DE2810721A1

DE2810721A1 - Extruderscheibe

Info

Publication number: DE2810721A1
Application number: DE19782810721
Authority: DE
Inventors: John Alan Pardoe
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1977-03-16
Filing date: 1978-03-13
Publication date: 1978-09-21
Also published as: JPS53117667A; NO146386B; SE430660B; BE864927A; FR2383721B1; NO780738L; SE7803002L; DE2810721C2; GB1590776A; AU523123B2; IT1107347B; JPS613567B2; ZA78984B; US4378686A; FR2383721A1; CA1102986A; AU3411278A; NO146386C; IT7867569A0

Description

DR. E3RG DIPL -ING. 3TAPF 9 Q 1 Π 7 9 1

DIPL.-ING. SCHWABE DR. PR. SANDMAIR ^ " I U / Z I

PATENTANWÄLTE Postfach 860245 · 8000 München 86

Anwaltsakte 28 891 ¹^- ^μ^γζ 1978

United Kingdom Atomic Energy Authority, London, Grossbritanien.

Extruders ehe ib e

-Ansprüche-

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β (089) 988272 Telegramme: Bankkonten: Hypo-Bank München 4410122850

988273 BERGSTAPFPATENT München (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM

988274 TELEX: Bayec Vereinsbank München 453100 (BLZ 70020270) 983310 0524560BERGd Postscheck München 65343-808 (BLZ 70010080)

Die Erfindung bezieht sich auf das Formen von Werkstoffen durch Extrudieren.

Die GB-PS 1 370 894 der Anmelderin beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Formen von kontinuierlich zugeführten Werkstoffen durch Extrudieren. Bei dem beschriebenen Verfahren ist vorgesehen, daß ein Ausgangsmaterial in ein Ende eines Durchlasses eingebracht wird, welcher zwischen einem ersten und einem zweiten Teil gebildet ist, wobei die mit dem zu extrudierenden Material in Berührung kommende Oberfläche des zweiten Teiles größer ist als die entsprechende Oberfläche des ersten Teils, daß das dem einem Ende gegenüber liegende Ende des Durchlasses abgesperrt ist und wenigstens eine Formöffnung aufweist, und daß die den Durchlaß begrenzende Oberfläche des zweiten Teils relativ zu der den Durchlaß begrenzenden Oberfläche des ersten Teils von dem einem Ende zum versperrten Ende hin bzw. in Richtung auf die oder jede Formöffnung zu bewegt wird, so daß das Ausgangsmaterial durch Reibung mit der den Durchlaß begrenzenden Oberfläche des zweiten Teils im wesentlichen vollständig entlang dem Durchlaß mitgenommen und durch die oder jede Formöffnung hindurch ausgepreßt wird.

Die in der genannten GB-PS beschriebene Vorrichtung umfaßt bewegliche und feststehende Teile, welche zusammen einen länglichen Durchlaß begrenzen, ein in den Durchlaß hinein ragendes und diesen versperrendes Verschlußteil,

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wenigstens eine dem. Verschlußteil zugeordnete, vom Durchlaßausgehende Formöffnung, eine Einrichtung für die kontinuierliche Zufuhr eines zu extrudierenden Werkstoffs zu einer vom Verschlußteil· entfernten Ste^e des Durchlasses, wobei die den Durchlaß begrenzende Oberfläche des beweglichen Teils größer ist als die den Durchlaß begrenzende Oberfläche des feststehenden Teils, so daß das dem Durchlaß zugeführte Material bei der Bewegung der den Durchlaß begrenzenden Oberfläche des beweglichen Teils relativ zu der den Durchlaß begrenzenden-Oberfläche des feststehenden Teils durch die Reibung mit der den Durchlaß begrenzenden Oberfläche des beweglichen Teils in Richtung auf das Verschlußteil mitgenommen und dadurch im wesentlichen vollständig durch die; oder jede Formöffnung hindurch ausgepreßt wird.: ■■'. -.":■

