DE3140188C2

DE3140188C2 -

Info

Publication number: DE3140188C2
Application number: DE3140188A
Authority: DE
Inventors: Friedrich 3000 Hannover De Theysohn
Original assignee: Friedrich Theysohn GmbH
Current assignee: Friedrich Theysohn GmbH
Priority date: 1981-10-09
Filing date: 1981-10-09
Publication date: 1987-09-10
Also published as: DE3140188A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung einer verschleißfesten Schicht in einem Schneckengehäuse eines Doppelschneckenextruders, dessen Schneckengehäuse einen Arbeitsraum zur Aufnahme von zwei in einer Ebene nebenein anderliegenden Schnecken aufweist, der aus zwei nebenein anderliegenden in Längsrichtung verlaufenden und ineinander übergehenden Bohrungen besteht und eine in Form einer offenen "8" ausgebildete Querschnittsumrandung hat.

Unter "Doppelschneckenextruder" sollen alle üblichen Strang pressen oder Spritzgießmaschinen verstanden sein. Sie werden auf allen Gebieten der Technik zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoff oder auch aus Gummi verwendet. Gegenüber Extrudern mit nur einer Förderschnecke (Schnecke) haben sie den Vorteil, daß das Material durch die beiden Schnecken gleichmäßiger ausgetragen wird. Das Gehäuse für eine solche Doppelschnecke ist so gestaltet, daß die Öffnung in demselben die Form einer "8" hat, d. h. also, die Bohrungen für die beiden Schnecken sind an der Berührungsstelle zueinander offen. Die beiden, eine solche Öffnung darstellenden Boh rungen können durchgehend zylindrisch, mit gleichbleibendem Durchmesser ausgebildet sein, sie können jedoch auch konisch ausgeführt sein.

Da die Schnecken sich im Schneckengehäuse drehen und der Spalt zwischen den Schnecken und der Oberfläche des Schneckenge häuses sehr klein sein muß, damit der erforderliche Druck zum Verspritzen des Materials aufgebaut werden kann, ist die innere Oberfläche des Schneckengehäuses einem ständigen Verschleiß ausgesetzt, so daß diese Oberfläche besonders verschleißfest sein muß. Zur Herstellung einer verschleißfesten Oberfläche im Gehäuse von Extrudern sind schon Verfahren bekanntgeworden.

Es ist entsprechend der DE-PS 23 27 684 prinzipiell möglich, das ganze Schneckengehäuse eines Extruders aus einem Material zu fertigen, das besonders verschleißfest ist. Ein solches Material kann ein hoch veredelter Stahl sein. Der Aufwand an sehr teurem Material ist dabei so erheblich, daß ein solcher Extruder zwar herstellbar, aus wirtschaftlichen Gründen aber kaum verkäuflich ist. Es wird daher für das Schneckengehäuse des Extruders in der Regel ein wesentlich weniger festes Mate rial verwendet. Auf der inneren Oberfläche des Arbeitsraums wird dann entweder eine verschleißfeste Schicht erzeugt oder es wird eine sogenannte Verschleißbuchse in das Schneckengehäuse eingesetzt.

Die Verwendung von Verschleißbüchsen geht beispielsweise aus der DE-PS 24 23 785 oder aus der DE-AS 25 58 611 hervor. Diese austauschbaren Verschleißbüchsen können nur in kurzen Längen hergestellt werden, so daß zur Fertigstellung eines Doppel schneckenextruders je nach Schneckenlänge eine mehr oder weniger große Anzahl Verschleißbüchsen hintereinander ange ordnet werden muß. Außerdem wird durch die Spalte zwischen den Schneckengehäusen und den Verschleißeinsätzen die Wärme abfuhr aus dem Arbeitsraum verschlechtert.

