DE4328159C2

DE4328159C2 - Schneckenzylinder einer Schneckenstrangpresse für thermoplastischen Kunststoff und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE4328159C2
Application number: DE4328159A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dr Ing Kaiser; Peter Luelsdorf
Original assignee: Reifenhaeuser GmbH and Co KG Maschinenenfabrik
Current assignee: Reifenhaeuser GmbH and Co KG Maschinenenfabrik
Priority date: 1992-10-23
Filing date: 1993-08-21
Publication date: 1994-08-11
Anticipated expiration: 2013-08-22
Also published as: DE4328159A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Schneckenzylinder einer Schneckenstrangpresse für thermoplastischen Kunststoff mit Schneckenzylindergehäuse und Zylinderbuchse, wobei die Zylinderbuchse in das Schneckenzylindergehäuse einge schrumpft ist und eine Schrumpfdruckvorspannung aufweist, die auch bei Betrieb der Schneckenstrangpresse wirksam ist. - Der Ausdruck Schneckenzylinder steht, pars pro toto, für das gesamte Aggregat aus Schnecken zylindergehäuse und Zylinderbuchse. Er umfaßt Schnecken zylinder, die die Länge der Schneckenstrangpresse aufwei sen oder Abschnitte von solchen Schneckenzylindern.

Bei dem bekannten Schneckenzylinder, von dem die Erfindung ausgeht (EP 0 062 203 B1), besteht die Zylinderbuchse aus zwei selbständigen Bauteilen, einem dünnwandigen rohr förmigen Verschleißschutzeinsatz aus Hartmetall und einer ebenfalls rohrförmigen, jedoch dickwandigen Armierung aus einem hochfesten und zähen Stahl, der schmelzmetallurgisch hergestellt ist. Dabei ist der rohrförmige Einsatz in die Armierung unlösbar eingeschrumpft. Dieses Aggregat aus rohrförmigem Verschleißschutzeinsatz und dickwandiger Armierung ist in das Schneckenzylindergehäuse austauschbar eingeführt. Das führt zu Nachteilen. Ist die Schnecken strangpresse in Betrieb, so nehmen die rohrförmige Armierung und der rohrförmige Verschleißschutzeinsatz die Betriebstemperatur an. Ihre Werkstoffe haben jedoch in erheblichem Maße unterschiedliche Wärmedehnungen. Das kann dazu führen, daß der aus Hartmetall bestehende Ver schleißschutzeinsatz sich mehr oder weniger löst und jedenfalls keine ausreichende Abstützung in der Armierung mehr erfährt, so daß spontan oder im Laufe der Zeit in dem Verschleißschutzeinsatz Risse auftreten, die ein Aus wechseln erforderlich machen. Ist die Schrumpfvorspannung so verwirklicht, daß der Verschleißschutzeinsatz bei Be trieb eine ausreichende Abstützung in der rohrförmigen Armierung erfährt, so kann nicht ausgeschlossen werden, daß unter dem Einfluß der wechselnden Temperaturbean spruchungen in der rohrförmigen Armierung Risse auftreten. Im übrigen sind bei der bekannten Ausführungsform Herstel lung und Montage aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schnecken zylinder des eingangs beschriebenen Aufbaus so weiter auszubilden, daß ein Reißen der Verschleißschutzanordnung und/oder des umgebenden, bei der bekannten Ausführungsform als Armierung bezeichneten Bauteils nicht mehr auftreten kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die Zylinderbuchse als ein Verbundbauteil aus einer äußeren Trägerbuchse aus einem schmelzmetallurgisch hergestellten Stahl und einer pulvermetallurgisch durch heißisosta tisches Pressen hergestellten korrosionsfesten und ver schleißfesten Verschleißschutzschicht besteht, welche Ver schleißschutzschicht durch das heißisostatische Pressen mit der Trägerbuchse in Verbund gebracht ist, und daß die Schrumpfdruckvorspannung so eingerichtet ist, daß zu mindest die Verschleißschutzschicht bei Betriebstemperatur der Schneckenstrangpresse unter Druckvorspannung steht. Im allgemeinen besteht bei einem solchen Schneckenzylinder das Schneckenzylindergehäuse aus einem Mantelteil und einem Kühlkanalteil. Hier lehrt die Erfindung, daß Mantel teil und Kühlkanalteil mit enger Passung ineinandergesetzt und durch Schweißen verbunden sind und daß die Träger buchse an das Kühlkanalteil angeschlossen ist. Eine bevor zugte Ausführungsform der Erfindung, die sich durch hohe Standzeit aller Bauteile auszeichnet, ist dadurch gekenn zeichnet, daß lediglich die Verschleißschutzschicht bei Betrieb der Schneckenstrangpresse unter Druckvorspannung steht. Sind im Einziehbereich der Schneckenstrangpresse Einzieh nuten verwirklicht, so lehrt die Erfindung, daß im Ein ziehbereich der Schneckenstrangpresse lediglich in der Verschleißschutzschicht die Einziehnuten angeordnet sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Schneckenzylinder können die einzelnen Bauteile nach Maßgabe der auf zunehmenden Bean spruchungen unterschiedlich dimensioniert werden. Die Dimensionierung richtet sich dabei auch nach den einge setzten Baustoffen. Für alle Ausführungsformen empfiehlt es sich jedoch, die Auslegung so vorzunehmen, daß die Trägerbuchse eine Wanddicke D und die Verschleißschutz schicht eine Schichtdicke d aufweisen, wobei d einem Viertel bis einem Drittel von D entspricht (d = D/4 bis D/3). Die Wanddicke der Trägerbuchse kann dabei z. B. im Bereich von 15 mm liegen. Stets und insbesondere bei der zuletzt beschriebenen Ausführungsform können das Schneckenzylindergehäuse sowie die Trägerbuchse aus einem maschinenbauüblichen Baustahl bestehen, bei spielsweise aus St 52. Die Verschleißschutzschicht besteht nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung aus einer verschleißfesten und korrosionsfesten pulvermetallur gischen Legierung mit hohem Gehalt an Vanadiumcarbid.