,In einer besonderen Äusführungsform hat die in der genannten G-B-PS beschriebene Vorrichtung eine das bewegliche Teil darstellende , von einer endlosen Nut umgebene, drehbare Scheibe, einen die Nut über ein Teil· ihrer Länge überdeckenden, feststehenden Schuh, welcher zusammen mit der Nut einen Durchlaß begrenzt, ein dem Schuh zugeordnetes ,in die Nut hineinragendes und ein Ende des Durchlasses versperrendes Verschiufiteil und wenigstens eine dem Verschlußteil· oder dem Schuh zugeordnete Formöffnung. Eine -^; soTölie Vorrichtung eignet sich zum kontinuieriichen Extrudieren eines dem Durchlaß kontinuieriich zugeführten WerkstoffS-durch die Formöffnung.

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Die GB-PS Λ 4-34 201 der Anmelderin, ein Zusatzpatent zu der genannten Gb-PS 1 370 894·, beschreibt Verbesserungen der vorstehend beschriebenen Vorrichtung. Gemäß diesen Verbesserungen hat der Schuh einen vor dem Verschlußteil in den Durchlaß hineinragenden und sich über ein Teil seiner Länge erstreckenden Vorsprung, dessen Breite im wesentlichen gleich der des Durchlasses ist. Eine weitere Verbesserung besteht darin, daß die von der Nut umgebene Scheibe aus drei an einander liegenden Scheiben zusammengesetzt ist, wobei die mittlere Scheibe einen kleineren Durchmesser hat als die beiden äusseren Scheiben, so daß auf dies.e Weise eine Wut gebildet ist. Die drei Scheiben sind durch einander entgegengesetzte, auf die beiden äusseren Scheiben ausgeübte Kräfte unter Druck zusammengehalten.

Durch die dreiteilige Ausführung der Scheibe sind Spannungskonzentrationen vermieden, wie sie in den Ecken einer in einer einstückige Scheibe gefrästen Hut auftreten.

Während des Extrudierens ist die Scheibe zyklisch auftretenden thermischen und mechanischen Belastungen unterworfen. Die thermische Belastung ergibt sich aus der durch die Gleitreibung zwischen dem Ausgangsmaterial, dem Schuh und der Scheibe sowie von der im Verlauf des Verfahrens erzeugten Verformungsenergie hervorgerufenen Erwärmung. Die mechanische Belastung ergibt sich aus dem in den Bereichen, in denen das Material komprimiert und extrudiert wird,

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erzeugten Druck. Die beiden Arten der Belastung treten zyklisch: auf, wenn die einzelnen Bereiche der Arbeits- fläche der Scheibe bei deren Drehung den Extrutionsbereich durchlaufen. Die kombinierte zyklische Belastung kann zur Entstehung von feinen Ermüdungsrissen in den Oberflächen der Nut führen. Durch das Eindringen des komprimierten Materials in die feinen Risse können diese sieh-dann vergrößern, bis die Scheibe schließlich zerbricht. ".."■""-" -; ■: "■.-.-

Bei/ einer dreiteiligen Scheibe ergeben sich gewisse Schwierigkeiten in bezug auf die Abführung der Wärme von der den Boden der Hut bildenden mittleren Scheibe, so daß diese für durch die; thermische Belastung hervorgerufene Schäden anfälliger ist als die beiden äusseren Scheiben» Die Erfindung schafft eine Ausführungsform einer solchen Scheibe!,/welche diesen Nachteil verringert oder gänzlich /beseitigt:. -.-.-■:-.'

Gemäß der Erfindung ist bei einer Extriiderscheibe mit einer entlang dem Umfang verlaufenden endlosen Nut für eine Yorrichtung; zumMcontimiieriichen Formen von Werkstoffen durch Extrudieren vorgesehen,'daß sie aus zwei in einer innerhalb -der Breite des "Bodens der Nut verlaufenden r.arialen Ebene in gegenseitiger Anlage befindlichen Teilen zusammengesetzt ist, welche im Betrieb der Scheibe zum Extrudieren eines Werkstoffs unter Druck in gegenseitiger Anlage zusammengehalten sind.

