DE3437559C2

DE3437559C2 -

Info

Publication number: DE3437559C2
Application number: DE3437559A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. 6117 Schaafheim De Reinhard
Original assignee: Individual
Current assignee: Nordson Xaloy Inc
Priority date: 1984-10-12
Filing date: 1984-10-12
Publication date: 1988-01-07
Also published as: EP0197074A1; DE3437559A1; WO1986002313A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines ver schleißfesten Arbeitsraumes im Zylinder von Spritzgießmaschinen und ein- und zweiwelligen Extrudern, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Spritzgießmaschinen und Extruder sind Maschinen, auf denen vor zugsweise Kunststoffe, also Thermoplaste, Duroplaste und Elasto mere, aber auch Nahrungs- und Genußmittel und sonstige Massen verarbeitet werden. In einem Gehäuse, auch Zylinder genannt, rotieren dabei ein oder mehrere Förderelemente, die vorzugsweise Schnecken sind. Bei Spritzgießmaschinen kommt noch eine Axialbe wegung und die Möglichkeit, daß das Förderelement ein Kolben ist, der nicht rotiert, hinzu. Der Arbeitsraum dient dazu, das zu verarbeitende Material zu fördern, zu erwärmen, gegebenenfalls aufzuschmelzen, zu durchmischen und den zur Verarbeitung notwen digen Druck aufzubauen. Dazu ist es erforderlich, daß das Spiel zwischen Zylinderinnenfläche und Förderelement klein ist.

Aus der DE-PS 25 58 611 ist bekannt, eine Verschleißbüchse bei Temperaturdifferenz mit Untermaß in ein Extrudergehäuse einzu setzen. Durch Bestreichen der Außenfläche der Verschleißbüchse mit partikelgefülltem aushärtbarem Material vor dem Fügen wird erreicht, daß der nach dem Fügen zwischen Verschleißbüchse und Extrudergehäuse entstehende Spalt ausgefüllt wird. Zielsetzungen des Verfahrens sind eine hohe Festigkeit des Verbundes und ein guter Wärmeübergang vom Extrudergehäuse auf die Verschleißbüchse.

Weiterhin ist bereits bekannt und in der Praxis allgemein üblich, Verschleißeinsätze in die Ausnehmung eines Trägergehäuses einzu schrumpfen. Dazu müssen die Außenflächen der Einsätze und die Innenfläche des Trägergehäuses sehr exakt bearbeitet werden, was bei von der kreisrunden Form abweichenden Querschnitten erheb liche fertigungstechnische Probleme aufwirft und hohe Kosten verursacht.

Aus der DE-AS 24 26 732 ist bekannt, in die Wandung einer Schnec kenbohrung verschleißbeständige Einsätze einzubringen. Dazu werden die platten-, riegel- oder streifenförmigen Teile eingeklebt oder eingelötet.

Aus der CH-PS 4 45 457 ist ein Gehäuse bekannt, das aus einzelnen Lamellen besteht, die unter Zwischenschaltung eines aushärtenden Verbindungsmittels zwischen je zwei Lamellen zu einer unlösbaren Einheit verbunden sind.

Den bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist gemeinsam, daß sie nicht für den Einsatz von am Umfang geschlossenen Verschleißein sätzen aus technischer Keramik geeignet sind. Die im Betrieb auftretenden Temperaturen und Innendrücke und die im Vergleich zu Stahl meist geringeren Wärmedehnungen der technischen Keramiken würden zu Zugspannungen und Spannungsspitzen in den Einsätzen führen, so daß diese wegen der hohen Sprödigkeit und Zugempfind lichkeit der Keramiken zwangsläufig durch Rißbildung versagen müßten.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannten Verfahren und insbesondere das Verfahren aus der DE-PS 25 58 611 so weiterzuentwickeln, daß auch geschlossene Verschleißeinsätze aus technischer Keramik zur Anwendung kommen können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß ein oder mehrere, geschlossene Einsätze aus technischer Kera mik mit Untermaß in die Aufnahmeöffnung eines Trägergehäuses eingesetzt werden,
daß ein fließfähiges, aushärtbares Material unter äußerer Druck einwirkung in den Zwischenraum zwischen Trägergehäuse und Ein sätzen eingepreßt wird,
und daß der Zwischenraum unmittelbar nach dem Einpressen des Materials abgeschlossen oder die Druckeinwirkung bis zum Aus härten des Materials aufrechterhalten wird.

