DE4445352C1 - Verfahren zur Verschleißüberwachung eines Kunststoff-Extruders und für das Verfahren eingerichtete Kunststoff-Extruder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verschleißüber­ wachung eines Kunststoff-Extruders, der zumindest eine Schnecke aus Schneckenwelle und Schneckensteg sowie einen die Schnecke umgebenden Gehäusezylinder mit Schnecken­ aufnahmebohrung aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem Kunststoff-Extruder, die für die Durchführung des Ver­ fahrens eingerichtet sind.

Kunststoff-Extruder, die zumindest eine Schnecke aus Schneckenwelle und Schneckensteg sowie einen die Schnecke umgebenden Gehäusezylinder mit Schneckenaufnahmebohrung aufweisen, sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt, insbes. als Einschnecken-Extruder und Doppelschnecken-Ex­ truder (DE 39 36 438 A1). Der Ausdruck Gehäusezylinder ist üblich, weil das Gehäuse die zumeist zylindrische Schneckenaufnahmebohrung umgibt. Der Querschnitt des Gehäusezylinders muß in bezug auf den Außenumfang nicht kreiszylindrisch verlaufen. Bei Doppelschnecken-Extrudern durchdringen sich die parallel verlaufenden Schneckenauf­ nahmebohrungen im geometrischen Sinne. Die Durchdringung führt zu einem achtförmigen Querschnitt der Schneckenauf­ nahmebohrung, in der die Schneckenstege der beiden Schnecken gleichsam miteinander kämmen. Im Rahmen der Erfindung liegen Kunststoff-Extruder, bei denen in die Schneckenaufnahmebohrung eine Buchse oder zwei nach Maßgabe der beschriebenen Durchdringung eingerichtete Buchsen eingesetzt sind.

Die Erfindung geht von der Tatsache aus, daß bei Kunst­ stoff-Extrudern des beschriebenen Aufbaus Verschleißer­ scheinungen an den Schneckenstegen und in der Schnecken­ aufnahmebohrung auftreten. Das gilt auch dann, wenn die verschleißbeanspruchten Flächen dieser Bauteile eine besondere Härtung oder eine Hartstoffbeschichtung auf­ weisen. Der Verschleißabtrag an den Schneckenstegen und/oder in der Schneckenaufnahmebohrung beeinträchtigt die Funktion des Kunststoff-Extruders in bezug auf die Extru­ deraufbereitung des zu extrudierenden Kunststoffes sowie in bezug auf den Energieverbrauch, und zwar mit zunehmendem Verschleißabtrag in zunehmendem Maße. Überschreitet der Verschleißabtrag ein vorgegebenes Maß, so muß ein Austausch der verschlissenen Bauteile durchgeführt werden.

Um den Verschleißabtrag zu messen, ist es üblich und bisher erforderlich, den Kunststoff-Extruder zu demontieren und Verschleißmessungen an der Schnecke und/oder in der Schneckenaufnahmebohrung durchzuführen. Das ist aufwendig. Darüber hinaus muß die Anlage, in der der Kunststoff-Ex­ truder arbeitet, zur Durchführung dieser Verschleiß­ messungen für einen längeren Zeitraum stillgelegt werden. Verfahren zur Verschleißüberwachung im laufenden Betrieb des Kunststoff-Extruders sind nicht bekannt.

Bekannt ist es, den Verschleiß der Oberfläche eines Maschinenteils (DE 43 12 354 C1, DE 38 12 178 C2) mit Hilfe von elektrisch oder elektronisch arbeitenden Sensoren zu erfassen. Bei Schneckenextrudern wird an einer im Einzugstrichter angeordneten Speisewalze mit Hilfe eines Sensors festgestellt, ob sich auf dieser Speisewalze eine Materialschicht aufgebaut hat (DE 40 38 365 C1). Bekannt ist es auch, eine Wanddicke mit Hilfe von Ultraschall zu messen (Handbuch der industriellen Meßtechnik, P. Profos, Hrsg., Essen 1987, Seite 414).

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, die Verschleißüberwachung an einem Kunststoff-Extruder im laufenden Betrieb durchzuführen. Der Erfindung liegt fernerhin das technische Problem zugrunde, Kunststoff-Ex­ truder zu schaffen, die für die Durchführung der Ver­ schleißüberwachung im laufenden Betrieb geeignet sind.

