WO1986002313A1 - Process for producing a wear-resistant working area, preferably for injection-moulding machines and for single and double-shaft extrusion machines, including the tapered type, and a wear-resistant working area produced according to this process - Google Patents

Process for producing a wear-resistant working area, preferably for injection-moulding machines and for single and double-shaft extrusion machines, including the tapered type, and a wear-resistant working area produced according to this process Download PDF

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WO1986002313A1
WO1986002313A1 PCT/DE1985/000335 DE8500335W WO8602313A1 WO 1986002313 A1 WO1986002313 A1 WO 1986002313A1 DE 8500335 W DE8500335 W DE 8500335W WO 8602313 A1 WO8602313 A1 WO 8602313A1
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ceramic
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Michael Reinhard
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Michael Reinhard
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a wear-resistant work space, preferably for injection molding machines and for single- and twin-screw extruders, also of conical design, and to a wear-resistant work space produced according to this method, according to the preamble of claim 1.
  • a housing made of relatively soft structural steel is either provided with an insert made of hardened tool steel or with an insert ejected with a hard alloy on the workspace-side surface. Hard alloys are often thrown directly into the housing. Further measures for wear protection which are carried out on a large scale are the production of a complete housing from hardened tool steel and the nitriding of the workspace-side surface of housings from nitridable tempering steel. It is common to all known housings that the wear-resistant material is metallic.
  • the conveying elements are also known to be made from nitriding steel and through-hardened tool steel become. Snails are known to be armored on the webs by hard metal alloy welding or to be completely protected against wear by chemical, galvanic or thermal treatment of hard layers.
  • the invention has for its object to provide a method for producing a wear-resistant work space, preferably for injection molding machines and for single- and twin-screw extruders, also of conical design, and a wear-resistant work space produced by this method, the wear resistance and the mechanical strength of the work area is guaranteed even under extreme stresses in terms of pressure, temperature, abrasion, adhesion and corrosion.
  • a carrier housing made of steel is lined on the inside with one or more inserts made of technical ceramics and that the conveyor elements consist of a carrier shaft made of steel, onto which one or more molded bodies made of technical ceramics are pushed.
  • the dimensions of the work spaces lined with technical ceramics can reach diameters of more than 10 cm and lengths of more than 1 m, whereby not only cylindrical work spaces but also those with an outer boundary in the form of an open eight are possible .
  • the method according to the invention enables simple and material-specific Assembly of the ceramic insert or inserts in the carrier housing made of steel or the ceramic molded body on the carrier shaft made of steel.
  • the surface of the working space produced in the method according to claim 2 has the material-specific properties of technical ceramics, as there are: a high level of hardness and thus high resistance to abrasive and adhesive wear, a lattice structure which is different from that of metals, which is too low Adhesion tendency towards metal contributes, furthermore a high temperature resistance and a high resistance to aggressive media.
  • the method according to claim 3 has the advantage that it can be carried out quickly and economically.
  • connection with claim 4 it has the advantage that the ceramic insert or inserts are placed under pressure prestress from the outside after the temperature has been equalized with the carrier tube.
  • the use of adhesive increases the strength of the connection to the carrier tube.
  • This method is to be used in particular when high torques have to be transmitted during later use, but the degree of shrinkage cannot be increased accordingly, because otherwise the temperature differences necessary for joining would destroy the ceramic due to the thermal stresses generated.
  • the method according to claim 5 is to be used when the working space is only exposed to relatively low pressure loads in practical operation. It has the advantage that there are no tight tolerances in the manufacture of the inner surface of the carrier housing and the outer surface of the ceramic insert or inserts.
  • a correspondingly high injection pressure can prevent the material from being subsequently placed in the gap and even a certain amount of prestressing can be applied.
  • the ceramic insert or inserts are additionally pressurized from the outside.
  • the thermal and mechanical properties of the material can be adapted to the requirements by a suitable choice or mixture of the mineral and / or metallic fillers.
  • Closing the gap according to claim 7 prevents the material from being squeezed out of the gap during temperature compensation between the carrier housing and ceramic insert or inserts.
  • the method according to claim 8 it is achieved that the ceramic insert DZW. the inserts are biased axially to pressure after the temperature has been equalized with the carrier housing or after it has cooled.
  • the method has the advantage that the ceramic insert or inserts, which generally have a lower thermal expansion than steel, are not destroyed by tensile stresses in practical operation.
  • the carrier shaft produced by the method according to claim 9 can each have different profiles. Kei 1 we 1 lenprof i 1, serrated profile, polygon profile, parallel keys and all other types of positive power transmission. Therefore, several molded parts made of ceramic are necessary because the conveying elements, in this case screws, are usually subjected to high torsional stress. A single or only a very few shaped bodies over the entire length of the carrier wave would break due to the brittleness of the ceramic. In contrast, a plurality of shaped bodies can move against one another when the support shaft is twisted and are therefore subject to a significantly lower load. A solid ceramic molded body is inexpensive to manufacture. Gluing or soldering a steel bushing has the advantage that stress peaks in the shaft-hub connection resulting from overload and / or manufacturing errors are reduced by the steel bushing and breakage of the brittle ceramic is thereby prevented.
  • the wear-resistant working space according to claim 10, in which the inner surface of the housing consists of metallic material, has the advantage that such a housing can be manufactured inexpensively.
  • This solution is useful because the housing is usually subject to a much lower wear than the conveyor elements.
  • the load drops again because the favorable running properties of the pairing of metal and ceramic come into play.
  • the conveyor element or elements consist entirely of metallic material.
  • This design is based on the concept that the conveying elements are regarded as real wear parts that are relatively easy and quick to replace.
  • the wear-resistant work space according to claim 11 with a circular cross section or a cross section corresponding to the shape of an open inside has the advantage that the carrier recess is very easy to manufacture by drilling and honing and that the outer surface of the ceramic insert or inserts is also easy to machine by grinding.
  • polygonal and oval cross sections offer the advantage that the torque transmission from the ceramic insert or inserts to the carrier housing takes place in a coherent manner.
  • Inserts with a profile according to claim 12 on the inside are so-called grooved bushes or, in short, grooved bushes. They are used in single-screw extruders, on which plastics with inorganic and therefore hard pigments are often processed, and are therefore components which are extremely subject to wear.
  • the technical ceramics with their high hardness have the advantage that they can withstand the abrasive wear better than steels.
  • Fig.l shows a cross section through an inventive
  • FIG. 5 shows a longitudinal section through a housing according to the invention with a plurality of ceramic inserts and stops
  • FIG. 6 shows a longitudinal section through a housing according to the invention, which is only partially lined with ceramic inserts
  • FIG. 7 shows a cross section through a housing according to the invention with positive torque transmission from the ceramic insert or inserts to the carrier housing, c
  • FIG. 10 shows a view of a conveyor element according to the invention, which is wear-protected over the entire length with ceramic molded bodies,
  • FIG. 11 shows a view of a conveyor element according to the invention, which is wear-protected only in the front area with ceramic molded bodies,
  • FIG.12a - in side view, Fig.12b - in top view, 13 shows a processing machine with a wear-resistant working space according to the invention;
  • FIG. 13a shows an enlarged partial section
  • Fig.l shows part of the wear-resistant working space according to the invention, namely a housing lined with a ceramic insert or inserts 10 for single-shaft extruders or injection molding machines.
  • the ceramic insert or inserts 10 are shrunk into a carrier housing 1, so that the force transmission from the ceramic insert or inserts 10 to the carrier housing 1 takes place by frictional engagement.
  • the shrink bandage is designed such that the ceramic insert or inserts 10 remain under pressure prestress in the work area even under maximum stresses due to temperature and internal pressure. If high torques are to be expected during later use, additional gluing of the components is recommended.
  • the most advantageous method is to provide the ceramic insert or inserts 10 with a thin layer of adhesive 19 on the outer surface before being inserted into the carrier housing. A slight profiling of the outer surface to accommodate a certain adhesive reservoir is also recommended.
  • Fig. 2 also shows a housing for single-shaft extruders or injection molding machines.
  • the outside dimensions of the ceramic insert or inserts 11 are a few millimeters smaller than the inside dimensions of the carrier housing 2 at room temperature.
  • the resulting gap between the components is filled with a hardening or hardenable material 20.
  • no tight tolerances in the manufacture of the inner surface of the carrier housing 2 and the outer surface of the ceramic insert or inserts 11 are observed.
  • high thermal stresses in the ceramic parts are avoided and premature shrinkage is excluded.
  • a flowable material 21 is used to fill the gap, which can additionally contain mineral and / or metallic powder as a filler. From the manufacturing process, it is advantageous to place the carrier housing 2 on one end face and to insert the ceramic insert or inserts 11 from above. The carrier housing 2 is continuously heated from the outside, while the ceramic insert or inserts 11 are cooled from the inside. Then the gap is poured out from above. In order to ensure that the gap is filled completely in the case of viscous materials and / or high temperatures of the carrier housing, the material 20 can be sprayed through a tube, the opening of which is guided in the gap with spiral movements from bottom to top. The temperature gradient between the carrier tube 2 and the ceramic insert or inserts 11 is maintained until the material 20 has hardened. During the curing time, the material 20 can be pressurized from above by an appropriate device.