Mit diesem Verfahren wird erreicht, daß die Keramikeinsätze nach dem Einsetzen in das Trägerrohr und nach Aushärten des Materials auf Druck vorgespannt sind. Die Höhe der Vorspannung kann über den Einpreßdruck und bei der Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 über die Heizung des Trägerrohrs und die Kühlung der Einsätze eingestellt werden. Die Beheizung des Trägerrohrs er folgt durch normale Heizbänder oder -platten von außen, die Kühlung der Einsätze von innen durch ein die Bohrungen durchströ mendes Kühlmedium. Mit der Aufrechterhaltung des Druckes bis zum Aushärten des Materials können Schwindungseffekte während des Aushärtens kompensiert werden. Insbesondere dann, wenn das aus härtbare Material durch die Zugabe von mineralischen und/oder metallischen Füllstoffen eine nur sehr geringe Fließfähigkeit aufweist, bringt das Verfahren nach Anspruch 3 Vorteile. Durch das schrittweise Einpressen des Materials werden Abstützungs effekte vermieden und somit sichergestellt, daß die Verdichtung und der Druckaufbau über die Länge des Zwischenraumes weitest gehend konstant sind. Durch die axiale Vorspannung mehrerer Ein sätze mit Hilfe eines Zugankers nach Anspruch 4 können die Ein sätze in exakt fluchtender Position fixiert werden und eine Spaltbildung zwischen den einzelnen Einsätzen verhindert werden. Das Verfahren nach Anspruch 5 hat den Vorteil, daß auch der Gefahr des Auftretens von axialen Zugspannungen im Betrieb entge gengewirkt wird. Bei Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6 ist garantiert, daß die Keramikeinsätze den Beanspruchungen ohne Rißbildung standhalten. Aufgrund der sehr hohen Druckfestigkeit von Keramiken ist es möglich, die Einsätze entsprechend hohen radialen, tangentialen und axialen Druckvorspannungen auszu setzen. Die Zugfestigkeit erreicht dagegen oft nur ein Zehntel der Druckfestigkeit.

Mit der Vorrichtung nach Anspruch 7 kann das Verfahren nach Anspruch 3 am einfachsten und kostengünstigsten durchgeführt werden. Je nach Länge des Trägergehäuses und Tiefe, in der einge preßt wird, sollten Stempel unterschiedlicher Länge verwendet werden, damit es bei hohen Einpreßkräften und/oder sehr schmalem Zwischenraum und damit dünnem Stempel am Ende des Einpreßvor gangs nicht zum Ausknicken des Stempels kommt.

Der verschleißfeste Arbeitsraum nach Anspruch 8 hat den Vorteil, daß die Innenseite des Trägergehäuses korrosionsgeschützt ist. Dies ist insbesondere deshalb wichtig, weil diese Fläche durch die Vorspannung unter Zugspannungen steht und somit die Gefahr der Spannungsrißkorrosion besteht, wenn aggressiv wirkende Medien durch die Stoßstellen zwischen mehreren Einsätzen dringen oder an der Stirnfläche des Gehäuses eindringen. Auch der verschleißfeste Arbeitsraum nach Anspruch 9 oder 10 hat diesen Vorteil. Beim verschleißfesten Arbeitsraum nach Anspruch 10 ist zusätzlich das eingepreßte Material gegen einen chemischen Angriff geschützt.

Anhand von Ausführungsbeispielen soll der Erfindungsgedanke ver deutlicht werden. Es zeigt zum Teil in verkleinertem Maßstab

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäß herge stellten Zylinder für Spritzgießmaschinen und einwel lige Extruder,

Fig. 1a - bei der Verwendung von fließfähigem, aushärtbarem Material,

Fig. 1b - bei der Verwendung von fließ- bzw. rieselfähigem, aushärtbarem Material mit mineralischen und/oder metal lischen Füllstoffen,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäß herge stellten Zylinder mit formschlüssiger Drehmomentüber tragung von den Einsätzen auf das Trägergehäuse,

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäß herge stellten Zylinder für zweiwellige Extruder,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß herge stellten Zylinder mit einem durchgehenden Einsatz und einem verschlossenen Zwischenraum,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß herge stellten Zylinder mit mehreren Einsätzen und An schlägen,

Fig. 6-8 einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäß hergestell ten Zylinderwand
a - im Querschnitt,
b - im Längsschnitt.

Fig. 1 zeigt einen Zylinder für einwellige Extruder oder Spritz gießmaschinen. Die Außenabmessungen der Einsätze (2) sind um einige Millimeter kleiner als die Innenabmessungen des Trägerge häuses (1). Der entstehende Zwischenraum zwischen den Bauteilen ist mit einem aushärtbaren Material (3) ausgefüllt. Dadurch müssen keine engen Toleranzen bei der Fertigung der Innenfläche des Trägergehäuses (1) und der Außenfläche der Einsätze (2) eingehalten werden. Hinzu kommt, daß beim Einfügen der Einsätze (2) in das Trägergehäuse (1) im Vergleich zum Schrumpfen hohe Wärmespannungen in den Keramikteilen vermieden werden und ein vorzeitiges Festschrumpfen ausgeschlossen ist.