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Eine Einrichtung zum Zusammenhalten der beiden Teile kann eine hydraulische Einspannvorrichtung oder Mutter aufweisen, welche so angeordnet ist, daß sie einander entgegengesetzte Kräfte erzeugt, welche die beiden Teile in gegenseitiger Anlage zusammenhalt.

Die Berührungsebene kann in der Mitte des Bodens der Nut verlaufen oder in bezug auf die Breite der Wut unsymmetrisch angeordnet sein. Sie kann auch in der gleichen Ebene verlaufen wie eine der Seitenwände der Nut.

In radialer Richtung erstreckt sich die Berührungsebene vorzugsweise nicht bis an eine angetriebene Welle heran, auf welcher die Scheibe aufgekeilt oder sonstwie gemeinsam damit drehbar befestigt ist, und vom Umfang der Welle aus erstreckt sich ein ringförmiger Hohlraum in radialer Richtung um ein Stück auf die Nut zu. Es können Einrichtungen zum Hindurchleiten eines Kühlmittels durch den Hohlraum vorgesehen sein, oder der Hohlraum kann mit einem Material gefüllt sein, welches eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das Material der beiden Teile der Scheibe.

Sofern die Berührungsebene nicht in der gleichen Ebene verläuft wie eine der Seitenwände der Nut, sind die Ecken der Nut vorzugsweise ausgerundet, um Spannungskonzentrationen zu vermeiden bzw. zu verringern.

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Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 eine Teilansicht einer Extruderscheibe in axialem Schnitt in einer Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 2 und 3 Fig. 1 entsprechende Ansichten einer zweiten bezw. dritten Ausführungsform, in denen einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind.

Fig. 1 zeigt eine Extruderscheibe für eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Formen von Werkstoffen durch Extrudieren in einem in der genannten GB-PS 1 370 894-beschriebenen Verfahren. Die Scheibe 1 ist auf einer angetriebenen Welle 2 befestigt und entlang ihrem Umfang von einer endlosen Hut 3 umgeben. Die Nut 3, die Welle 2 und die Scheibe 1 sind hinsichtlich ihrer Wirkung identisch mit der Nut 3 der Welle 2 und der Scheibe 1 in Fig. 1 - 4- der vorstehend genannten GB-PS der Anmelderin. Während ,jedoch die dort beschriebene Scheibe 1 einstückig ausgeführt und die Nut 3 in ihren Umfang gefräst oder sonstwie geformt ist,ist die Scheibe 1 gemäß der vorliegenden Erfindung aus zwei Teilen 4-, 5 zusammengesetzt. In der Ausführungsform nach Fig.1 haben die beiden Teile 4-, 5 die gleiche Form und sind spiegelbildlich zueinander angeordnet, so daß sie sich in einer in bezug auf die Nut 3 symmetrisch angeordneten Berührungsebene 6

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in gegensextxger Anlage befinden. Die Berührungsebene oder Berührungsfläche 6 erstreckt sich in Richtung auf die Welle 2 bis zu einem ringförmigen Hohlraum 7, welcher durch Vertiefungen 8, 9 in den beiden Teilen 4- bzw. 5 gebildet ist. Die beiden Teile 4-, 5 sind mittels eines Keils 10 drehfest auf der Welle 2 befestigt. Mir eine wirksame Kraftübertragung können mehrere Keile 10 in gleichen Abständen um die Welle 2 herum geordnet sein. Die beiden Teile 4, 5 sind durch einander entgegengesetzte, gleiche Kräfte in gegenseitiger Anlage entlang der Berührungsebene 6 zusammengehalten. Diese einander gleichen Kräfte können durch eine hydraulische Einspannvorrichtung oder Mutter, welche an der Außenseite des einen Teils angreift, und einen an der Außenseite des anderen Teils angreifenden Gegenhalt erzeugt werden. Abweichend von der in der genannten GB-PS 1 370 894- der Anmelderin beschriebenen Ausführungsform ist der Querschnitt der Nut 3 nicht rechteckig, sondern hat vorzugsweise, wie in Fig. 1 dargestellt, ausgerundete Ecken, so daß an den Stellen, an denen auf Grund des auswärts gerichteten Drucks in der Nut 3 die Gefahr von Scherbrüchen besteht, Spannungskonzentrationen vermieden sind.