  • the hardening or hardenable material 22 is free-flowing or plastic. It is pressed in gradually from above by means of a die adapted to the shape of the gap.
  • the thermal and mechanical properties of the material 22 can be adapted to the requirements of thermal conductivity and compressive strength by the suitable choice or mixture of the mineral and / or metallic fillers.
  • the ceramic inserts 12 are preloaded axially with a tie rod from the end. This prevents gaps that could result from the generally lower thermal expansion of ceramics compared to steel. If high torques are to be expected in practical use, the components are also glued with adhesive 19 in addition to shrinking.
  • the individual inserts 12 can consist of different ceramic and / or metallic materials, depending on the requirements. Plastic processing machines are known to have very different wear mechanisms in the different zones of the work space, to which the materials react differently. In addition, where the housing for pressure transducers or for degassing has to have side openings, the very brittle types of ceramic cannot be used. With the ring flange 25 and the threaded bores 26, two possibilities are indicated as to how the drive and tool side connection can be made. In the case of extruders, a complete housing is often composed of several so-called feet.
  • Figure 4 also shows a housing in longitudinal section.
  • the embodiment is characterized in that only a single, continuous ceramic insert 13 is received by the carrier housing 4.
  • the methods for filling the gap between carrier housing 4 and ceramic insert 13 have already been described in the explanation of FIG.
  • the external threads 27 are intended to indicate the connection to the tool or drive part. Because of the enormous number of housing and machine designs, a detailed description of the connections is also omitted below.
  • 4a and 4b show two ways of closing the gap between the carrier housing 4 and the ceramic insert 13. close, namely once by welding the locking ring 23 with a weld 28 or by screwing into a thread 29. Of course, one side of the gap is closed before the material 20 is introduced.
  • the housing according to the invention in FIG. 5 has, as a special feature, two stops 24 with which the ceramic inserts 14, which are longer at room temperature than the carrier housing 5, are prestressed in this pressure.
  • the stops 24 are screwed or welded on immediately after the gap is filled with hardening or hardenable material 20 while the temperature difference is still present and thus prevent the formation of gaps between the ceramic inserts 14.
  • the stops 24 are also connecting flanges. Since they come into contact with the material to be processed on the inside, the inside surface is also protected against wear.
  • FIG. 6 again shows a housing according to the invention in longitudinal section. Part of the inner surface of the carrier housing 6 is itself a work space. Only the beginning and end of the housing are particularly protected against wear by shrinking in ceramic inserts 15 and possibly additional gluing with adhesive 19. This concept only makes sense if the beginning and / or end of the housing are really under the greatest stress, which is more often the case. It can also be used to regenerate worn-out housings in these areas.
  • FIG. 7 shows an exemplary embodiment of a housing according to the invention, in which the torque is transmitted from the ceramic insert or inserts 16 to the carrier housing 7 by positive locking.
  • the force transmission from the ceramic insert or inserts 17 to the carrier housing 8 takes place frictionally and can be supported by gluing the components, since it is a shrink fit become.
  • the recess of the carrier housing 8 is very easy to manufacture by drilling and honing.
  • the outer surface of the ceramic insert or inserts 17 can also be easily machined by grinding.
  • Fig. 9 also shows a housing for twin-screw extruders.
  • the method is also used here in which hardening or hardening material 20 is poured or pressed into the gap between carrier housing 9 and ceramic insert or inserts 18.
  • the torque transmission from the ceramic insert or inserts 18 to the carrier housing 9 takes place in this embodiment by positive locking.
  • FIG. 10 shows the other part of the working space according to the invention, namely a conveying element. It consists of the carrier shaft 30, onto which a plurality of solid ceramic bodies 33 are pushed. The torque is transmitted positively via a shaft-hub profile 37. The screwed-in tip 32 and a shoulder are used for axial fixation.
  • Several ceramic molded bodies 33 are necessary because the conveying elements, in the present case a screw, are usually subjected to high torsional stress. A single or only a few shaped bodies 33 over the entire length of the carrier wave would break due to the brittleness and the high elastic modulus of the technical ceramics. In contrast, several shaped bodies can move against each other when the carrier shaft is twisted and are therefore subject to a significantly lower load.
  • the exemplary embodiment in FIG. 11 also shows a snail. This time only the front part is particularly protected against wear by pushed-on ceramic molded bodies 34. The rest consists conventionally of metallic material. This concept makes sense if, as in thermoset processing, for example, wear occurs mainly at the screw tip. Worms worn under such stresses can also be regenerated according to this principle.
  • the shaped ceramic body is a screw element, but it can also be designed as a mixing part or kneading disc or block.
  • FIG. 13 shows a processing machine with a wear-resistant working space 43 according to the invention the housing 41 described in FIG. 3 and the conveying element 42 described in FIG. 10.
  • the connecting flange 25, the filling funnel 44 and the drive unit 45 are shown.

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Abstract

A process for producing a wear-resistant working area, preferably for injection-moulding machines and for single and double-shaft extrusion machines including the tapered type. The working area (43) consists of a casing (41) and one or several transport elements (42) moving in the casing, and is characterized by the fact that the casing (41) consists of a support housing (3) made of steel, which is clad internally with one or several inserts made of technical ceramic (12) and by the fact that the transport elements (42) consist of a support shaft (30) made of steel, on which one or several shaped components of technical ceramic (33) are pushed.

Description

Verfahren zur Herstellung eines verschleißfesten Arbeits¬ raumes, vorzugsweise für Spritzgießmaschinen und für ein- und zweiwellige Extruder, auch konischer Bauart, und nach diesem Verfahren hergestellter verschleißfester ArbeitsraumProcess for producing a wear-resistant work space, preferably for injection molding machines and for single- and twin-screw extruders, also of conical design, and wear-resistant work space produced according to this process
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines verschleißfesten Arbeitsraumes, vorzugsweise für Spritzgie߬ maschinen und für ein- und zweiwellige Extruder, auch koni¬ scher Bauart, und einen nach diesem Verfahren hergestellten verschleißfesten Arbeitsraum, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for producing a wear-resistant work space, preferably for injection molding machines and for single- and twin-screw extruders, also of conical design, and to a wear-resistant work space produced according to this method, according to the preamble of claim 1.
Es ist bekannt, den Arbeitsraum der Gehäuse von Kunststoff¬ verarbeitungsmaschinen mit verschleißwiderstandsfähigen Werkstoffen auszukleiden, wie dies beispielsweise aus der DE-OS 30 10 659 hervorgeht. Dabei wird ein Gehäuse aus relativ weichem Baustahl an der arbeitsraumseitigen Fläche entweder mit einem Einsatz aus durchgehärtetem Werkzeugstahl oder mit einem mit einer Hartlegierung ausgeschleuderten Einsatz versehen. Oft werden Hartlegierungen auch direkt in das Gehäuse eingeschleudert. Weitere in großem Umfang durch¬ geführte Maßnahmen zum Verschleißschutz sind das Fertigen eines kompletten Gehäuses aus durchgehärtetem Werkzeugstahl und das Nitrieren der arbeitsraumseitigen Fläche von Gehäu¬ sen aus nitrierfähigem Vergütungsstahl. Dabei ist allen bekannten Gehäusen gemeinsam, daß der verschleißwiderstands¬ fähige Werkstoff metallisch ist.It is known to line the working space of the housing of plastics processing machines with wear-resistant materials, as is evident, for example, from DE-OS 30 10 659. In this case, a housing made of relatively soft structural steel is either provided with an insert made of hardened tool steel or with an insert ejected with a hard alloy on the workspace-side surface. Hard alloys are often thrown directly into the housing. Further measures for wear protection which are carried out on a large scale are the production of a complete housing from hardened tool steel and the nitriding of the workspace-side surface of housings from nitridable tempering steel. It is common to all known housings that the wear-resistant material is metallic.
Auch von den Förderelementen ist bekannt, daß sie aus Nitrierstahl und durchgehärtetem Werkzeugstahl hergestellt werden. Von Schnecken ist bekannt, daß sie an den Stegen durch Auftragsschweißen von Hartlegierungen gepanzert werden oder komplett durch chemisch, galvanisch oder thermisch auf ebrachte, harte Schichten verschleißgeschützt werden.The conveying elements are also known to be made from nitriding steel and through-hardened tool steel become. Snails are known to be armored on the webs by hard metal alloy welding or to be completely protected against wear by chemical, galvanic or thermal treatment of hard layers.