Zur Lösung dieses technischen Problems ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Verschleißüberwachung eines Kunststoff-Extruders, der zumindest eine Schnecke aus Schneckenwelle und Schneckensteg sowie einen die Schnecke umgebenden Gehäusezylinder mit Schneckenaufnahmebohrung aufweist, - mit den Verfahrensschritten:

• 1.1) es werden die Anlegebereiche ermittelt, in denen sich die arbeitende Schnecke mit ihrem Schneckensteg an die Innenwand der Schneckenauf­ nahmebohrung anlegt,
• 1.2) im laufenden Betrieb, bei rotierender oder nichtrotierender Schnecke, wird zumindest an einem der Anlegebereiche die Wanddicke des Gehäusezylinders gemessen,

wobei die Schnecke und/oder der Gehäusezylinder ausge­ tauscht werden, wenn die Wanddicke einen vorgegebenen Sollwert unterschreitet. In der Ausführungsform für Kunst­ stoff-Extruder mit Doppelschnecke wird vorzugsweise für jede Schnecke an zumindest einem Anlegebereich die Wanddicke des Gehäusezylinders gemessen. Für die Messung der Wanddicke kennt die Praxis eine Mehrzahl von Maßnahmen. Insbes. kann die Wanddicke an den angegebenen Stellen mit einer Ultraschallmeßvorrichtung gemessen werden, die grund­ sätzlich nach dem Radarprinzip arbeitet. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Wanddicke mit Hilfe eines Verschleißbolzens zu messen, der in eine entsprechende Bohrung in dem Gehäusezylinder eingesetzt wird und den gleichen Verschleiß erfährt wie die Wand, deren Dicke zu messen ist.

Bei einem arbeitenden Extruder treten Kontakte des Schneckensteges bzw. der Schneckenstege mit der Innenwand der Schneckenaufnahmebohrung auf, die einen Verschleißab­ trag bewirken. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß diese Kontakte, oder daß solche Kontakte auch an definierten Anlegebereichen stattfinden, die unschwer, z. B. durch akustische Abtastungen des Gehäusezylinders, ermittelt werden können. In den Anlegebereichen erfolgt der Verschleißabtrag sowohl in bezug auf die Innenwand der Schneckenaufnahmebohrungen als auch in bezug auf die Schneckenstege. Bei bestimmten Extrudertypen liegen sie zumeist an gleicher Stelle, so daß die Untersuchung nur typenmäßig durchgeführt werden muß. Die Erfindung geht fernerhin von der Erkenntnis aus, daß in den Anlege­ bereichen unschwer Dickenmessungen der Wanddicke des Gehäusezylinders durchgeführt werden können, z. B. wie vorstehend angegeben. Auf diese Weise kann der Verschleißabtrag in der Schneckenaufnahmebohrung in dem Anlegebereich bzw. in einem Abschnitt des Anlegebereiches ermittelt werden. Überraschenderweise besteht die Möglich­ keit, daraus den Verschleißabtrag an dem zugeordneten Schneckensteg zu ermitteln, und zwar dadurch, daß das Maß der Wanddicke einem Rechner zugeführt wird, der nach Maßgabe eines experimentell ermittelten, für den Extruder typischen Programms den Verschleißabtrag des Schnecken­ steges als Funktion der Wanddicke des Gehäusezylinders an der Meßstelle angibt und der bei Unterschreiten des vorge­ gebenen Sollwertes ein Kennzeichen erzeugt.

Gegenstand der Erfindung sind auch Kunststoff-Extruder, die zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet sind. Insoweit wird auf die Patentansprüche 6 und 7 verwiesen.

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

Fig. 1 einen Querschnitt durch den Gehäusezylinder eines Kunststoff-Extruders, der als Doppelschnecken-Extru­ der durchgeführt ist,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus dem Gegenstand nach Fig. 1 im Bereich A.

Man erkennt in den Figuren einen Querschnitt durch einen Kunststoff-Extruder, der als Doppelschnecken-Extruder aus­ geführt ist, im Bereich des Gehäusezylinders. Man erkennt den Gehäusezylinder 1 selbst und in dem Gehäusezylinder zwei Schnecken 2, deren Schneckenstege 3 gleichsam mit­ einander kämmen. Die Schneckenaufnahmebohrung 4 besitzt, wie bereits beschrieben, gleichsam einen achtförmigen Querschnitt, der Gehäusezylinder 1 besitzt einen mehr oder weniger ellipsenförmigen Außenumfang.

In der Fig. 1 sind die Anlegebereiche 5 gekennzeichnet, in denen sich die arbeitenden Schnecken 2 mit ihrem Schnecken­ steg 3 an die Innenwand der Schneckenaufnahmebohrung 4 anlegen. Bei Doppelschnecken-Extrudern liegen die Anlege­ bereiche 5 im allgemeinen, wie in der Fig. 1 dargestellt, in bezug auf die strichpunktiert eingezeichnete Linie 6 symmetrisch. Man erkennt, daß hier im laufenden Betrieb, bei rotierenden oder nichtrotierenden Schnecken 2, zumindest an einem der Anlegebereiche 5 die Wanddicke des Gehäusezylinders 1 gemessen werden kann. Ergibt die Messung, daß die Wanddicke einen vorgegebenen Sollwert unterschreitet, so können die Schnecke 2 und/oder der Gehäusezylinder 1 ausgetauscht werden. Im Ausführungs­ beispiel mag diese Messung für jede der Schnecken 2 an zumindest einem Anlegebereich 5 durchgeführt werden.