Die Erfindung geht von der überraschenden Tatsache aus, daß bei einem Schneckenzylinder mit einer Zylinderbuchse aus einer Trägerbuchse und einer darauf im Wege des heißisostatischen Pressens aufgebrachten pulvermetallur gisch hergestellten Verschleißschutzschicht die pulver metallurgisch hergestellte Verschleißschutzschicht bei den bei Schneckenzylindern üblichen Beanspruchungen nicht mehr reißt. Das ist insbes. dann der Fall, wenn in der schon beschriebenen Weise die Anordnung so getroffen ist, daß lediglich die Verschleißschutzschicht bei Betrieb der Schnecken strangpresse unter Druckvorspannung steht und wenn die Verschleißschutzschicht verhältnismäßig dünn ausgeführt ist. Erfindungsgemäße Schneckenzylinder zeichnen sich folglich durch sehr hohe Standzeiten aus. Sie erlauben im übrigen eine sehr einfache Fertigung, wobei auf besondere und aufwendige Richtmaßnahmen oder Nachrichtmaßnahmen an dem fertigen Schneckenzylinder verzichtet werden kann. In diesem Zusammenhang ist Gegenstand der Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines Schneckenzylinders des beschriebenen Aufbaus. Das Verfahren ist dadurch gekenn zeichnet, daß das Schneckenzylindergehäuse bzw. dessen Mantelteil und dessen Kühlkanalteil einerseits sowie die Trägerbuchse andererseits aus schmelzmetallurgisch herge stelltem Stahl, unter anderem durch spangebende Formge bung, vorgefertigt, danach spannungsfrei geglüht und im Anschluß daran erforderlichenfalls verzugbereinigend nach gearbeitet werden, daß danach auf die Innenseite der spannungsfreien Trägerbuchse die Verschleißschutzschicht im Wege des heißisostatischen Pressens aufgebracht und diese Schicht erforderlichenfalls fräsend oder schleifend bearbeitet sowie danach spannungsarm gemacht wird, und daß im Anschluß daran der Schrumpfverbund zwischen Schnecken zylindergehäuse und Zylinderbuchse hergestellt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Schneckenzylinder,

Fig. 2 in gegenüber der Fig. 1 wesentlich vergrößertem Maßstab den Ausschnitt A aus dem Gegenstand nach Fig. 1.