Es hat sich aber gezeigt, daß durchBut it has been shown that through
- den steigenden Anteil von mit harten Partikeln wie z.B. Glasfasern gefüllten Kunststof f-Formmassen- the increasing proportion of hard particles such as Glass-filled plastic molding compounds
- die immer höheren Füllgrade- the ever higher degrees of filling
- die korrosive Wirkung einiger Kunststoffe bei der Verarbeitung- the corrosive effect of some plastics during processing
- die immer häufigere Ausrüstung von Kunststoffen mit bei der Verarbeitung korrosiv wirkenden Additiven, wie z.B. Flammschutzrrti'tteln- the increasingly frequent treatment of plastics with corrosive when processing additives such as Flammschutzrrti 'SHAKE
- und die ständige Leistungssteigerung der Verarbei¬ tungsmaschinen sich die Fälle häufen, in .denen metallische Werkstoffe der abrasiven und korrosiven Verschleißbeanspruchung nicht mehr gewachsen sind. Hinzu kommt häufig noch ein adhäsiver Ver¬ schleiß beim Metall-Metall-Kontakt zwischen Förderelement, vorzugsweise Schnecke, und Gehäuse.- and the constant increase in performance of the processing machines, there are increasing cases in which metallic materials are no longer able to cope with the abrasive and corrosive wear. In addition, there is often adhesive wear in the case of metal-metal contact between the conveying element, preferably the screw, and the housing.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines verschleißfesten Arbeitsraumes, vorzugs¬ weise für Spritzgießmaschinen und für ein- und zweiwellige Extruder, auch konischer Bauart, und einen nach diesem Ver¬ fahren hergestell en versc leißfesten Arbeitsraum zu schaffen, wobei die Verschleißfestigkeit und die mechanische Festigkeit des Arbeitsraumes selbst bei extremen Beanspru¬ chungen in Bezug auf Druck, Temperatur, Abrasion, Adhäsion und Korrosion gewährleistet ist.The invention has for its object to provide a method for producing a wear-resistant work space, preferably for injection molding machines and for single- and twin-screw extruders, also of conical design, and a wear-resistant work space produced by this method, the wear resistance and the mechanical strength of the work area is guaranteed even under extreme stresses in terms of pressure, temperature, abrasion, adhesion and corrosion.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein aus Stahl hergestelltes Trägergehäuse innen mit einem oder mehreren Einsätzen aus technischer Keramik ausgekleidet wird, und daß die Förderelemente aus einer aus Stahl herge¬ stellten Trägerwelle bestehen, auf die ein oder mehrere Formkörper aus technischer Keramik aufgeschoben werden.This object is achieved in that a carrier housing made of steel is lined on the inside with one or more inserts made of technical ceramics and that the conveyor elements consist of a carrier shaft made of steel, onto which one or more molded bodies made of technical ceramics are pushed.
Besondere Schwierigkeiten beim Einsatz von keramischen Bau¬ teilen und bei der Herstellung von Verbundkonstruktionen mit Stahl bestehen darin, daß Keramiken in der Regel sehr spröde sind und je nach Sorte eine im Vergleich zu Stahl geringere Wärmedehnung aufweisen. Da die Druckfestigkeit von techni¬ schen Keramiken das Zehnfache ihrer Zugfestigkeit über¬ steigt, sollten keramische Bauteile in allen Betriebs- bzw. Belastungszuständen der Konstruktion nach Möglichkeit nur Druckspannungen unterliegen.Particular difficulties with the use of ceramic components and with the production of composite structures with steel consist in the fact that ceramics are generally very brittle and, depending on the grade, have a lower thermal expansion than steel. Since the compressive strength of technical ceramics exceeds ten times their tensile strength, ceramic components should, if possible, only be subject to compressive stresses in all operating and load states of the construction.
Stand der Technik sind bereits seit längerem Gleitringdich¬ tungen aus Oxidkeramik und Si 1 iciumkarbid, die aber nur geringe Längenausdehnung aufweisen. Weitere Anwendungsbei¬ spiele für Formteile aus technischer Kermik sind Schneid- plättchen in der Werkzeugtechnik, Fadenlei organe in der Textilindustrie, Siebe in der Papierindustrie, Isolatoren in der Elektroindustrie und Rohre, Schaufelleitkränze und Roto¬ ren in der Hochtemperatur echnologie. Ferner ist aus der Umformtechnik ein Ziehkonus bekannt, der bei der Drahther¬ stellung Anwendung findet. Dieser Ziehkonus, der ebenfalls nur einen geringe Baulänge aufweist und in der Regel nicht mit korrosiven Medien in Berührung steht, dient beispiels¬ weise zur Herstellung von Kupferdrähten mit einem maximalen Durchmesser von 6 mm.Mechanical seals made of oxide ceramics and silicon carbide have been state of the art for a long time, but they have only a small linear expansion. Further application examples for molded parts made from technical ceramics are cutting plates in tool technology, thread guiding organs in the textile industry, sieves in the paper industry, insulators in the electrical industry and pipes, vane guide rings and rotors in high-temperature technology. Furthermore, a drawing cone is known from the forming technology and is used in wire production. This drawing cone, which also has only a short overall length and is generally not in contact with corrosive media, is used, for example, to produce copper wires with a maximum diameter of 6 mm.
Bei der erfindungsgemäßen Anwendung können die Abmessungen der mit technischer Keramik ausgekleideten Arbeitsräume dagegen Durchmesser von mehr als 10 cm und Längen von über 1 m erreichen, wobei nicht nur zylindrische Arbeitsräume son¬ dern auch solche mit einer äußeren Begrenzung in Form einer innen offenen Acht möglich sind. Das erfindungsgemäße Ver¬ fahren ermöglicht eine einfache und werkstoffgerec te Montage des Keramikeinsatzes bzw. der -einsätze in das Trägergehäuse aus Stahl bzw. der Keramikformkörper auf die Trägerwelle aus Stahl. Die Oberfläche des im Verfahren nach Anspruch 2 hergestellten Arbeitsraumes weist die werkstoff- spezifischen Eigenschaften technischer Keramiken auf, als da sind: eine hohe Härte und damit hoher Widerstand gegen abrasiven und adhäsiven Verschleiß, ein im Vergleich zu Metallen unterschiedlicher Gitteraufbau, was mit zu einer geringen Adhäsionsneigung gegenüber Metall beiträgt, ferner eine hohe Temperaturbeständigkeit und eine hohe Beständig¬ keit gegenüber aggressiven Medien.In the application according to the invention, on the other hand, the dimensions of the work spaces lined with technical ceramics can reach diameters of more than 10 cm and lengths of more than 1 m, whereby not only cylindrical work spaces but also those with an outer boundary in the form of an open eight are possible . The method according to the invention enables simple and material-specific Assembly of the ceramic insert or inserts in the carrier housing made of steel or the ceramic molded body on the carrier shaft made of steel. The surface of the working space produced in the method according to claim 2 has the material-specific properties of technical ceramics, as there are: a high level of hardness and thus high resistance to abrasive and adhesive wear, a lattice structure which is different from that of metals, which is too low Adhesion tendency towards metal contributes, furthermore a high temperature resistance and a high resistance to aggressive media.
Das Verfahren nach Anspruch 3 hat den Vorteil,daß es schnell und wirtschaftlich durchzuführen ist. In Verbindung mit Anspruch 4 hat es den Vorteil, daß der Keramikeinsatz bzw. die -einsätze nach erfolgtem Temperaturausgleich mit dem Trägerrohr von diesem von außen unter Druckvorspannung ge¬ setzt werden. Die Verwendung von Klebstoff erhöht die Festigkeit der Verbindung mit dem Trägerrohr. Dieses Ver¬ fahren ist insbesondere dann anzuwenden, wenn beim späteren Einsatz hohe Drehmomente übertragen werden müssen, das Schrumpfmaß aber nicht entsprechend erhöht werden kann, weil sonst die zum Fügen notwendigen Temperaturunterschiede die Keramik aufgrund entstehender Wär espannungen zerstören würde. Das Verfahren nach Anpruch 5 ist dann anzuwenden, wenn der Arbeitsraum im praktischen Betrieb nur relativ geringen Druckbeanspruchungen ausgesetzt ist. Es hat den Vorteil, daß keine engen Toleranzen bei der Fertigung der Innenfläche des Trägergehäuses und der Mantelfläche des Keramikeinsatzes bzw. der -einsätze eingehalten werden müssen. Insbesondere dann, wenn die Querschnitte von Gehäu¬ seinnenfläche und Mantelfläche des Keramikeinsatzes bzw der -einsätze nicht kreisrund sind, kann dadurch ein hoher Auf¬ wand an Zeit, Spezial maschinen und Meßtechnik vermieden werden. Dies ist umso wichtiger, als technische Keramiken nur durch Schleifen mit einer Diamantscheibe endzubearbeiten sind, was sehr teuer ist. Die Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile des Verfahrens nach Anspruch 5 gelten auch für das Verfahren nach Anspruch 6. Hinzu kommt, daß hohe Wärme¬ spannungen im Keramikeinsatz bzw. in den -einsätzen beim Einfügen in das Trägerrohr vermieden werden, die Gefahr eines vorzeitigen Festschrumpfens des Keramikeinsatzes bzw. der -buchsen beim Einfügen in das Trägerrohr ausgeschlossen ist und daß eine gleichmäßige Druckverteilung um den Einsatz bzw. die Einsätze erreicht wird. Das Einpressen von Material ist besonders dann geeignet, wenn der Arbeitsraum im prakti¬ schen Betrieb extrem durch hohe Temperaturen und Drücke beansprucht ist. Durch entsprechend hoch gewählten Einpre߬ druck kann ein nachträgliches Setzen des Materials im Spalt vermieden und sogar eine