Es sind außerdem beispielsweise durch die US-PS 32 68 949 relativ dünnwandige Bimetall-Einsätze für Doppelschnecken extruder bekanntgeworden. Der in dieser Patentschrift be schriebene Einsatz besteht aus zwei Teilen, die getrennt von einander im Arbeitsraum des Schneckengehäuses angebracht wer den. Sie werden durch balkenförmige Klemmkörper im Schnecken gehäuse festgelegt und gegen dessen Oberfläche gedrückt. Die Klemmkörper bilden im Übergangsbereich zwischen beiden Boh rungen selbst einen Teil der auf Verschleiß beanspruchten Oberfläche und werden durch von außen angreifende Schrauben im Schneckengehäuse festgelegt. Die Montage eines derartigen, aus vier voneinander unabhängigen Einzelteilen bestehenden Einsatzes ist aufwendig und schwierig. Außerdem verbleiben zwischen den beiden Teilen des Einsatzes und den Klemmkörpern Spalte, in die das mit einem solchen Doppelschneckenextruder zu verarbeitende Material eindringen kann. Auch die Demontage eines solchen Einsatzes bei Reparaturen oder zur Erneuerung ist aufwendig und schwierig.

Durch die DE-OS 23 14 348 und die GB-PS 20 03 510 sind Verfahren bekannt, mit denen verschleißfeste Schichten auf der Innenfläche von Hohlkörpern mittels eines Spritzwerkzeugs erzeugt werden. Während des Verfahrens wird das Spritzwerkzeug axial hin- und her bewegt und um seine Achse gedreht. Die bekannten Verfahren sind nur für Hohlkörper mit kreisrunder Begrenzung vorgesehen und ver wendbar. Ihr Einsatz bei Doppelschneckenextrudern mit ihren kompliziert geformten Schneckengehäusen ist nicht ohne weiteres möglich.

Bei Doppelschneckenextrudern mit langen, einteiligen Schnecken gehäusen, auf die sich die Erfindung bezieht, wird daher vor zugsweise eine verschleißfeste Schicht direkt auf der Ober fläche des Arbeitsraums erzeugt. Hierzu ist es bekannt, diese innere Oberfläche zu nitrieren. Das Nitrieren wird bei relativ niedrigen Temperaturen von etwa 500°C durchgeführt und ergibt Schichtdicken von maximal 0,7 mm, die für viele Anwendungsfälle nicht ausreichend sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzu geben, mit dem bei langen, einteiligen Schneckengehäusen für Doppelschneckenextruder auf einfache Weise eine verschleiß feste Schicht beliebiger Dicke und beliebiger Härte auf die innere Oberfläche des Arbeitsraums aufgebracht werden kann.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs geschil derten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst,

- daß zunächst eine Bohrung des Arbeitsraums in Längsrichtung durchgehend gegenüber der anderen Bohrung abgedeckt wird,
- daß anschließend ein Spritzwerkzeug in die eine Bohrung ein geführt wird, mit dem verschleißfestes Material auf die Ober fläche der Bohrung gespritzt wird,
- daß das Spritzwerkzeug dann so lange über die ganze axiale Länge der Bohrung hin- und herbewegt wird, bis die gewünschte Dicke der aufgespritzten Schicht erreicht ist,
- daß danach die Oberfläche der anderen Bohrung in der gleichen Weise beschichtet wird,
- daß darauf die zum Abdecken verwendeten Teile aus dem Arbeits raum entfernt werden,
- und daß abschließend die Oberfläche der aufgespritzten Schicht durch mechanische Bearbeitung geglättet wird.

Mit diesem Verfahren läßt sich auf einfache Weise eine beliebig dicke Schicht aus verschleißfestem Material erzeugen, da die An zahl der Hin- und Herbewegungen des Spritzwerkzeugs beliebig festgelegt werden kann. Da es weiterhin gleichgültig ist, was für ein Material verspritzt wird, kann auch der Härtegrad der aufgespritzten Schicht ohne großen Aufwand beliebig eingestellt werden.

Das Schneckengehäuse kann während des Spritzens beispielsweise mit langsamer Geschwindigkeit von etwa 20 U/Min gedreht werden, so daß ein Fliehkrafteinfluß nicht auftritt. Die Schicht aus verschleißfestem Material kann dadurch sehr gleichmäßig aufge baut werden. Außerdem macht sich die Unsymmetrie des Schnecken gehäuses bezüglich der Drehachse bei der niedrigen Geschwindig keit kaum bemerkbar, so daß keine wesentlichen unsymmetrischen Belastungen auftreten.

Das verschleißfeste Material läßt sich auch dann in gleich mäßiger Stärke aufspritzen, wenn das Spritzwerkzeug um seine Achse gedreht wird. Vorzugsweise wird dabei die Drehrichtung immer wieder umgekehrt. Es ist auch möglich, das Schneckenge häuse bzw. das Spritzwerkzeug jeweils nach einer Hin- und Her bewegung schrittweise in Umfangsrichtung zu drehen.