Der in den Figuren dargestellte Schneckenzylinder 1 gehört einer nicht gezeichneten Schneckenstrangpresse für thermo plastischen Kunststoff an. Zum grundsätzlichen Aufbau gehören ein Schneckenzylindergehäuse 2 und eine Zylinder buchse 3. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Zylin derbuchse 3 in das Schneckenzylindergehäuse 2 einge schrumpft ist. Sie weist folglich eine Schrumpfdruckvor spannung auf, die auch bei Betrieb der Schneckenstrang presse wirksam ist.

Insbesondere aus der Fig. 2 entnimmt man, daß die Zylin derbuchse 3 als ein Verbundbauteil aus einer äußeren Trägerbuchse 4 aus einem schmelzmetallurgisch herge stellten Stahl einerseits und einer pulvermetallurgisch durch heißisostatisches Pressen hergestellten korrosions festen und verschleißfesten Verschleißschutzschicht 5 be steht. Die Verschleißschutzschicht 5 ist durch das heiß isostatische Pressen auch mit der Trägerbuchse 4 in Verbund gebracht. Die Schrumpfdruckvorspannung ist so eingerichtet, daß zumindest die Verschleißschutzschicht 5 bei Betrieb der Schneckenstrangpresse unter Druckvor spannung steht. Das Ausführungsbeispiel zeigt die Aus führungsform, bei der das Schneckenzylindergehäuse 2 aus einem Mantelteil 6 und einem Kühlkanalteil 7 besteht. Die Anordnung ist so getroffen, daß Mantelteil 6 und Kühl kanalteil 7 mit enger Passung ineinandergesetzt und durch Schweißen in Verbund gebracht sind. Die Trägerbuchse 4 ist an das Kühlkanalteil 7 angeschlossen. Ein Spannungsver teilungsdiagramm in der Fig. 2 verdeutlicht, daß lediglich die Verschleißschutzschicht bei Betrieb der Schneckenstrang presse unter Druckvorspannung steht.

In der Fig. 1 erkennt man rechts ein Teilstück mit Einziehnuten 8 im Einziehbereich der Schneckenstrang presse. Die Einziehnuten 8 sind lediglich in der Ver schleißschutzschicht 5 angeordnet. In der Fig. 2 erkennt man auch, daß die Trägerbuchse 4 eine Wanddicke D und die Verschleißschutzschicht 5 eine Schichtdicke d aufweisen, wobei die Beziehung d = D/4 bis D/3 gilt. Die Dicke der Trägerbuchse 4 mag im Ausführungsbeispiel 15 mm betragen.

Wie bereits erwähnt bestehen das Schneckenzylindergehäuse 2 sowie die Trägerbuchse 4 aus einem maschinenbauüblichen Baustahl. Demgegenüber besteht die Verschleißschutzschicht 5 aus einer verschleißfesten und korrosionsfesten pulver metallurgischen Legierung mit hohem Gehalt an Vanadium carbid. Insoweit sind beispielsweise die folgenden Werk stoffe geeignet:

1) X 230 CrVMo 12 4 mit etwa

C
2,30 Gew.-%
Si	0,40 Gew.-%
Mn	0,40 Gew.-%
Cr	12,50 Gew.-%
Mo	1,10 Gew.-%
V	4,10 Gew.-%
W	0,00 Gew.-%

Rest Eisen und übliche Beimengungen,

2) X 230 CrVMoW 18 4 mit etwa

C
2,30 Gew.-%
Si	0,50 Gew.-%
Mn	0,50 Gew.-%
Cr	18,00 Gew.-%
Mo	1,00 Gew.-%
V	4,10 Gew.-%
W	0,80 Gew.-%

Rest Eisen und übliche Beimengungen,

3) X 220 CrVMoW 20 4 mit etwa

C
2,20 Gew.-%
Si	0,50 Gew.-%
Mn	0,50 Gew.-%
Cr	20,00 Gew.-%
Mo	1,00 Gew.-%
V	4,10 Gew.-%
W	0,80 Gew.-%

Rest Eisen und übliche Beimengungen,

4) X 340 CrVMoW 12 10 mit etwa

C
3,40 Gew.-%
Si	0,50 Gew.-%
Mn	0,50 Gew.-%
Cr	12,40 Gew.-%
Mo	1,30 Gew.-%
V	10,30 Gew.-%
W	0,80 Gew.-%

Rest Eisen und übliche Beimengungen.