gewisse Vorspannung aufgebracht werden. Der Keramikeinsatz bzw. die -einsätze werden nach erfolgtem Temperaturausgleich mit dem Trägergehäuse von diesem von außen noch zusätzlich unter Druckvorspannung gesetzt. Durch eine geeignete Wahl oder Mischung der minera¬ lischen und/oder metallischen Füllstoffe können die thermi¬ schen und mechanischen Eigenschaften des Materials den Er¬ fordernissen angepaßt werden. Das Verschließen des Spaltes nach Anspruch 7 verhindert, daß das Material beim Tempera¬ turausgleich zwischen Trägergehäuse und Keramikeinsatz bzw. -einsätzen aus dem Spalt herausgequetscht wird. Mit dem Verfahren nach Anspruch 8 wird erreicht, daß der Keramikein¬ satz DZW. die -einsätze nach erfogtem Temperaturausgleich mit den Trägergehäuse bzw. nach dem Abkühlen von diesem axial auf Druck vorgespannt werden. Das Verfahren hat den Vorteil, daß der Keramikeinsatz bzw. die -einsätze, die in der Regel eine geringere Wärmedehnung als Stahl aufweisen, im praktischen Betrieb nicht durch Zugspannungen zerstört werden.The method according to claim 3 has the advantage that it can be carried out quickly and economically. In connection with claim 4, it has the advantage that the ceramic insert or inserts are placed under pressure prestress from the outside after the temperature has been equalized with the carrier tube. The use of adhesive increases the strength of the connection to the carrier tube. This method is to be used in particular when high torques have to be transmitted during later use, but the degree of shrinkage cannot be increased accordingly, because otherwise the temperature differences necessary for joining would destroy the ceramic due to the thermal stresses generated. The method according to claim 5 is to be used when the working space is only exposed to relatively low pressure loads in practical operation. It has the advantage that there are no tight tolerances in the manufacture of the inner surface of the carrier housing and the outer surface of the ceramic insert or inserts. In particular when the cross sections of the inner housing surface and the outer surface of the ceramic insert or inserts are not circular, a high expenditure of time, special machines and measuring technology can be avoided. This is all the more important as technical ceramics can only be finished by grinding with a diamond wheel are what is very expensive. The possible uses and advantages of the method according to claim 5 also apply to the method according to claim 6. In addition, high thermal stresses in the ceramic insert or inserts are avoided when inserting into the carrier tube, the risk of premature shrinking of the ceramic insert or the bushings are excluded when inserting them into the carrier tube and that an even pressure distribution around the insert or inserts is achieved. The pressing in of material is particularly suitable when the working space is extremely stressed by high temperatures and pressures in practical operation. A correspondingly high injection pressure can prevent the material from being subsequently placed in the gap and even a certain amount of prestressing can be applied. After the temperature has been equalized with the carrier housing, the ceramic insert or inserts are additionally pressurized from the outside. The thermal and mechanical properties of the material can be adapted to the requirements by a suitable choice or mixture of the mineral and / or metallic fillers. Closing the gap according to claim 7 prevents the material from being squeezed out of the gap during temperature compensation between the carrier housing and ceramic insert or inserts. With the method according to claim 8 it is achieved that the ceramic insert DZW. the inserts are biased axially to pressure after the temperature has been equalized with the carrier housing or after it has cooled. The method has the advantage that the ceramic insert or inserts, which generally have a lower thermal expansion than steel, are not destroyed by tensile stresses in practical operation.
Die nach dem Verfahren nach Anspruch 9 hergestellte Träger¬ welle kann jeweils unterschiedliche Profile aufweisen. Möglich sind Kei 1 we 1 lenprof i 1 , Kerbzahnprofil, Polygon- profil, eingesetzte Paßfedern und alle sonstigen Arten der formschlüssigen Kraftübertragung. Es sind deshalb mehrere Formteile aus Keramik notwendig, weil die Förderelemente, im vorliegenden Fall Schnecken, in der Regel stark auf Torsion beansprucht werden. Ein einziger oder nur sehr wenige Form¬ körper über die gesamte Länge der Trägerwelle würden wegen der Sprödigkeit der Keramik zu Bruch gehen. Mehrere Form¬ körper dagegen können sich bei einer Verdrillung der Träger¬ welle gegeneinander verschieben und unterliegen deshalb einer wesentlich geringeren Belastung. Ein massiver Keramik¬ formkörper ist kostengünstig herzustellen. Das Einkleben oder -löte einer Stahlbuchse hat den Vorteil, daß von Über¬ lastung und/oder Fertigungsfehlern herrührende Spannungs¬ spitzen in der Wellen-Naben-Verbindung von der Stahlbuchse abgebaut werden und dadurch ein Bruch der spröden Keramik verhindert wird.The carrier shaft produced by the method according to claim 9 can each have different profiles. Kei 1 we 1 lenprof i 1, serrated profile, polygon profile, parallel keys and all other types of positive power transmission. Therefore, several molded parts made of ceramic are necessary because the conveying elements, in this case screws, are usually subjected to high torsional stress. A single or only a very few shaped bodies over the entire length of the carrier wave would break due to the brittleness of the ceramic. In contrast, a plurality of shaped bodies can move against one another when the support shaft is twisted and are therefore subject to a significantly lower load. A solid ceramic molded body is inexpensive to manufacture. Gluing or soldering a steel bushing has the advantage that stress peaks in the shaft-hub connection resulting from overload and / or manufacturing errors are reduced by the steel bushing and breakage of the brittle ceramic is thereby prevented.
Der verschleißfeste Arbeitsraum nach Anspruch 10, bei dem die Innenfläche des Gehäuses aus metallischem Werkstoff besteht, hat den Vorteil, daß ein solches Gehäuse kosten¬ günstig herzustellen ist. Diese Lösung ist deshalb sinnvoll, weil das Gehäuse in der Regel einer wesentlich geringeren Verschleißbeanspruchung unterliegt als die Förderelemente. Durch die Verwendung von Förderelementen mit keramischen Formteilen sinkt die Belastung nochmals, weil die günstigen Laufeigenschaften der Paarung Metall-Keramik zum Tragen kommen. Dies ist auch umgekehrt der Fall, wenn das Förder¬ element bzw. die -elemente vollständig aus metallischem Werkstoff bestehen. Dieser Ausführung liegt die Konzeption zugrunde, daß die Förderelemente als echte Verschleißteile angesehen werden, die relativ leicht und schnell auszu¬ tauschen sind.The wear-resistant working space according to claim 10, in which the inner surface of the housing consists of metallic material, has the advantage that such a housing can be manufactured inexpensively. This solution is useful because the housing is usually subject to a much lower wear than the conveyor elements. By using conveyor elements with ceramic molded parts, the load drops again because the favorable running properties of the pairing of metal and ceramic come into play. Conversely, this is also the case if the conveyor element or elements consist entirely of metallic material. This design is based on the concept that the conveying elements are regarded as real wear parts that are relatively easy and quick to replace.
Der verschleißfeste Arbeitsraum nach Anspruch 11 mit kreisrundem oder der Form einer innen offenen Acht ent¬ sprechenden Querschnitt hat den Vorteil, daß die Trägerge- häuseausnehmung sehr einfach durch Bohren und Honen herzu¬ stellen ist und daß die Mantelfläche des Keramikeinsatzes bzw. der -einsätze ebenfalls einfach durch Schleifen zu bearbeiten ist. Dagegen bieten polygonale und ovale Quer¬ schnitte den Vorteil, daß die Drehmomentübertragung vom Keramikeinsatz bzw. den -einsätzen auf das Trägergehäuse for schlüssig erfolgt. Einsätze mit einer Profilierung gemäß Anspruch 12 an der Innenseite sind sogenannte genutete Ein¬ zugsbuchsen oder kurz Nutenbuchsen. Sie werden bei Ein¬ schneckenextrudern eingesetzt, auf denen oft Kunststoffe mit anorganischen und deshalb harten Pigmenten verarbeitet werden und sind aus diesem Grunde extrem verschleißbean¬ spruchte Bauteile. Die technischen Keramiken mit ihrer hohen Härte haben den Vorteil, daß sie dem abrasiven Verschleiß besser widerstehen können als Stähle.The wear-resistant work space according to claim 11 with a circular cross section or a cross section corresponding to the shape of an open inside has the advantage that the carrier recess is very easy to manufacture by drilling and honing and that the outer surface of the ceramic insert or inserts is also easy to machine by grinding. In contrast, polygonal and oval cross sections offer the advantage that the torque transmission from the ceramic insert or inserts to the carrier housing takes place in a coherent manner. Inserts with a profile according to claim 12 on the inside are so-called grooved bushes or, in short, grooved bushes. They are used in single-screw extruders, on which plastics with inorganic and therefore hard pigments are often processed, and are therefore components which are extremely subject to wear. The technical ceramics with their high hardness have the advantage that they can withstand the abrasive wear better than steels.