Nach dem Spritzen kann das fertig beschichtete Schneckengehäuse vorzugsweise mit vertikaler Achse in einen Ofen eingebracht werden, in welchem die verschleißfeste Schicht bei entsprechen dem Spritzmaterial gesintert wird. Die abschließende mecha nische Bearbeitung zur Glättung der Oberfläche der verschleiß festen Schicht bietet ebenfalls keine Schwierigkeiten. Die Oberfläche der verschleißfesten Schicht wird vorzugsweise ge schliffen und anschließend gehohnt.

Das Verfahren nach der Erfindung wird anhand von in den Zeich nungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Gesamtansicht eines Doppelschneckenextruders teil weise im Schnitt.

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Schneckengehäuse eines Doppelschneckenextruders.

Fig. 3 eine Ansicht des Schneckengehäuses während der Bearbei tung.

Fig. 4 einen Längsschnitt durch das Schneckengehäuse während der Bearbeitung.

Mit 1 ist ein Doppelschneckenextruder bezeichnet, der in Fig. 1 nur schematisch angedeutet ist. In dem Schneckengehäuse 2 des selben sind zwei Schnecken 3 in einer Ebene nebeneinander bzw. hintereinander angebracht, wobei aus Fig. 1 nur die vorn liegende Schnecke zu ersehen ist. Die zweite Schnecke liegt in der Zeichenebene genau hinter dieser Schnecke. Das mit dem Doppelschneckenextruder 1 zu verarbeitende Material wird dem selben durch einen Trichter 4 aufgegeben. Durch Drehung der Schnecken 3 wird das Material in Richtung des Pfeiles 5 bis zu einem Mundstück 6 geführt, aus dessen Öffnung es in be liebiger Querschnittsform austreten kann.

Das Schneckengehäuse 2 weist entsprechend der Darstellung in Fig. 2 einen Arbeitsraum 7 auf, in dem die beiden Schnecken 3 angeordnet sind. Dieser Arbeitsraum besteht aus zwei in das Schneckengehäuse 2 eingebrachten Bohrungen, die in einem längs durchgehenden Bereiche ineinander übergehen, so daß sich für den Arbeitsraum 7 eine Querschnittsumrandung in Form einer offenen "8" ergibt.

Die Schnecken liegen mit den Außenflächen ihrer schraubenlinien förmig verlaufenden Schneckengänge dicht an der inneren Ober fläche des Arbeitsraums 7 an. Durch die Drehung der Schnecken 3 wird diese Oberfläche ständig auf Veerschleiß beansprucht. Auf der Oberfläche des Arbeitsraumes 7 ist daher eine verschleiß feste Schicht 8 angebracht, welche sicherstellt, daß der Ver schleiß zwischen den Schnecken 3 und dem Schneckengehäuse 2 nicht zu groß wird. Ein zu großer Abrieb würde die Lebensdauer des Doppelschneckenextruders stark verkürzen.

Zur Herstellung der verschleißfesten Schicht 8 wird beispiels weise wie folgt vorgegangen:

Die verschleißfeste Schicht 8 soll entsprechend der Erfindung auf die Oberfläche des Arbeitsraums 7 aufgespritzt werden. Da dieser Arbeitsraum in seiner Querschnittsumrandung zwei Unstetig keitsstellen aufweist, ist ein Aufspritzen auf die gesamte Ober fläche ohne weiteres nicht möglich. Es wird daher beispiels weise in die Bohrung 9 eine Abdeckung eingebracht, die diese Bohrung vollständig ausfüllen kann, die jedoch auch nur aus einer Wandung 10 zu bestehen braucht, welche über eine Abstüt zung 11 in der Bohrung 9 festgelegt sein kann.