Wie bereits erwähnt kann die zyklische, mechanische und thermische Belastung zu einem Bruch der Scheibe führen. Die in der Nut 3 auf das Material ausgeübte Arbeit erzeugt Wärme, wobei der jeweils erwärmte Bereich entlang dem Umfang der Scheibe wandert. Die nachteiligen Aus-

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Wirkungen der Erwärmung können durch wirksame Kühlung der Scheibe/bis zu einem gewissen Maß verringert werden. Zu diesem Zweck kann ein Kühlmittel über ( nicht gezeigte) axiale und radiale Bohrungen in der Welle 2 durch den Hohlraum7 hindurch geleitet werden. Anderenfalls kann im Hohlraum 7 ein Wärmeableiter angeordnet sein, beispielsweise ein ."Material, welches eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als" das Material der Scheibe. Die Scheibe selbst ist gewöhnlich aus einem legiertem Stahl, beispielsweise aus einem hochfestem_: Stahl mit einem Chromgehalt von 5%· Als Material für einen Wärmeableiter in einer solchen Scheibe eignen sich beispielsweise Metalle wie Natrium oder Kupfer.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 entspricht im wesentlichen der in Fig.-1 dargestellten, mit dem Unterschied, daß die Berührungsfläche6· in bezug auf die Nut 3' unsymmetrisch angeordnet ist. Die beiden Teile 4-', 5¹ haben somit nicht die gleiche Form. Der Hohlraum 7* kann durch eine Vertiefung 9■' in dem einen Teil 5¹ gebildet sein, wobei dann die Berührungsfläche 6' des anderen Teils radial einwärts verlängert ist oder er kann, wie durch strichpunktierte Linien dargestellt, durch Vertiefungen 9¹, 8' in den beiden Teilen 5' bzw. 4-^T gebildet sein. Wie in der Ausführungsform nach Fig. 1 kann der Hohlraum 7' zum Hindurchleiten eines Kühlmittels eingerichtet sein oder einen Wärmeableiter enthalten. ;

In der Ausführungsform nach Fig. 3 ist die Berührungs-

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fläche 6" nicht nur, wie in Fig. 2 dargestellt, radial einwärts, sondern auch radial auswärts verlängert und bildet die eine Seitenwand der Nut". In diesem Falle hat die Hut 3" eine ausgerundete und eine nicht ausgerundete Ecke zwischem dem Boden und der jeweiligen Seitenwand. In den Hohlraum 7" können wiederum, wie vorstehend beschrieben, Einrichtungen zum Abführen von Wärme von der Scheibe vorgesehen sein.

Gemäß der Erfindung kann die Scheibe bei Auftreten von feinen Ermüdungsrissen in den Wänden der Nut repariert werden, braucht also nicht ausgewechselt zu werden. In einem solchen Fall kann das Profil der Nut bis zur Tiefe der Risse spanabhebend bearbeitet werden, wobei dann der Abtrag des Materials an den Wänden der Nut durch spanabhebende Bearbeitung an den Berührungsflächen ausgeglichen werden kann. Ein solches Verfahren ist offensichtlich sehr viel wirtschaftlicher als die vollständige Erneuerung der Scheibe.

In allen Ausf,ührungsf ormen kann die Nut einen ebenen Boden mit wenigstens einer ausgerundeten Ecke aufweisen, wie durch strichpunktierte Linien dargestellt. In der Ausführungsform nach Fig. 3 ist nur die eine, an der rechten Seite liegende Ecke ausgerundet.