Anhand von Ausführungsbeispielen soll der Erfindungsgedanke verdeutlicht werden. Es zeigt zum Teil in verkleinertem MaßstabThe idea of the invention is to be clarified on the basis of exemplary embodiments. It shows partly on a smaller scale
Fig.l einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßesFig.l shows a cross section through an inventive
Gehäuse für einwellige Extruder und Spritzgie߬ maschinen,Housing for single-shaft extruders and injection molding machines,
Fig.2 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes2 shows a cross section through an inventive
Gehäuse ,Casing ,
Fig.2a - bei der Verwendung von fließf higem, aushärten¬ dem oder aushärtbarem Material,2a - when using flowable, hardening or hardenable material,
Fig.2b - bei der Verwendung von rieselfähigem bzw. plas¬ tischem, aushärtendem oder aushärtbarem Material,2b - when using free-flowing or plastic, hardening or hardenable material,
Fig.3 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes3 shows a longitudinal section through an inventive
Gehäuse mit mehreren Keramikeinsätzen,Housing with several ceramic inserts,
Fig.4 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gehäuse mit einem durchgehenden Keramikeinsatz und einem verschlossenen Spalt,4 shows a longitudinal section through an inventive Housing with a continuous ceramic insert and a closed gap,
Fig.5 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gehäuse mit mehreren Keramikeinsätzen und An¬ schlägen,5 shows a longitudinal section through a housing according to the invention with a plurality of ceramic inserts and stops,
Fig.6 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gehäuse, das nur teilweise mit Keramikeinsätzen ausgekleidet ist,6 shows a longitudinal section through a housing according to the invention, which is only partially lined with ceramic inserts,
Fig.7 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gehäuse mit formschlüssiger Drehmomentübertragung vom Keramikeinsatz bzw. von den -einsätzen auf das Trägergehäuse, c7 shows a cross section through a housing according to the invention with positive torque transmission from the ceramic insert or inserts to the carrier housing, c
Fig.8 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes8 shows a cross section through an inventive
Gehäuse für zweiwellige Extruder,Housing for twin-screw extruders,
Fig.9 einen Querschnitt durch ein erf indungsgemäße.s9 shows a cross section through an inventive
Gehäuse mit formschlüssiger Drehmomentübertragung vom Keramikeinsatz bzw. von den -einsätzen auf das Trägergehäuse ,Housing with positive torque transmission from the ceramic insert or inserts to the carrier housing,
Fig.10 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Förderele¬ mentes, das über die gesamte Länge mit Keramik¬ formkörpern verschleißgeschützt ist,10 shows a view of a conveyor element according to the invention, which is wear-protected over the entire length with ceramic molded bodies,
Fig.11 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Förderele¬ mentes, das nur im vorderen Bereich mit Keramik¬ formkörpern verschleißgeschützt ist,11 shows a view of a conveyor element according to the invention, which is wear-protected only in the front area with ceramic molded bodies,
Fig.12 ein Keramikformteil mit Stahlbuchse,12 a molded ceramic part with a steel bushing,
Fig.12a - in der Seitenansicht, Fig.12b - in der Draufsicht, Fig.13 eine Verarbeitungsmaschine mit erfindungsgemäßem, verschleißfestem Arbeitsraum Fig.13a einen vergrößerten TeilausschnittFig.12a - in side view, Fig.12b - in top view, 13 shows a processing machine with a wear-resistant working space according to the invention; FIG. 13a shows an enlarged partial section
Fig.l zeigt einen Teil des erfindungsgemäßen, verschlei߬ festen Arbeitsraumes, nämlich ein mit einem Keramikeinsatz bzw. -einsätzen 10 ausgekleidetes Gehäuse für einwellige Extruder oder Spritzgießmaschinen. Der Keramikeinsatz bzw. die -einsätze 10 sind in ein Trägergehäuse 1 eingeschrumpft, sodaß die Kraftübertragung vom Keramikeinsatz bzw. von den -einsätzen 10 auf das Trägergehäuse 1 durch Reibschluß er¬ folgt. Der Schrumpfverband ist so ausgelegt, daß der Kera¬ mikeinsatz bzw. die -einsätze 10 selbst bei maximalen Bean¬ spruchungen durch Temperatur und Innendruck im Arbeitsraum unter Druckvorspannung verbleiben. Wenn beim späteren Ein¬ satz hohe Drehmomente zu erwarten sind, empfiehlt sich ein zusätzliches Verkleben der Bauteile. Das vorteilhafteste Verfahren besteht darin, den Keramikeinsatz bzw. die -ein¬ sätze 10 vor dem Fügen in das Trägergehäuse auf der Mantel¬ fläche mit einer dünnen Schicht Klebstoff 19 zu versehen. Eine leichte Profilierung der Mantelfläche zur Aufnahme eines gewissen Klebstoffreservoirs ist zusätzlich empfeh¬ lenswert.Fig.l shows part of the wear-resistant working space according to the invention, namely a housing lined with a ceramic insert or inserts 10 for single-shaft extruders or injection molding machines. The ceramic insert or inserts 10 are shrunk into a carrier housing 1, so that the force transmission from the ceramic insert or inserts 10 to the carrier housing 1 takes place by frictional engagement. The shrink bandage is designed such that the ceramic insert or inserts 10 remain under pressure prestress in the work area even under maximum stresses due to temperature and internal pressure. If high torques are to be expected during later use, additional gluing of the components is recommended. The most advantageous method is to provide the ceramic insert or inserts 10 with a thin layer of adhesive 19 on the outer surface before being inserted into the carrier housing. A slight profiling of the outer surface to accommodate a certain adhesive reservoir is also recommended.
Fig. 2 zeigt ebenfalls ein Gehäuse für einwellige Extruder oder Spritzgießmaschinen. Die Außenabmessungen des Keramik¬ einsatzes bzw. der -einsätze 11 sind bei Raumtemperatur um einige Millimeter kleiner als die Innenabmessungen des Trägergehäuses 2. Der entstehende Spalt zwischen den Bau¬ teilen wird mit einem aushärtenden oder aushärtbaren Mate¬ rial 20 ausgefüllt. Dadurch müssen keine engen Toleranzen bei der Fertigung der Innenfläche des Trägergehäuses 2 und der Mantelfläche des Keramikeinsatzes bzw. der -einsätze 11 eingehalten werden. Hinzu kommt, daß beim Einfügen des Kera- mikeinsatzes bzw. der - einsätze 11 in das Trägergehäuse 2 hohe Wärmespannungen in den Keramikteilen vermieden werden und ein vorzeitiges Festschrumpfen ausgeschlossen ist.Fig. 2 also shows a housing for single-shaft extruders or injection molding machines. The outside dimensions of the ceramic insert or inserts 11 are a few millimeters smaller than the inside dimensions of the carrier housing 2 at room temperature. The resulting gap between the components is filled with a hardening or hardenable material 20. As a result, no tight tolerances in the manufacture of the inner surface of the carrier housing 2 and the outer surface of the ceramic insert or inserts 11 are observed. In addition, when the ceramic insert or inserts 11 are inserted into the carrier housing 2, high thermal stresses in the ceramic parts are avoided and premature shrinkage is excluded.
In Fig.2a wird ein fließfähiges Material 21 zum Füllen des Spaltes eingesetzt, das zusätzlich mineralische und/oder metallische Pulver als Füllstoff enthalten kann. Vom Her¬ stellungsprozeß her ist es vorteilhaft, das Trägergehäuse 2 auf eine Stirnseite zu stellen, und den Keramikeinsatz bzw. die -einsätze 11 von oben einzuführen. Das Trägergehäuse 2 wird fortlaufend von außen erhitzt, während der Keramikein¬ satz bzw. die -einsätze 11 von innen gekühlt werden. Dann wird der Spalt von oben ausgegossen. Um bei zähflüssigen Materialien und/oder hohen Temperaturen des Trägergehäuses sicherzustellen, daß der Spalt vollständig gefüllt wird, kann das Material 20 durch ein Röhrchen gespritzt werden, dessen Öffnung im Spalt unter spiralförmigen Bewegungen von unten nach oben geführt wird. Das Temperaturgefälle zwischen dem Trägerrohr 2 und dem Keramikeinsatz bzw. den -einsätzen 11 wird solange aufrecht erhalten, bis das Material 20 ausgehärtet ist. Während der Aushärtezeit kann das Material 20 durch eine entsprechende Vorrichtung von oben unter Druck gesetzt werden.In Figure 2a a flowable material 21 is used to fill the gap, which can additionally contain mineral and / or metallic powder as a filler. From the manufacturing process, it is advantageous to place the carrier housing 2 on one end face and to insert the ceramic insert or inserts 11 from above. The carrier housing 2 is continuously heated from the outside, while the ceramic insert or inserts 11 are cooled from the inside. Then the gap is poured out from above. In order to ensure that the gap is filled completely in the case of viscous materials and / or high temperatures of the carrier housing, the material 20 can be sprayed through a tube, the opening of which is guided in the gap with spiral movements from bottom to top. The temperature gradient between the carrier tube 2 and the ceramic insert or inserts 11 is maintained until the material 20 has hardened. During the curing time, the material 20 can be pressurized from above by an appropriate device.
In Fig.2b ist das aushärtende oder aushärtbare Material 22 rieselfähig bzw. plastisch. Es wird von oben mittels eines der Form des Spaltes angepaßten Stempels schrittweise einge¬ preßt. Durch die geeignete Wahl oder Mischung der minerali¬ schen und/oder metallischen Füllstoffe können die thermi¬ schen und mechanischen Eigenschaften des Materials 22 den Erfordernissen an Wärmeleitfähigkeit und Druckfestigkeit angepaßt werden.In FIG. 2b, the hardening or hardenable material 22 is free-flowing or plastic. It is pressed in gradually from above by means of a die adapted to the shape of the gap. The thermal and mechanical properties of the material 22 can be adapted to the requirements of thermal conductivity and compressive strength by the suitable choice or mixture of the mineral and / or metallic fillers.