Die vorstehenden Werkstoffangaben gelten auch mit der Maß gabe, daß der Gehalt an Vanadiumcarbid um 30 Vol.-% bis 40 Vol.-%, vorzugsweise um etwa 35 Vol.-%, erhöht ist. Bewährt haben sich auch entsprechende Zusätze von Niobcarbid.

Claims

1. Schneckenzylinder (1) einer Schneckenstrangpresse für thermoplastischen Kunststoff, mit
Schneckenzylindergehäuse (2) und Zylinderbuchse (3),
wobei die Zylinderbuchse (3) in das Schneckenzylindergehäuse (2) eingeschrumpft ist und eine Schrumpfdruckvorspannung auf weist, die auch bei Betrieb der Schneckenstrangpresse wirksam ist, dadurch gekennzeich net, daß die Zylinderbuchse (3) als ein Verbundbauteil aus
einer äußeren Trägerbuchse (4) aus einem schmelz metallurgisch hergestellten Stahl und
einer pulvermetallurgisch durch heißisostatisches Pressen hergestellten korrosionsfesten und ver schleißfesten Verschleißschutzschicht (5)
besteht, welche Verschleißschutzschicht (5) durch das heiß isostatische Pressen mit der Trägerbuchse (4) in Verbund gebracht ist, und daß die Schrumpfdruckvorspannung so eingerichtet ist, daß zumindest die Verschleißschutz schicht (5) bei Betriebstemperatur der Schneckenstrangpresse unter Druckvorspannung steht.

2. Schneckenzylinder nach Anspruch 1 in der Ausführungs form, bei der das Schneckenzylindergehäuse aus einem Mantelteil und einem Kühlkanalteil besteht, dadurch ge kennzeichnet, daß Mantelteil (6) und Kühlkanalteil (7) mit enger Passung ineinandergesetzt und durch Schweißen verbunden sind und daß die Trägerbuchse (4) an das Kühlkanalteil (7) ange schlossen ist.

3. Schneckenzylinder nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich die Verschleiß schutzschicht (5) bei Betrieb der Schneckenstrangpresse unter Druckvorspannung steht.

4. Schneckenzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Einziehbereich der Schneckenstrangpresse lediglich in der Verschleißschutz schicht (5) Einziehnuten (8) angeordnet sind.

5. Schneckenzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerbuchse (4) eine Wand dicke D und die Verschleißschutzschicht (5) eine Schichtdicke d aufweisen, wobei d einem Viertel bis einem Drittel von D entspricht (d = D/4 bis D/3).

6. Schneckenzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneckenzylindergehäuse (2) sowie die Trägerbuchse (4) aus einem maschinenbauüblichen Baustahl bestehen.

7. Schneckenzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschleißschutzschicht (5) aus einer verschleißfesten und korrosionsfesten pulver metallurgischen Legierung mit hohem Gehalt an Vanadium carbid besteht.

8. Verfahren zur Herstellung eines Schneckenzylinders (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Schneckenzylinder gehäuse (2) bzw. dessen Mantelteil (6) und dessen Kühlkanalteil (7) e einerseits sowie die Trägerbuchse (4) andererseits aus schmelzmetallurgisch hergestelltem Stahl, unter anderem durch spangebende Formgebung, vorgefertigt, danach span nungsfrei geglüht und im Anschluß daran erforderlichen falls verzugbereinigend nachgearbeitet werden, daß danach auf die Innenseite der spannungsfreien Trägerbuchse (4) die Verschleißschutzschicht (5) im Wege des heißisostatischen Pressens aufgebracht und diese Schicht erforderlichenfalls fräsend oder schleifend bearbeitet sowie danach spannungs arm gemacht wird, und daß im Anschluß daran der Schrumpf verbund zwischen Schneckenzylindergehäuse (2) und Zylinder buchse (3) hergestellt wird.