DE3506726A1

DE3506726A1 - Verschleisswiderstandserhoehende beschichtung am zylinder und an der schnecke einer kunststoff-schneckenpresse

Info

Publication number: DE3506726A1
Application number: DE19853506726
Authority: DE
Inventors: Hans 5210 Troisdorf Reifenhauser; Peter 5202 Hennef Stommel; Stephan 5060 Bergisch Gladbach Weilandt
Original assignee: Reifenhaeuser GmbH and Co KG Maschinenenfabrik
Current assignee: Reifenhaeuser GmbH and Co KG Maschinenenfabrik
Priority date: 1985-02-26
Filing date: 1985-02-26
Publication date: 1986-08-28
Also published as: IT8619312A1; CH669555A5; DE3506726C2; IT1188333B; GB8601241D0; GB2171418A; IT8619312A0; GB2171418B

Description

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

Die Erfindung bezieht sich auf Kunststoff-Schneckenpressen mit Zylinder und Schneckenwelle aus einem Grundwerkstoff aus Stahl, und zwar auf Maßnahmen der Verschleißwiderstandserhöhung bei solchen Kunststoff-Schneckenpressen durch Beschichtung mit Wolframcarbid (WC). - Sowohl die Zylinder als auch die Schnecken können einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein.

Die Methode der Verschleißwiderstandserhöhung durch Beschichtung mit WC ist bekannt (Firmendruckschrift UCAR "Metall & Keramik Coatings" der Union Carbide Deutschland GmbH, 77 = 09.06 CS.G). Man arbeitet so hauptsächlich bei Werkzeugen, wie Tief ziehstempeln, Matrizen dazu, Schnittwerkzeugen , Fräsern, Stanzstempeln oder Hartmetallschneidplatten und bei Spritzgießformen. Man nutzt die Tatsache, daß die sonst bei Werkzeugen störenden Phänomene, wie Aufbauschneide, Kaltverschweißung, Kaltverschleiß, Rißbildung in der Schneide der Werkzeuge, nicht oder sehr reduziert auftreten. Die Aufbringung der Be~ schichtung erfolgt nach einem Plasma-Spritzverfahren oder nach einem Detonations-Spritzverfahren. Beim Plasma-Spritzverfahren kontrolliert ein Plasma-Brenner einen Hochtemperatur-Inertgasstrahl von z. B. 20 000 ⁰C bei extrem hohen Geschwindigkeiten. Dabei findet keine Verbrennung statt. Vielmehr gibt ein nicht übertragener elektrischer Lichtbogen von hoher Energiedichte sein Wärmepotential an den durchströmenden, dissoziierenden Inertgasstrom ab. In diesem Heißgasstrom schmilzt das pulverisierte Spritzgut. Es erfährt gleichzeitig eine hohe Beschleunigung, bevor es auf die zu beschichtende Oberfläche des jeweiligen Werkstückes geschleudert wird. Die auftreffenden Materialpartikel formen eine äußerst dichte, in sich haftende und auf der Oberfläche des vorbehandelten Grundwerkstoffes sicher haftende Beschichtung. Beim Detonations-Spritzverfahren wird mit einer Detonationskanone gearbeitet. Die Detonationskanone besteht im wesentlichen aus einer rohrförmig verlängerten Reaktionskammer, die geschützähnlich aus einem Steuerblock für Gase,

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Werkstoffpulver und Elektronik ragt- Während genau dosierte Mengen an Sauerstoff, Azetylen und pulverisiertem Spritzwerkstoff in die Reaktionskammer gelangen, wird durch einen elektrischen Zündfunken die Detonation dieses Gemisches ausgelöst» Der so erzeugte heiße Gasstrahl schmilzt die Materialpartikel leicht an und beschleunigt sie in der rohrförmigen, langen Austrittsöffnung auf ein Mehrfaches der Schallgeschwindigkeit. Die mit dieser Geschwindigkeit in die Oberfläche des Werkstückes einschlagenden Partikel verschweißen mit der Oberfläche im Sinne einer Mikroverschweißung zu einer zähen Verbindung mit dem Grundwerkstoff. Durch schnell aufeinanderfolgende Detonationsintervalle können auf der zumeist automatisch bewegten und kontrollierten Werkstückoberfläche die Schichtdicken von 0,03 mm bis 0,5 mm erzeugt werden, je nach Einsatzfall. Sowohl beim Plasma-Spritzverfahren als auch beim Detonations-Spritzverfahren bleibt die Temperatur der Werkstückoberfläche, bis auf eine dünne Übergangsschicht, bei 150 ⁰C und darunter= Das Werkstück erfährt keinen störenden Verzug.