Fig.3 stellt wiederum ein Gehäuse als Teil des verschleiß- festen Arbeitsraumes dar, diesmal allerdings im Längs¬ schnitt. Vor dem Einfügen in das Trägergehäuse 3 werden die Keramikeinsätze 12 mit einem Zuganker von der Stirnseite her axial auf Druck vorgespannt. Dadurch werden Spalten, die durch die in der Regel geringere Wärmedehnung von Keramiken im Vergleich zu Stahl entstehen könnten, verhindert. Sind im praktischen Einsatz hohe Drehmomente zu erwarten, so werden die Bauteile auch hier zusätzlich zum Schrumpfen mit Kleb¬ stoff 19 verklebt. Die einzelnen Einsätze 12 können je nach Anforderung aus unterschiedlichen keramischen und/ oder metallischen Werkstoffen bestehen. Von KunststoffVerarbei¬ tungsmaschinen ist bekannt, daß in den verschiedenen Zonen des Arbeitsraumes ganz unterschiedliche Verschleißmechanis¬ men auftreten, auf die die Werkstoffe unterschiedlich reagieren. Hinzu kommt, daß dort, wo das Gehäuse für Druck¬ aufnehmer oder zur Entgasung seitliche Öffnungen aufweisen muß, die ganz spröden Keramiksorten nicht eingesetzt werden können. Mit dem Ringflansch 25 und den Gewindebohrungen 26 sind zwei Möglichkeiten angedeutet, wie die antriebs- und werkzeugseitige Verbindung hergestellt werden kann. Bei den Extrudern setzt sich ein komplettes Gehäuse auch oft aus mehreren sogenannten Schüßen zusammen.3 again represents a housing as part of the wear-resistant fixed working space, but this time in longitudinal section. Before being inserted into the carrier housing 3, the ceramic inserts 12 are preloaded axially with a tie rod from the end. This prevents gaps that could result from the generally lower thermal expansion of ceramics compared to steel. If high torques are to be expected in practical use, the components are also glued with adhesive 19 in addition to shrinking. The individual inserts 12 can consist of different ceramic and / or metallic materials, depending on the requirements. Plastic processing machines are known to have very different wear mechanisms in the different zones of the work space, to which the materials react differently. In addition, where the housing for pressure transducers or for degassing has to have side openings, the very brittle types of ceramic cannot be used. With the ring flange 25 and the threaded bores 26, two possibilities are indicated as to how the drive and tool side connection can be made. In the case of extruders, a complete housing is often composed of several so-called feet.
Fig.4 zeigt ebenfalls ein Gehäuse im Längsschnitt. Die Aus¬ führung zeichnet sich dadurch aus, daß nur ein einziger, durchgehender Keramikeinsatz 13 vom Trägergehäuse 4 aufge¬ nommen wird. Die Verfahren zum Ausfüllen des Spaltes zwischen Trägergehäuse 4 und Keramikeinsatz 13 sind bereits in der Erläuterung zu Fig.2 beschrieben. Die Außengewinde 27 sollen den Anschluß zum Werkzeug bzw. Antriebsteil andeuten. Aufgrund der ungeheuren Vielzahl von Gehäuse- und Maschinen¬ ausführungen wird auch im Weiteren von einer detaillierten Darstellung der Anschlüsse abgesehen.Figure 4 also shows a housing in longitudinal section. The embodiment is characterized in that only a single, continuous ceramic insert 13 is received by the carrier housing 4. The methods for filling the gap between carrier housing 4 and ceramic insert 13 have already been described in the explanation of FIG. The external threads 27 are intended to indicate the connection to the tool or drive part. Because of the enormous number of housing and machine designs, a detailed description of the connections is also omitted below.
Die Fig.4a und 4b zeigen zwei Möglichkeiten, den Spalt zwischen Trägergehäuse 4 und Keramikeinsatz 13 zu ver- schließen, nämlich einmal durch Einschweißen des Verschlu߬ ringes 23 mit einer Schweißnaht 28 oder durch Einschrauben in ein Gewinde 29. Selbstverständlich ist die eine Seite des Spaltes schon vor dem Einbringen des Materials 20 verschlos¬ sen.4a and 4b show two ways of closing the gap between the carrier housing 4 and the ceramic insert 13. close, namely once by welding the locking ring 23 with a weld 28 or by screwing into a thread 29. Of course, one side of the gap is closed before the material 20 is introduced.
Das erfindungsgemäße Gehäuse in Fig.5 weist als Besonderheit zwei Anschläge 24 auf, mit denen die Keramikeinsätze 14, die bei Raumtemperatur länger sind als das Trägergehäuse 5, in diesem auf Druck vorgespannt werden. Die Anschläge 24 werden direkt nach dem Füllen des Spaltes mit aushärtendem oder aushärtbarem Material 20 bei noch bestehendem Temperatur¬ unterschied angeschraubt oder angeschweißt und verhindern damit die Bildung von Spalten zwischen den Keramikeinsätzen 14. Im vorliegenden Fall sind die Anschläge 24 gleichzeitig auch Anschlußflansche. Da sie an der Innenseite mit dem zu verarbeitendem Material in Berührung kommen, ist die Innen¬ fläche ebenfalls verschleißgeschützt.The housing according to the invention in FIG. 5 has, as a special feature, two stops 24 with which the ceramic inserts 14, which are longer at room temperature than the carrier housing 5, are prestressed in this pressure. The stops 24 are screwed or welded on immediately after the gap is filled with hardening or hardenable material 20 while the temperature difference is still present and thus prevent the formation of gaps between the ceramic inserts 14. In the present case, the stops 24 are also connecting flanges. Since they come into contact with the material to be processed on the inside, the inside surface is also protected against wear.
Fig.6 zeigt wiederum ein erfindungsgemäßes Gehäuse im Längsschnitt. Ein Teil der Innenfläche des Trägergehäuses 6 ist selbst Arbeitsraum. Nur Anfang und Ende des Gehäuses sind durch Einschrumpfen von Keramikeinsätzen 15 und even¬ tuell zusätzliches Verkleben mit Klebstoff 19 besonders verschleißgeschützt. Diese Konzeption ist nur dann sinnvoll, wenn Anfang und/oder Ende der Gehäuses auch wirklich am stärksten beansprucht sind, was allerdings häufiger der Fall ist. Sie kann auch zur Regeneration von in diesen Bereichen verschlissenen Gehäusen herangezogen werden.FIG. 6 again shows a housing according to the invention in longitudinal section. Part of the inner surface of the carrier housing 6 is itself a work space. Only the beginning and end of the housing are particularly protected against wear by shrinking in ceramic inserts 15 and possibly additional gluing with adhesive 19. This concept only makes sense if the beginning and / or end of the housing are really under the greatest stress, which is more often the case. It can also be used to regenerate worn-out housings in these areas.
Fig.7 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsge¬ mäßes Gehäuse, bei dem die Drehmomentübertragung vom Kera¬ mikeinsatz bzw. von den -einsätzen 16 auf das Trägergehäuse 7 durch Formschluß erfolgt. Wegen der Schwierigkeiten bei der Fertigung eines polygonalen Profils wird zur Herstellung des Gehäuses das Verfahren angewendet, bei dem aushärtendes oder aushärtbares Material 20 in den Spalt zwischen Träger¬ gehäuse 7 und Keramikeinsatz bzw. -einsätze 16 gegossen oder gepreßt wird. Dabei ist die Einhaltung enger Fertigungstole¬ ranzen nicht erforderlich. Weitere Einzelheiten und Vorteile dieses Verfahrens sind bereits in den vorstehenden Beschrei¬ bungen erläutert.FIG. 7 shows an exemplary embodiment of a housing according to the invention, in which the torque is transmitted from the ceramic insert or inserts 16 to the carrier housing 7 by positive locking. Because of the difficulties in the production of a polygonal profile, the method is used for the production of the housing, in which curing or curable material 20 is poured or pressed into the gap between carrier housing 7 and ceramic insert or inserts 16. It is not necessary to maintain narrow manufacturing tolerances. Further details and advantages of this method have already been explained in the above descriptions.
Fig.8 stellt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gehäuse für zweiwellige Extruder dar. Die Kraftübertragung vom Keramikeinsatz bzw. von den -einsätzen 17 auf das Trä¬ gergehäuse 8 erfolgt , da es sich um einen Schrumpfverband handelt, reibschlüssig und kann durch Verkleben der Bauteile unterstützt werden. Die Ausnehmung des Trägergehäuses 8 ist sehr einfach durch Bohren und Honen herzustellen. Auch die Mantelfläche des Keramikeinsatzes bzw. der -einsätze 17 ist problemlos durch Schleifen zu bearbeiten.8 shows a cross section through a housing according to the invention for twin-screw extruders. The force transmission from the ceramic insert or inserts 17 to the carrier housing 8 takes place frictionally and can be supported by gluing the components, since it is a shrink fit become. The recess of the carrier housing 8 is very easy to manufacture by drilling and honing. The outer surface of the ceramic insert or inserts 17 can also be easily machined by grinding.