In Fig. 1a wird ein gut fließendes aushärtbares Material (3) zum Füllen des Zwischenraumes eingesetzt. Vom Herstellungsprozeß her ist es vorteilhaft, das Trägergehäuse (1) auf eine Stirnseite zu stel len, und die durch einen Zuganker in ihrer Lage zueinander fix ierten Einsätze (2) von oben einzuführen. Das Trägergehäuse (1) wird fortlaufend von außen erhitzt, während die Einsätze (2) von innen gekühlt werden. Dann wird der Zwischenraum von oben ge füllt. Um sicherzustellen, daß der Zwischenraum auch vollständig gefüllt wird, kann das Material (3) durch ein Röhrchen gepreßt werden, dessen Öffnung im Zwischenraum unter spiralförmigen Bewe gungen von unten nach oben geführt wird. Das Temperaturgefälle zwischen dem Trägerrohr (1) und den Einsätzen (2) wird solange aufrecht erhalten, bis das Material (3) ausgehärtet ist. Während der Aushärtezeit kann das Material (3) durch eine entsprechende Vorrichtung von oben unter Druck gesetzt oder das Austre ten aus dem Zwischenraum durch einen Verschluß verhindert werden.

In Fig. 1b ist das aushärtbare Material (3) aufgrund der Zugabe von Füllstoffen nur rieselfähig bzw. plastisch, also schlecht fließend. Es wird von oben mittels eines der Form des Zwischen raumes angepaßten Stempels schrittweise eingepreßt. Durch die geeignete Wahl oder Mischung der mineralischen und/oder metalli schen Füllstoffe können die thermischen und mechanischen Eigen schaften des Materials (3) den Erfordernissen an Wärmeleitfähig keit und Druckfestigkeit angepaßt werden.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäß hergestellten Zylinder für Spritzgießmaschinen und einwellige Extruder und Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel für zweiwellige Extruder im Querschnitt. Bei beiden erfolgt die Drehmomentüber tragung nicht durch Reibschluß wie beim Ausführungsbeispiel in Fig. 1, sondern durch Formschluß. Dadurch, daß das eingepreßte Material (3) fließfähig ist, brauchen keine engen Toleranzen bei der Herstellung der polygonalen und ovalen Profile eingehalten werden, was eine ganz erhebliche zeitliche und kostenmäßige Er sparnis bedeutet. Im übrigen gelten auch hier die Erläuterungen zum Ausführungsbeispiel in Fig. 1.

Fig. 4 zeigt einen erfindungsgemäß hergestellten Zylinder im Längsschnitt. Die Ausführung zeichnet sich dadurch aus, daß nur ein einziger, durchgehender Einsatz (2) vom Trägergehäuse (1) aufgenommen wird. Die Außengewinde (4) sollen den Anschluß zum Werkzeug bzw. Antriebsteil andeuten. Aufgrund der ungeheuren Vielzahl von Zylinder- und Maschinenausführungen wird auch im weiteren von einer detaillierten Darstellung der Anschlüsse abge sehen.

Die Fig. 4a und 4b zeigen zwei Möglichkeiten, den Zwischenraum zwischen Trägergehäuse (1) und Einsatz (2) zu verschließen, näm lich durch Einschweißen oder Einschrauben eines Verschlußringes (5). Selbstverständlich ist die eine Seite des Zwischenraumes schon vor dem Einbringen des Materials (3) verschlossen.

Der erfindungsgemäß hergestellte Zylinder in Fig. 5 weist als Besonderheit zwei Anschläge (6) auf, mit denen die Einsätze (2), die bei Raumtemperatur länger sind als das Trägergehäuse (1), in diesem auf Druck vorgespannt werden. Die Anschläge (6) werden direkt nach dem Füllen des Zwischenraumes mit aushärtbarem Mate rial (3) bei noch bestehendem Temperaturunterschied angeschraubt oder angeschweißt und bewirken dadurch eine axiale Druckvor spannung der Einsätze (2) nach erfolgtem Temperaturausgleich. Im vorliegenden Fall sind die Anschläge (6) gleichzeitig auch An schlußflansche. Da sie an der Innenseite mit dem zu verarbeiten dem Material in Berührung kommen, ist die Innenfläche ebenfalls verschleißgeschützt.

Die Fig. 6a, b- 8a, b zeigen jeweils Ausschnitte aus einer erfin dungsgemäß hergestellten Zylinderwand und zwar a im Quer- und b im Längsschnitt.