Die Methode der Verschleißwiderstandserhöhung durch Beschichtung mit den vorgenannten Stoffen ist (in der Praxis) auch für Zylinder und für die Schneckenspitzen der Schnecke von Kunststoff-Schneckenpressen vorgeschlagen worden, jedoch nicht mit Wolframcarbid sondern mit Titannitrid oder Titancarbid als Beschichtungswerkstoff„ Dabei hat man die Beschichtung entweder am Zylinder oder an der Schneckenspitze an unterschiedlichen Stellen dort aufgebracht, wo die Verschleißerscheinungen am Zylinder bzw. an der Schneckenspitze auftraten. Der Erfolg war nicht befriedigend. Die Standzeit des Aggregates aus Schnecke und Zylinder sowie damit die Lebensdauer der Maschine insgesamt ließen sich durch diese Maßnahmen nicht ausreichend verbessern. In der Praxis arbeitet man daher zur Erhöhung der Standzeit von

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Schnecke und Zylinder bei Kunststoff-Schneckenpressen anders. Insbes. werden Maßnahmen der Oberflächenhärtung, ζ, Β. durch Nitrieren, verwirklicht oder werden in die Zylinder Buchsen aus besonderen Metallen, insbes. Hartmetallen, eingesetzt. Auch kennt man sogenannte Bimetallzylinder, die mit einem entsprechenden Werkstoff ausgeschleudert sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, anzugeben, wie bei einer Kunststoff-Schneckenpresse die Standzeit und damit die Lebensdauer der gesamten Maschine beachtlich verbessert werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung die Anwendung der Maßnahmen der Verschleißwiderstandserhöhung durch Beschichtung mit Wolframcarbid (WC) auf Kunststoff-Schneckenpressen mit Zylinder und Schneckenwelle aus einem Grundwerkstoff aus Stahl mit einer Randschichthärte im Gebrauchszustand von 40 bis 70 HRC nach DIN 50 mit der Maßgabe, daß sowohl der Zylinder als auch die Schneckenwelle beide zumindest in gegenüberliegenden Abschnitten (oder über die gesamte Länge) die Beschichtung aufweisen, und zwar konturgetreu sowie in den gegenüberliegenden beschichteten Abschnitten mit Passungstoleranzen im Bereich zwischen 0,15 bis 1 % bezogen auf den Nenndurchmesser, und mit der weiteren Maßgabe, daß der Grundwerkstoff vor der Beschichtung eine Oberflächenrauhigkeit von 2 bis 4 pm sowie einen Profiltraganteil nach DIM 4765 in 0,25 μπι Tiefe im Bereich zwischen 40 bis 80 %, vorzugsweise von etwa 60 % aufweist. Die Grundkonzeption der Erfindung besteht darin, daß im Rahmen der erfindungsgemäßen Maßgaben sowohl der Zylinder als auch die Schnecke, diese zumindest an den Schneckenstegen, in gegenüberliegenden Bereichen beschichtet sind, und zwar dort, wo ohne eine Beschichtung der Verschleiß auftreten würde. Das schließt nicht aus, daß auch andere Stellen und nicht nur gegenüberliegende beschichtet werden.

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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder und die Schneckenwelle randschichtgehärtet sind. Eine andere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder und die Schneckenwelle durchgehärtet sind= Man kann auch beide Maßnahmen kombinieren und z. B. die Schneckenwelle im durchgehärteten Zustand, dem Zylinder im randschichtgeharteten Zustand einsetzen - oder umgekehrt. Wird lediglich mit einer Randschichthärtung gearbeitet, so soll die Härtetiefe zwischen 0,3 und 3 mm liegen. Die Beschichtung soll eine Schichtdicke von etwa 0,1 mm und eine Rauhtiefe von etwa 10 pm aufweisen. Die Beschichtung kann mit Hilfe eines Plasma-Spritzverfahrens aufgebracht werden, und zwar auf den durchgehärteten Grundwerkstoff. Die Beschichtung kann aber auch mit Hilfe eines Detonations-Spritzverfahrens aufgebracht werden und wird dann auf den durchgehärteten Grundwerkstoff aufgebracht. Nach dem Aufbringen der Beschichtung ist eine erneute Härtung im allgemeinen nicht erforderlich.

Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß eine überraschende Verbesserung der Standzeit und damit der Lebensdauer der gesamten Kunststoff-Schneckenpresse erreicht wird. Bei sonst gleichen Werkstoffkombinationen erreicht man eine Verbesserung der Standzeit oder Lebensdauer von mehr als 25 % allein durch die Beschichtung. Danach kann die Maschine weiter betrieben werden, weil selbst nach Abtrag der Beschichtung die Bauteile aus dem durchgehärteten Grundwerkstoff noch für längere Zeit einsatzfähig sind-

Als Grundwerkstoffe für die Schneckenwelle und für den Zylinder können die insoweit üblichen Stahllegierungen eingesetzt werden= Zu besonders guten Ergebnissen kommt man mit den Werkstoffen der in der folgenden Tabelle mit Fundstelle angegebenen Werkstoff nummern:

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1.2379 - DIN 17350 1.7225 - DIN 1654/17200 1.7707 - DIN 17200 1.2344 - DIN 17350 1,8550 - DIN 17211 1.8515 - DIN 17211

1.7735 - Stahlschlüssel (1983) S. 389, Verlag Stahlschlüssel Wegst

Der Zylinder kann auch aus einem Basiskörper und einer eingesetzten Buchse bestehen; dann beziehen sich insoweit alle Angaben und Maßgaben auf die Buchse.

Claims

Andrejewski, Honke & Partner Patentanwd 350672θ walte Diplom-Physiker Dr. Walter Andrejewski Diplom-Ingenieur Dr.-lng. Manfred Honke Diplom-Physiker Dr. Karl Gerhard Masch Anwaltsakte: 62 917/Go- 4300 Essen 1, Theaterplatz 3, Postf. 100254 11. Februar 1985 Patent- und Hilfsgebrauchsmusteranmeldung Reifenhäuser GmbH S Co. Maschinenfabrik Spicher Straße 5210 Troisdorf 15 Verschleißwiderstandserhöhende Beschichtung am Zylinder und an der Schnecke einer Kunststoff-Schneckenpresse Patentansprüche:

1. Anwendung der Maßnahme der Verschleiß Widerstandserhöhung durch Beschichtung mit Wolframcarbid (WC)

auf Kunststoff-Schneckenpressen mit Zylinder und Schneckenwelle aus einem Grundwerkstoff aus Stahl mit einer Randschichthärte im Gebrauchszustand von 40 bis 70 HRC nach DIN 50 103

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mit der Maßgabe, daß sowohl der Zylinder als auch die Schneckenwelle beide zumindest in gegenüberliegenden Abschnitten die Beschichtung aufweisen, und zwar konturgetreu sowie in den gegenüberliegenden Abschnitten mit Passungstoleranzen im Bereich zwischen 0,15 bis 1 %, bezogen auf den Nenndurchmesser, und mit der weiteren Maßgabe, daß der Grundwerkstoff vor der Beschichtung eine Oberflächengenauigkeit von 2 bis 4 μπι sowie einen Profiltraganteil nach DIN 4765 in 0,25 μπι Tiefe im Bereich zwischen 40 und 80 %, vorzugsweise von etwa 60 %, aufweist =

2. Anwendung nach Anspruch 1 mit der weiteren Maßgabe, daß der Zylinder und die Schneckenwelle randschichtgehärtet sind_a

3. Anwendung nach Anspruch 1 mit der weiteren Maßgabe, daß der Zylinder und die Schneckenwelle durchgehärtet sind.

4. Anwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit der weiteren Maßgabe, daß die Beschichtung eine Schichtdicke von etwa 0,1 mm und eine Rauhtiefe von etwa 10 μΐυ aufweist.

5= Anwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit der weiteren Maßgabe, daß die Beschichtung mit Hilfe eines Plasma-Spritzverfahrens oder eines Detonations-Spritzverfahrens aufgebracht ist.