Fig.9 zeigt ebenfalls ein Gehäuse für zweiwellige Extruder. Auch hier kommt das Verfahren zum Einsatz, bei dem aushär¬ tendes oder aushärtbares Material 20 in den Spalt zwischen Trägergehäuse 9 und Keramikeinsatz bzw. -einsätze 18 einge¬ gossen oder eingepreßt wird. Die Drehmomentübertragung vom Keramikeinsatz bzw. von den -einsätzen 18 auf das Trägerge¬ häuse 9 erfogt bei diesem Ausführungsbeispiel durch Form¬ schluß. Bei der ovalen Form des Querschnitts von Gehäuse¬ innenfläche und Mantelfläche des Keramikeinsatzes bzw. der -einsätze ist wieder vorteilhaft, daß keine engen Ferti¬ gungstoleranzen eingehalten werden müssen.Fig. 9 also shows a housing for twin-screw extruders. The method is also used here in which hardening or hardening material 20 is poured or pressed into the gap between carrier housing 9 and ceramic insert or inserts 18. The torque transmission from the ceramic insert or inserts 18 to the carrier housing 9 takes place in this embodiment by positive locking. With the oval shape of the cross section of the inner surface of the housing and the outer surface of the ceramic insert or inserts, it is again advantageous that no tight manufacturing tolerances have to be observed.
Fig.10 stellt den anderen Teil des erfindungsgemäßen Arbeitsraumes, nämlich ein Förderelement dar. Es besteht aus der Trägerwelle 30, auf die mehrere massive Formkörper aus Keramik 33 aufgeschoben sind. Die Drehmomentübertragung erfolgt formschlüssig über ein Wellen-Naben-Profil 37. Zur axialen Fixierung dient die eingeschraubte Spitze 32 und ein Absatz. Es sind mehrere Keramikformkörper 33 notwendig, weil die Förderelemente, im vorliegenden Fall eine Schnecke, in der Regel stark auf Torsion beansprucht werden. Ein einziger oder nur wenige Formkörper 33 über die gesamte Länge der Trägerwelle würden wegen der Sprödigkeit und des hohen Elas¬ tizitätsmoduls der technischen Keramiken zu Bruch gehen. Mehrere Formkörper können sich dagegen bei einer Verdrillung der Trägerwelle gegeneinander verschieben und unterliegen deshalb einer wesentlich geringeren Belastung.10 shows the other part of the working space according to the invention, namely a conveying element. It consists of the carrier shaft 30, onto which a plurality of solid ceramic bodies 33 are pushed. The torque is transmitted positively via a shaft-hub profile 37. The screwed-in tip 32 and a shoulder are used for axial fixation. Several ceramic molded bodies 33 are necessary because the conveying elements, in the present case a screw, are usually subjected to high torsional stress. A single or only a few shaped bodies 33 over the entire length of the carrier wave would break due to the brittleness and the high elastic modulus of the technical ceramics. In contrast, several shaped bodies can move against each other when the carrier shaft is twisted and are therefore subject to a significantly lower load.
Das Ausführungsbeispiel in Fig.11 zeigt ebenfalls eine Schnecke. Diesmal ist nur der vordere Teil durch aufgescho¬ bene Keramikformkörper 34 besonders verschleißgeschützt. Der Rest besteht konventionell aus metallischem Werkstoff. Diese Konzeption ist dann sinnvoll, wenn wie zum Beispiel bei der Duroplastverarbeitung der Verschleiß hauptsächlich an der Schneckenspitze auftritt. Unter solchen Beanspruchungen verschlissene Schnecken können nach diesem Prinzip auch regeneriert werden.The exemplary embodiment in FIG. 11 also shows a snail. This time only the front part is particularly protected against wear by pushed-on ceramic molded bodies 34. The rest consists conventionally of metallic material. This concept makes sense if, as in thermoset processing, for example, wear occurs mainly at the screw tip. Worms worn under such stresses can also be regenerated according to this principle.
In Fig.12a,b ist ein Keramikformkörper 35 dargestellt, in dessen Aufnahmeöffnung eine Stahlbuchse 36 mit Lot 39 einge¬ lötet oder mit Klebstoff 40 eingeklebt ist. Sie weist an der Innenfläche ein Profil 38 zur Drehmomentübertragung auf. Durch die Stahlbuchse 36 werden von Überlastungen und Ferti¬ gungsfehlern herrührende Spannungsspitzen in der Wellen- Naben-Verbindung abgebaut, sodaß ein Bruch des spröden Kera¬ mikformkörpers verhindert wird. Zum Schutz vor aggressiven Medien, die durch die Stoßstellen zwischen den Formkörpern dringen können, kann die Stahlbuchse mit einer korrosionsbe¬ ständigen Schicht versehen werden. In der vorliegenden Aus¬ führung ist der Keramikformkörper ein Schneckenelement, er kann aber auch als Mischteil oder Knetscheibe oder -block ausgebildet sein.12a, b show a ceramic molded body 35, in the receiving opening of which a steel bushing 36 is soldered with solder 39 or is glued in with adhesive 40. It has a profile 38 for torque transmission on the inner surface. The steel bush 36 relieves stress peaks in the shaft-hub connection resulting from overloads and manufacturing errors, so that breakage of the brittle ceramic molded body is prevented. To protect against aggressive media that can penetrate through the joints between the molded bodies, the steel bushing can be provided with a corrosion-resistant layer. In the present embodiment, the shaped ceramic body is a screw element, but it can also be designed as a mixing part or kneading disc or block.
Fig.13 zeigt eine Verarbeitungsmaschine mit einem erfin¬ dungsgemäßen, verschleißfesten Arbeitsraum 43. Er wird von dem in Fig.3 beschriebenen Gehäuse 41 und dem in Fig.10 beschriebenen Förderelement 42 gebildet. Zusätzlich sind der Anschlußflansch 25, der EinfülItrichter 44 und die Antriebs¬ einheit 45 dargestellt.13 shows a processing machine with a wear-resistant working space 43 according to the invention the housing 41 described in FIG. 3 and the conveying element 42 described in FIG. 10. In addition, the connecting flange 25, the filling funnel 44 and the drive unit 45 are shown.
BezeichnungenDesignations
(1-9) Trägergehäuse(1-9) carrier housing
(10-18) Keramikeinsatz bzw. -einsätze(10-18) Ceramic insert or inserts
(19) Klebstoff(19) adhesive
(20) aushärtendes oder aushärtbares Material(20) curing or curable material
(21) fließfähiges, aushärtendes oder aushärtbares Material(21) flowable, hardening or hardenable material
(22) rieselfähiges bzw. plastisches, aushärtendes oder aushärtbares Material(22) free-flowing or plastic, hardening or hardenable material
(23) Ringverschluß(23) Ring closure
(24) Anschlag(24) stop
(25) Anschlußflansch(25) connecting flange
(26) Anschlußgewindebohrung(26) threaded connection
(27) Anschlußaußengewinde(27) Male connection thread
(28) Schweißnaht(28) weld
(29) Gewinde (30,31) Trägerwelle (32) Spitze(29) Thread (30,31) Carrier shaft (32) Tip
(33-35) Keramikformkörper(33-35) ceramic molded body
(36) Stahlbuchse(36) steel bushing
(37,38) Profil für Wellen-Naben-Verbindung(37.38) Profile for shaft-hub connection
(39) Lot(39) Lot
(40) Klebstoff(40) adhesive
(41) Gehäuse(41) housing
(42) Förderelement(42) Conveyor element
(43) verschleißfester Arbeitsraum(43) wear-resistant work area
(44) Einfülltrichter(44) Funnel
(45) Antriebseinheit (45) drive unit

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1.) Verfahren zur Herstellung eines verschleißfesten Arbeitsraumes, vorzugsweise für Spritzgießmaschinen und für ein- und zweiwellige Extruder, auch konischer Bauart, be¬ stehend aus einem Gehäuse und einem oder mehreren sich im Gehäuse bewegenden Förderelementen, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus Stahl hergestelltes Trägergehäuse (1-9) innen mit einem oder mehreren Einsätzen aus technischer Keramik (10-18) ausgekleidet wird, und daß die Förderelemente aus einer aus Stahl hergestellten Trägerwelle (30,31) bestehen, auf die ein oder mehrere Formkδrper aus technischer Keramik (33-35) aufgeschoben werden.1.) Process for producing a wear-resistant working space, preferably for injection molding machines and for single and twin-screw extruders, also conical type, consisting of a housing and one or more conveying elements moving in the housing, characterized in that a carrier housing made of steel (1-9) is lined on the inside with one or more inserts made of technical ceramics (10-18), and that the conveying elements consist of a carrier shaft (30, 31) made of steel, onto which one or more molded bodies made of technical ceramics (33 -35) can be postponed.
2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikeinsatz bzw. die -einsätze (10-18) und der Keramikformkörper bzw. die -formkörper (33-35) im Wesent¬ lichen jeweils aus Aluminiumoxid oder Zirkonoxid oder Titandioxid oder Yttriumoxid oder Sil iciumkarbid oder Siliciumnitrid bestehen.2.) Method according to claim 1, characterized in that the ceramic insert or inserts (10-18) and the ceramic molded body or the molded body (33-35) essentially each made of aluminum oxide or zirconium oxide or titanium dioxide or yttrium oxide or silicon carbide or silicon nitride.