Danach kann das Schneckengehäuse 2 so in eine Drehvorrichtung eingebracht werden, daß es um die Achse 12 gedreht werden kann, welche im Zentrum der zweiten Bohrung 13 liegt. Das Schnecken gehäuse 2 wird dann beispielsweise in Richtung des Pfeiles 14 um die Achse 12 gedreht. Sobald das Schneckengehäuse 2 sich mit niedriger Geschwindigkeit dreht, beispielsweise mit 20 U/min, wird in die Bohrung 13 ein Spritzwerkzeug 15 eingeführt, das über eine Rohrleitung 16, bei welcher es sich auch um einen Schlauch handeln kann, mit verschleißfestem Spritzmaterial ver sorgt wird. Das Spritzwerkzeug 15 wird dann über die gesamte Länge des Schneckengehäuses 2 entsprechend dem Doppelpfeil 17 hin- und herbewegt. Diese Hin- und Herbewegung wird so lange durchgeführt, bis auf der Oberfläche der Bohrung 13 eine aus reichend dicke Schicht aus verschleißfestem Material aufgebracht ist. Danach wird die Abdeckung (Wandung 10 mit Abstützung 11) aus der Bohrung 9 entfernt und in die Bohrung 13 eingesetzt. Das Schneckengehäuse 2 wird dann um die Achse 18 der Bohrung 9 gedreht, deren Oberfläche in der gleichen Weise, wie schon für die Bohrung 13 beschrieben, mit der verschleißfesten Schicht 8 beschichtet wird.

Die Geschwindigkeit, mit der das Schneckengehäuse 2 kontinuier lich gedreht werden kann, hängt von dem zu verspritzenden Mate rial und von den Abmessungen des Schneckengehäuses ab. So sind auch wesentlich niedrigere Geschwindigkeiten als 20 U/min mög lich, beispielsweise 3 U/min. Die Geschwindigkeit kann auch sehr viel höher als 20 U/min sein. Neben der kontinuierlichen Drehung ist prinzipiell auch eine schrittweise Drehung möglich, die je weils nach einer Hin- und Herbewegung des Spritzwerkzeugs 15, entsprechend der Breite des aufgespreizten Streifens, durchge führt wird. Die schrittweise Drehung ist auch jeweils möglich, wenn das Spritzwerkzeug 15 nur einmal über die gesamte Länge der Bohrung bewegt wurde, also nach einer Hinbewegung oder nach einer Herbewegung.

Die verschleißfeste Schicht kann auch bei nicht bewegtem Schneckengehäuse auf die Oberfläche der Bohrungen 9 und 13 aufgebracht werden. Nach dem jeweiligen Abdecken der einen Bohrung kann das in die andere Bohrung eingeführte Spritzwerk zeug 15 während der Hin- und Herbewegung um seine Achse gedreht werden. Diese Drehbewegung wird vorzugsweise dauernd umgekehrt, damit die Zuleitungen nicht tordiert werden bzw. damit kein komplizierter Drehmechanismus eingesetzt werden muß. Die Drehung in einer Richtung erstreckt sich dann vorzugsweise über einen Winkel von mindestens 270°, wobei der Bereich der Lücke zwischen den beiden Bohrungen 9 und 13 jeweils als Wendepunkt verwendet werden kann. Auf diese Weise würde dann kein oder nur wenig Spritzmaterial auf die Wand 10 gespritzt werden. Auch hier ist, ebenso wie beim Schneckengehäuse, allerdings auch eine schritt weise Drehung des Spritzwerkzeugs 15 möglich.

Mit dem Spritzwerkzeug 15 können Materialien verspritzt werden, die nach geeigneter Vorbehandlung in kaltem Zustand, d. h. bei Raumtemperatur, verspritzt werden können. Es ist jedoch auch möglich, erwärmte Materialien zu verspritzen. Hierbei wird beispielsweise das bekannte Flammspritzen eingesetzt, bei dem Materialien verspritzt werden können, die nach dem Aufspritzen noch gesintert werden müssen. Mit diesem Verfahren können aber auch Materialien verspritzt werden, die nach ihrer Aufbringung direkt aussintern (Kaltspritzen) und keinen zusätzlichen Sinter vorgang erfordern. Das gilt auch dann, wenn das verschleißfeste Material durch Plasmaspritzen aufgebracht wird.

Wenn die verschleißfeste Schicht noch gesintert werden muß, dann kann das beschichtete Schneckengehäuse 2 nach Herausnahme der Abdeckung aus dem Arbeitsraum 7 beispielsweise mit vertikaler Achse in einen Ofen gestellt werden. Es ist jedoch auch möglich, das Schneckengehäuse 2 mit horizontaler Achse in einem Ofen an zuordnen und dabei um seine horizontale Achse langsam zu drehen. Der Sintervorgang sollte etwa bei einer Temperatur von 1100°C durchgeführt werden.