Allen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, daß mehrere Einsätze (2) vom Trägergehäuse (1) aufgenommen werden. Die Innenwand des Trägergehäuses (1) in Fig. 6a, b ist mit einer korrosionsbeständigen Schicht (7) versehen, damit die Stahlober fläche vor aggressiven Medien geschützt ist, die durch die Stoß stellen der Einsätze (2) dringen können. Fig. 7a, b zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem vor dem Einpressen des Materials (3) ein Einsatz aus korrosionsbeständigem Werkstoff (8) in das Trägergehäuse (1) eingeschrumpft wird. Bei der Darstellung in Fig. 8a, b ist es umgekehrt. Vor dem Füllen des Zwischenraumes wird ein Einsatz aus korrosionsbeständigem Werkstoff (8) auf die Einsätze 2 geschrumpft. Durch ihn wird auch das Material (3) im Zwischenraum vor dem Angriff aggressiver Medien geschützt.

Bezeichnungen (1) Trägergehäuse
(2) Einsatz bzw. Einsätze aus verschleißfestem Werkstoff
(3) Fließfähiges, aushärtbares Material
(4) Außengewinde
(5) Verschlußring
(6) Anschläge
(7) korrosionsbeständige Schicht
(8) Einsatz aus korrosionsbeständigem Werkstoff

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines verschleißfesten Arbeits raumes im Zylinder von Spritzgießmaschinen und ein- und zweiwelligen Extrudern, bestehend aus einem Trägergehäuse (1) aus metallischem Werkstoff und einem oder mehreren in die Aufnahmeöffnung des Trägergehäuses (1) mit Untermaß eingesetzten, am Umfang geschlossenen Einsätzen (2) aus ver schleißfestem Werkstoff, bei dem in den Zwischenraum zwischen den eingesetzten Einsätzen (2) und der Aufnahme öffnung des Trägergehäuses (1) fließfähiges, aushärtbares Material (3) eingebracht wird, das den Zwischenraum vollständig ausfüllt, dadurch gekenn zeichnet,
daß bei der Verwendung von Einsätzen (2) aus technischer Keramik das fließfähige, aushärtbare Material (3) unter äußerer Druckeinwirkung in den Zwischenraum eingepreßt wird,
und daß der Zwischenraum unmittelbar nach dem Einpressen des Materials (3) abgeschlossen oder die Druckeinwirkung bis zum Aushärten des Materials (3) aufrechterhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Trägergehäuse (1) über die Temperatur der Einsätze (2) erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergehäuse (1) fortlaufend erhitzt und die Ein sätze (2) fortlaufend gekühlt werden und daß die Temperatur differenz bis zum Verschließen des Zwischenraumes bzw. bis zum Aushärten des Materials (3) aufrechterhalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das fließfähige, aushärtbare Material (3) schrittweise, gleichmäßig in den Zwischenraum eingepreßt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß bei der Verwendung von mehreren Einsätzen (2) diese vor dem Einsetzen in das Trägergehäuse (1) durch einen Zuganker axial auf Druck vorgespannt werden.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Trägergehäuse (1) bei Raumtemperatur kürzer ist als die Einsätze (2),
daß die Einsätze (2) bei noch bestehendem Temperaturunter schied im Trägergehäuse (1) durch Anschläge (6) axial fixiert werden,
und daß die Einsätze (2) nach erfolgtem Temperaturausgleich mit dem Trägergehäuse (1) von diesem über die Anschläge (6) axial auf Druck vorgespannt werden.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsätze (2) nach erfolgtem Temperaturausgleich mit dem Trägergehäuse (1) von diesem von außen so stark auf Druck vorgespannt werden, daß sie auch bei maximaler Beanspruchung des Innenraumes durch Innendruck und Temperatur noch unter Druckvorspannung verbleiben.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einpressen des Materials (3) mittels eines der Form des Zwischenraumes angepaßten Stempels erfolgt.

8. Verschleißfester Arbeitsraum nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des Trägergehäuses (1) mit einer korro sionsbeständigen Schicht (7) versehen ist.

9. Verschleißfester Arbeitsraum nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher, dünnwandiger Einsatz aus korrosionsbe ständigem Werkstoff (8) mit der Länge des Trägergehäuses zwischen das Material (3) und das Trägergehäuse (1) einge bracht ist.

10. Verschleißfester Arbeitsraum nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher, dünnwandiger Einsatz aus korrosionsbe ständigem Werkstoff (8) mit der Länge des Trägergehäuses zwischen die Einsätze (2) und das Material (3 ) eingebracht ist.