3.) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das Trägergehäuse (1-9) auf eine Temperatur bis maximal 600°C erhitzt wird, daß der Keramikeinsatz bzw. die -einsätze (10-18) auf Raumtemperatur belassen bzw. ge¬ kühlt werden, und daß der Keramikeinsatz bzw. die -einsätze in das Trägergehäuse eingefügt werden. . 3.) Method according to claim 1 and 2, characterized gekenn¬ characterized in that the carrier housing (1-9) is heated to a temperature up to a maximum of 600 ° C, that the ceramic insert or inserts (10-18) leave at room temperature or be cooled, and that the ceramic insert or inserts are inserted into the carrier housing. ,
4.) Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche , da¬ durch gekennzeichnet, daß die Außenabmessungen des Keramik¬ einsatzes bzw. der -einsätze (10,12,15,17) bei Raumtempera¬ tur um ein entsprechend den zu erwartenden Beanspruchungen des Arbeitsraumes gewähltes Schrumpfmaß größer sind als die Innenabmessungen des Trägergehäuses (1,3,6,8,) und daß vor dem Fügen zusätzlich ein Klebstoff (19) auf die Mantelfläche des Keramikeinsatzes bzw. der -einsätze und/oder auf die Innenfläche des Trägergehäuses aufgetragen werden kann.4.) Method according to one of the preceding claims, characterized in that the outer dimensions of the ceramic insert or inserts (10, 12, 15, 17) at room temperature are selected according to the expected stresses on the working space Shrink dimensions are larger than the inner dimensions of the carrier housing (1, 3, 6, 8,) and that an additional adhesive (19) can be applied to the outer surface of the ceramic insert or inserts and / or to the inner surface of the carrier housing before joining .
5.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenabmessungen des Keramikein¬ satzes bzw. der -einsätze (11,13,14,16,18) bei Raumtempera¬ tur um bis zu 0,5 mm kleiner sind als die Innenabmessungen des Trägergehäuses (2,4,5,7,9), und daß vor dem Fügen ein plastisches, aushärtendes oder aushärtbares Material (20) auf die Mantelfläche des Keramikeinsatzes bzw. der -einsätze und/oder auf die Innenfläche des Trägergehäuses mit einer Schichtdicke bis zu 1 mm aufgetragen wird.5.) Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the outer dimensions of the ceramic insert or inserts (11, 13, 14, 16, 18) at room temperature are up to 0.5 mm smaller are as the inner dimensions of the carrier housing (2,4,5,7,9), and that before joining a plastic, hardening or hardenable material (20) on the outer surface of the ceramic insert or inserts and / or on the inner surface of the Carrier housing is applied with a layer thickness of up to 1 mm.
6.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenabmessungen des Keramikein¬ satzes bzw. der -einsätze (11,13,14,16,18) bei Raumtempera¬ tur um einige Millimeter kleiner sind als die Innenabmessun¬ gen des Trägergehäuses (2,4,5,7,9), und daß der Spalt zwischen fortlaufend erhitztem Trägergehäuse und gekühltem Keramikeinsatz bzw. gekühlten -einsätzen mit einem flie߬ fähigen, aushärtenden oder aushärtbaren Material (21), dem mineralische und/oder metallische Pulver als Füllstoff zuge¬ setzt werden, ausgegossen wird, oder daß in den Spalt zwischen fortlaufend erhitztem Trägergehäuse und gekühltem Keramikeinsatz bzw. gekühlten -einsätzen ein rieselfähiges bzw. plastisches, aushärtendes oder aushärtbares Material (22), dem mineralische und/oder metallische Pulver als Füll¬ stoff zugesetzt werden, mittels eines der Form des Spaltes angepaßten Stempels schrittweise gleichmäßig eingepreßt wird .6.) Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the outer dimensions of the ceramic insert or inserts (11, 13, 14, 16, 18) at room temperature are a few millimeters smaller than the inner dimensions ¬ against the carrier housing (2,4,5,7,9), and that the gap between continuously heated carrier housing and cooled ceramic insert or cooled inserts with a flowable, hardening or hardenable material (21), the mineral and / or metallic powders are added as filler, is poured out or that in the gap between continuously heated carrier housing and cooled ceramic insert or cooled inserts a free-flowing or plastic, hardening or hardenable material (22), the mineral and / or metallic Powder are added as a filler, gradually pressed in uniformly by means of a stamp adapted to the shape of the gap becomes .
7.) Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß die beiden Enden des Spalts nach dem Fügen, Ausgießen oder Einpressen bei noch bestehendem Temperaturunterschied mit einem Verschlußring (23) ver¬ schlossen werden.7.) Method according to one of the preceding claims, da¬ characterized in that the two ends of the gap after joining, pouring or pressing in with a still existing temperature difference with a locking ring (23) are closed.
8.) Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß das Trägergehäuse (5) bei Raum¬ temperatur kürzer ist als der Keramikeinsatz bzw. die -ein¬ sätze, daß der Keramikeinsatz bzw. die -einsätze (14) nach dem Fügen bei noch bestehendem Temperaturunterschied bzw. bei hohen Temperaturen nach erfolgtem Temperaturausgleich im Trägergehäuse an beiden Stirnseiten durch Anschläge (24) axial fixiert werden, und daß der Keramikeinsatz bzw. die - einsätze nach erfolgtem Temperaturausgleich mit dem Träger¬ gehäuse bzw. nach dem Abkühlen von diesem über die Anschläge axial auf Druck vorgespannt werden.8.) Method according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier housing (5) at room temperature is shorter than the ceramic insert or inserts that the ceramic insert or inserts (14) after the joining at an existing temperature difference or at high temperatures after temperature equalization in the carrier housing is axially fixed at both ends by stops (24), and that the ceramic insert or inserts after temperature equalization with the carrier housing or after cooling be biased axially by the stops via the stops.
9.) Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerwelle (30,31) ein Profil (37) zur formschlüs¬ sigen Drehmomentübertragung und ein Gewinde zur axialen Fixierung der Formkörper (33,34) durch eine einschraubbare Spitze (32) oder eine Mutter aufweist, und daß der kera¬ mische Formkörper massiv ausgebildet ist und an der Innen¬ fläche der Aufnahmeöffnung ein der Trägerwelle entsprechen¬ des Profil (37) aufweist, oder daß die Innenfläche der Aufnahmeöffnung bei der Herstellung des keramischen Form¬ körpers (35) metallisiert wird, und eine Stahlbuchse (36) mit einem der Trägerwelle entsprechenden Profil (38) an der Innenfläche in die Aufnahmeöffnung mit Lot (39) eingelötet wird, oder daß in die Aufnahmeöffnung des keramischen Form¬ körpers eine Stahlbuchse mit einem der Trägerwelle ent¬ sprechenden Profil an der Innenfläche mit Klebstoff (40) eingeklebt wird. 9.) Method according to claim 1 and 2, characterized in that the carrier shaft (30,31) a profile (37) for positive torque transmission and a thread for axially fixing the shaped body (33,34) by a screw-in tip (32) or has a nut, and that the ceramic shaped body is solid and has a profile (37) corresponding to the carrier shaft on the inner surface of the receiving opening, or that the inner surface of the receiving opening during the production of the ceramic shaped body ( 35) is metallized, and a steel bushing (36) with a profile (38) corresponding to the carrier shaft is soldered on the inner surface into the receiving opening with solder (39), or that a steel bushing with one of the carrier shaft is inserted into the receiving opening of the ceramic molded body corresponding profile is glued to the inner surface with adhesive (40).
10.) Verschleißfester Arbeitsraum nach einem der vorstehen¬ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch das Gehäuse gebildete Begrenzung des Arbeitsraumes vollständig aus metallischem Werkstoff besteht, oder daß das Förderele¬ ment bzw. die -elemente vollständig aus metallischem Werkstoff bestehen.10.) Wear-resistant working space according to one of the protruding claims, characterized in that the boundary of the working space formed by the housing consists entirely of metallic material, or that the conveying element or elements consist entirely of metallic material.
11.) Verschleißfester Arbeitsraum nach einem der vorstehen¬ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Innenfläche des Trägergehäuses (1,2,7,8,9) und der Quer¬ schnitt der Mantelfläche des Keramikeinsatzes bzw. der - einsätze kreisrund (10,11), polygonal (16) oder oval (18) sind oder die Form einer innen offenen Acht (17) aufweisen.11.) Wear-resistant working space according to one of the preceding claims, characterized in that the cross section of the inner surface of the carrier housing (1, 2, 7, 8, 9) and the cross section of the outer surface of the ceramic insert or inserts are circular ( 10,11), polygonal (16) or oval (18) or have the shape of an open eight (17).
12.) Verschleißfester Arbeitsraum nach einem der vorstehen¬ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikein¬ satz (12,14,15) am Anfang des Gehäuses (3,5,6) an der Innen¬ seite konische Längsnuten, flach auslaufende Wendelnuten oder sonstige Profilierungen zur Einzugshilfe aufweist. 12.) Wear-resistant working space according to one of the protruding claims, characterized in that the ceramic insert (12, 14, 15) at the beginning of the housing (3, 5, 6) on the inside conical longitudinal grooves, flat spiral grooves or has other profiles to help you move in.
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