Nach Beendigung des Spritzvorganges und gegebenenfalls auch des anschließenden Sintervorganges werden die inneren Oberflächen der beiden Bohrungen 9 und 13 durch mechanische Bearbeitung ge glättet, so daß sich die gewünschte verschleißfeste Schicht 8 ergibt. Hierzu können die Oberflächen beispielsweise geschliffen und abschließend gehohnt werden.

Insgesamt ist ein Verfahren angegeben, mit dem nahezu beliebig lange Schneckengehäuse von Doppelschneckenextrudern auf ein fache Weise mit einer verschleißfesten Schicht 8 versehen wer den können. Die Dicke dieser Schicht sowie der Härtegrad der eingesetzten Materialien sind, wie bereits weiter oben erwähnt, beliebig. Das Verfahren läßt sich sowohl für Doppelschnecken extruder mit in den Abmessungen gleichbleibendem als auch für solche mit konisch verlaufendem Arbeitsraum 7 einsetzen.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung einer verschleißfesten Schicht in einem Schneckengehäuse eines Doppelschneckenextruders, dessen Schneckengehäuse einen Arbeitsraum zur Aufnahme von zwei in einer Ebene nebeneinanderliegenden Schnecken auf weist, der aus zwei nebeneinanderliegenden, in Längsrich tung verlaufenden und ineinander übergehenden Bohrungen be steht und eine in Form einer offenen "8" ausgebildete Quer schnittsumrandung hat, dadurch gekennzeichnet,

- daß zunächst eine Bohrung (13) des Arbeitsraums (7) in Längsrichtung durchgehend gegenüber der anderen Bohrung (9) abgedeckt wird,
- daß anschließend ein Spritzwerkzeug (15) in die eine Bohrung (13) eingeführt wird, mit dem verschleißfestes Material auf die Oberfläche der Bohrung gespritzt wird,
- daß das Spritzwerkzeug (15) dann so lange über die ganze axiale Länge der Bohrung (13) hin- und herbewegt wird, bis die gewünschte Dicke der aufgespritzten Schicht (8) erreicht ist,
- daß danach die Oberfläche der anderen Bohrung (9) in der gleichen Weise beschichtet wird,
- daß darauf die zum Abdecken verwendeten Teile (10, 11) aus dem Arbeitsraum (7) entfernt werden,
- und daß abschließend die Oberfläche der aufgespritzten Schicht (8) durch mechanische Bearbeitung geglättet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneckengehäuse (2) während des Spritzvorgangs um die Achse der Bohrung (9, 13) mit niedriger Geschwindigkeit gedreht wird, in welcher sich das Spritzwerkzeug (15) befindet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spritzwerkzeug (15) während des Spritzvorgangs um seine Achse gedreht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spritzwerkzeug (15) während des Spritzvorgangs oszillierend um seine Achse gedreht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das verschleißfeste Material in erwärmtem Zu stand aufgespritzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß vorbehandeltes, verschleißfestes Material in kaltem Zustand aufgespritzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß das aufgespritzte, verschleißfeste Material vor der mechanischen Bearbeitung durch Wärmebehandlung gesintert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß das Schneckengehäuse (2) zum Sintern der ver schleißfesten Schicht (8) mit vertikaler Achse in einem Ofen angeordnet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß das Schneckengehäuse (2) zum Sintern der ver schleißfesten Schicht (8) mit horizontaler Achse in einem Ofen angeordnet und um die Achse mit niedriger Geschwindig keit gedreht wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, daß der Sintervorgang bei etwa 1100°C durchgeführt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, daß die Oberfläche der aufgespritzten Schicht (8) geschliffen wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, daß die Oberfläche der aufgespritzten Schicht (8) gehohnt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn zeichnet, daß das verschleißfeste Material durch Flammspritzen aufgebracht wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn zeichnet, daß das verschleißfeste Material durch Plasma spritzen aufgebracht wird.

15. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zur Herstellung eines Doppelschneckenextruders (1), dessen Schneckengehäuse (2) im Arbeitsraum (7) eine durch Spritzen aufgebrachte und durch mechanische Bearbeitung geglättete, ver schleißfeste Schicht (8) aufweist.