Die vergrößerten Ausschnitte in Fig. 1 verdeutlichen, daß außerhalb der Anlegebereiche 5 die konstruktiv vorgegebenen Toleranzspalte eingerichtet sind. Die Spaltweite wurde übertrieben groß gezeichnet.

Die Fig. 1 erläutert die geometrischen Verhältnisse, auf denen das erfindungsgemäße Verfahren beruht. Die Fig. 1 zeigt den Gehäusezylinder 1 mit der Schneckenaufnahme­ bohrung 4 und die Schnecken 2 im Neuzustand. Der Gehäusezylinder hat eine konstruktiv vorgegebene Wanddicke W und im übrigen eine Kanaltiefe K zwischen den Schnecken­ stegen 3. Erfolgt, wie beschrieben, ein Verschleißabtrag, so wird die Wanddicke W dünner. Dieser Wert kann meßtechnisch erfaßt werden. Verschleißt der Schneckensteg 3, so verringert sich die Kanaltiefe K. Im Anlegebereich 5 verringert sich auch die Summe aus Wanddicke W und Kanal­ tiefe K.

Die Fig. 2 zeigt, daß die Wanddicke W mit Hilfe eines Verschleißbolzens 7 auf an sich bekannte Art und Weise gemessen werden kann, der in eine entsprechende Bohrung 8 in dem Gehäusezylinder 1 eingesetzt ist und den gleichen Verschleißabtrag erfährt wie die Schneckenaufnahmebohrung 4 im Anlegebereich 5. Man könnte in diesem Bereich aber auch den Gehäusezylinder 1 so einrichten, daß der Ultraschall­ meßkopf einer Ultraschallmeßvorrichtung für die Wanddicke unschwer angekoppelt werden kann, er könnte aber auch beispielsweise in eine Sackbohrung eingeschraubt sein. In diesem Falle ist der Gehäusezylinder 1 an zumindest einem Anlegebereich 5, an dem sich die arbeitende Schnecke 2 mit ihrem Schneckensteg 3 an die Innenwand der Schnecken­ aufnahmebohrung 4 anlegt, so eingerichtet, daß die Ankopplung einer Wanddickenmeßvorrichtung möglich ist. Diese Einrichtung wurde durch eine Abplattung 9 strichpunktiert angedeutet.

Claims (8)

1. Verfahren zur Verschleißüberwachung eines Kunststoff-Ex­ truders, der zumindest eine Schnecke aus Schneckenwelle und Schneckensteg sowie einen die Schnecke umgebenden Gehäuse­ zylinder mit Schneckenaufnahmebohrung aufweist, - mit den Verfahrensschritten:

• 1.1) es werden die Anlegebereiche ermittelt, in denen sich die arbeitende Schnecke mit ihrem Schneckensteg an die Innenwand der Schneckenauf­ nahmebohrung anlegt,
• 1.2) im laufenden Betrieb, bei rotierender oder nichtrotierender Schnecke, wird zumindest an einem der Anlegebereiche die Wanddicke des Gehäusezylinders gemessen,

wobei die Schnecke und/oder der Gehäusezylinder ausge­ tauscht werden, wenn die Wanddicke einen vorgegebenen Sollwert unterschreitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1 in der Ausführungsform für Kunststoff-Extruder mit Doppelschnecke, wobei für jede Schnecke an zumindest einem Anlegebereich die Wanddicke gemessen wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Wanddicke mit einer Ultraschallmeßvorrichtung gemessen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Wanddicke mit Hilfe eines Verschleißbolzens gemessen wird, der in eine entsprechende Bohrung in dem Gehäusezylinder eingesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Maß der Wanddicke einem Rechner zugeführt wird, der nach Maßgabe eines experimentell ermittelten, für den Extruder typischen Programms den Verschleißabtrag des Schnecken­ steges als Funktion der Wanddicke des Gehäusezylinders an der Meßstelle angibt und der bei Unterschreiten des vorgegebenen Sollwertes ein Kennzeichen erzeugt.

6. Kunststoff-Extruder, der zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 eingerichtet ist, bei dem der Gehäuse­ zylinder (1) an zumindest einem Anlegebereich (5), an dem sich die arbeitende Schnecke (2) mit ihrem Schneckensteg (3) an die Innenwand der Schneckenaufnahmebohrung (4) anlegt, eine Einrichtung (9) zur Ankopplung einer Wand­ dickenmeßvorrichtung und eine Wanddickenmeßvorrichtung aufweist.

7. Kunststoff-Extruder, der zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4 eingerichtet ist, bei dem der Gehäuse­ zylinder (1) an zumindest einem Anlegebereich (5), an dem sich die arbeitende Schnecke (2) mit ihrem Schneckensteg (3) an die Innenwand der Schneckenaufnahmebohrung (4) anlegt, eine Bohrung (8) und einen darin eingesetzten Verschleißbolzen (7) aufweist.