer 5 of a functional material, which is here by means of an exclusively thermally activated, chemical vapor deposition on the surface 4th is deposited. Furthermore, the whole is on the inner surface here 4th the feed bush 3rd of the extruder 1 applied layer 5 completely and exclusively on the one-piece conveyor bush 3rd upset. The length 8th of the layer 5 bearing bush 3rd is more than one and a half times the characteristic size 9 orthogonal to the longitudinal direction of the conveyor bush 3rd . In 1 is the extruder 1 designed as a single screw extruder, which makes the characteristic size 9 the diameter of the feed bush designed as a cylinder bush 3rd is.

2 zeigt eine weitere Weiterbildung des Extruders 1. Hierbei ist die auf die Förderbuchse 3 abgeschiedene Schicht 5 auf lediglich einem der einteilig ausgeführten Segmente 6 der Förderbuchse 3 durch eine ausschließlich thermisch aktivierte, chemische Gasphasenabscheidung auf der Oberfläche 4 des einen Segmentes 6 abgeschieden. Hierbei ist die Länge 7 des die Schicht 5 aufweisenden Segmentes 6 der Förderbuchse 3 wiederum mehr als eineinhalb mal so groß, wie die charakteristische Größe 9 orthogonal zur Längsrichtung des Segmentes 6 der Förderbuchse 3, wobei die charakteristische Größe 9 ebenso den Durchmesser der als Zylinderbuchse ausgebildeten Förderbuchse 3 beschreibt. Das als Schnecke ausgebildete Förderwerkzeug 2 zeigt im Gegensatz zu 1 die vollständig auf der Oberfläche 4 des Förderwerkzeuges 2 abgeschiedene Schicht 10 aus einem Funktionswerkstoff, wobei diese ebenso mittels einer ausschließlich thermisch aktivierten, chemischen Gasphasenabscheidung auf das Förderwerkzeug 2 aufgebracht ist. 2nd shows a further development of the extruder 1 . Here is the on the feed bush 3rd deposited layer 5 on only one of the one-piece segments 6 the feed bush 3rd through an exclusively thermally activated chemical vapor deposition on the surface 4th of one segment 6 deposited. Here is the length 7 of the layer 5 exhibiting segment 6 the feed bush 3rd again more than one and a half times the characteristic size 9 orthogonal to the longitudinal direction of the segment 6 the feed bush 3rd , the characteristic size 9 also the diameter of the conveyor bushing, which is designed as a cylinder bushing 3rd describes. The conveyor tool designed as a screw 2nd shows contrary to 1 the completely on the surface 4th of the conveyor tool 2nd deposited layer 10th Made of a functional material, which is also on the conveyor tool by means of an exclusively thermally activated chemical vapor deposition 2nd is applied.

Bezugszeichenliste Reference list

11: ExtruderExtruder
22nd: FörderwerkzeugConveyor tool
33rd: FörderbuchseConveyor bushing
44th: Oberflächesurface
5, 105, 10: Schicht layer
66: Segmentsegment
7, 87, 8: Längelength
99: Charakteristische GrößeCharacteristic size

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

US 6203651 B1 [0006]
EP 1874522 B1 [0007]

Claims

Extruder (1) for polymer materials, the extruder (1) having at least one conveying tool (2) for the polymer material, which is rotatably mounted in a conveying bush (3) and at least one of the mutually facing surfaces (4) of the conveying tool (2) and / or the feed bushing (3) has at least one layer (5) of a functional material, which is deposited on the surface (4) from a gas phase, characterized in that the entire surface (4) of the feed bushing (3) of the extruder ( 1) applied layer (5) is deposited on only a one-piece segment (6) of the conveyor bushing (3) or completely on the one-piece conveyor bushing (3) per se by an exclusively thermally activated, chemical vapor deposition.

Extruder (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the length (7) of the segment (6) having the layer (5) of the conveying bush (3) or the length (8) of the conveying bush having the layer (5) (3) is more than one and a half times as large as a characteristic size (9) orthogonal to the longitudinal direction of the segment (6) of the conveyor bush (3) or the conveyor bush (3).

Extruder (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the length (7) of the segment (6) having the layer (5) of the conveying bush (3) or the length (8) of the conveying bush having the layer (5) (3) lies in an area which is four to six times as large as the characteristic size (9) orthogonal to the longitudinal direction of the segment (6) of the conveyor bushing (3) or the conveyor bushing (3).

Extruder (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that only the feed bush (3) of the extruder (1) has a deposited layer (5) of the functional material.

Extruder (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the layer (5) of the functional material deposited on the surface (4) of the feed bushing (3) prevents a melt of the polymer material from adhering to the feed bushing (3) with respect to an uncoated feed bushing (3) increased.

Extruder (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that a heat flow into the polymer material and / or the melt of the polymer material is increased due to the increased adhesion of the melt of the polymer material to the feed bush (3) due to the deposited layer (5) .

Extruder (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least two layers (5), each differing in the chemical composition of their functional material, are deposited on the surface (4) of the feed bushing (3).

Extruder (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the conveying tool (2) has a layer (10) made of a functional material which is applied by means of a thermally activated, chemical gas phase deposition.

Extruder (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the layer (10) applied to the conveying tool (2) reduces the adhesion of the melt of the polymer material to the conveying tool (2) compared to an uncoated conveying tool (2).

Extruder (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the layer (5, 10) deposited on the surface (4) of the conveying tool and / or the conveying bush (3) by means of the thermally activated chemical vapor deposition has the wear resistance compared to an uncoated one Conveyor tool and / or an uncoated conveyor bush increased.

Use of a coating method for depositing a layer (5) of a functional material from a gas phase on at least one of the surfaces (4) of a conveying tool (2) and / or a conveying bush (3) of an extruder (1) for polymer materials, the conveying tool (2) Can be rotated in the feed bushing (3) and the surfaces (4) to be coated can be arranged facing one another, characterized in that the layer (5) to be deposited overall on the feed bushing (3) of the extruder (1) is deposited by an exclusively thermally activated layer , chemical vapor deposition takes place on one of the segments (6) of the delivery bush (3) or the delivery bush (3) made in one piece.