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Claims

DR. B^RG DIPL -ING. STAPF DIPL-ING-SCHWABb DR. DR. SANDMAIR PATENTANWÄLTE Postfach 860245· 8000 München 86 £.Q Anwaltsakte 28 891 .Patentansprüche:

1.V Drehbare Extruderseheibe mit einer entlang dem iJmfang verlaufenden endlosen Nut für eine Vorrichtung zum, kontinuierlichen Formen von Werkstoffen durch Extrudieren, dadurch ge k ennzeichnet, daß die : Scheibe(1) aus zwei.in einer innerhalb der Breite der Wut (5) verlaufenden Ebene in gegenseitiger Anlage befindlichen Teilen (4-, 5) gebildet ist, welche im Betrieb der Scheibe zum Extrudieren.eines Werkstoffs unter Druck ; in gegenseitiger Anlage gehalten sind.

2. ; \;Extruderscheibe nach Anspruch 1, dadurch ^: ge ken η ze ic h η e t, daß die beiden Teile (4, 5) durch von einea? hydraulischen Einspannvorrichtung erzeugte, einander entgegengesetzte Kräfte in gegenseitiger Anlage gehalten sind.

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009838/0S03.

«(089)988272 X Telegramme·. Bankkonten: Hypo-Bank München 4410122850

988273 BERGSTAPFPATENT München (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM

V988274 ; ■-.,-■-" TELEX:. Bayet Vereinsbank München 453100 (BLZ 70020270)

983310 0524560BERGd "·." Postscheck München 65343-808 (BLZ 70010080)

— C —

3. Extruder Scheibe nach. Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennz eichnet, daß die Berührungsebene (6) durch die Mitte des Bodens der Nut (3) verläuft.

4-. Extruders ehe ibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsebene (6) in bezug auf den Boden der Nut (3) unsymmetrisch angeordnet ist.

5· Extruderscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsebene (6) in einer Ebene mit einer Seitemirand der Mut (3) verläuft.

6. Extruderscheibe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 5_? dadurch gekennzeichnet, daß sich die Berührungsebene (6) in radialer Richtung nicht bis an eine Welle (2), auf welcher die Scheibe (1) damit gemeinsam drehbar befestigt ist, heran erstreckt, und daß sich ein ringförmiger Hohlraum (7) vom Umfang der Welle in radialer Richtung um ein Stück auf die Nut (3) zu erstreckt.

7· Extruderscheibe nach Anspruch 6, dadurch gekennz e ichne t, daß Einrichtungen zum Hindurchleiten eines Kühlmittels durch den Hohlraum (7) vorgesehen sind.

8. Extruderscheibe nach Anspruch 6, dadurch

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gekenn ze lehnet, daß der Hohlraum (7) mit einem Material gefüllt ist, welches eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das Material der beiden Teile (4, 5) der Scheibe (1).

9. Extruderscheibe nach wenigstens einem der Ansprüche 1-4· und 6 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ecken der Nut (3) zur Verringerung von Spannungskonzentrationen während des Betriebs der Scheibe (1) zum Extrudieren eines Werkstoffs ausgerundet sind.

10. Extruderscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nur die der in der Berülirungsebene verlaufenden Seitenwand der Nut (3) gegenüber liegende Ecke derselben zur Verringerung von SOannungskonzentrationen während des Betriebs der Scheibe (1) zum Extrudieren eines Werkstoffs ausgerundet ist.

11. Vorrichtung zum kontinuierlichen Extrudieren eines Werkstoffs mit einer entlang ihrem Umfang von einer endlosen Nut umgebenen, drehbaren Scheibe, einem die Nut über ein Teil ihrer Länge überdeckenden und mit der Nut zusammen einen Durchlaß begrenzenden, feststehenden Schuh, einem dem Schuh zugeordneten und zum Absperren eines Ende des Durchlasses in die Nut hineinragenden feststehenden Verschlußteil und wenigstens einer dem Verschlußteil oder dem Schuh zugeordneten, nahe dem abgesperrten Ende des

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Durchlasses in Strömungsverbindung mit diesem stehenden Formöffnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (1) entsprechend wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist.

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