DE3740916A1 - Schnecke mit verschleissschutzschicht fuer kunststoffverarbeitungsmaschinen, sowie verfahren zum aufbringen der schutzschicht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schnecke für Kunststoff­ verarbeitungsmaschinen von der im Oberbegriff des An­ spruchs 1 genannten Art, sowie ein Verfahren zum Auf­ bringen der Verschleißschutzschicht einer solchen Schnecke.

Schnecken in Kunststoffverarbeitungsmaschinen, insbesondere Extruder- und Plastifizierschnecken, unterliegen im Be­ trieb einem starken Verschleiß durch die Kunststoff­ schmelzen und insbesondere durch direkte Reibung an der Zylinderwand. Dies gilt in besonderem Maße für Schnecken von Doppelschneckenextrudern, da diese durch den Schmelzen­ druck einer Biegebelastung ausgesetzt sind.

Es ist seit etwa 20 Jahren bekannt, die Stege von Extruderschnecken mittels Flammspritzverfahren, später auch mittels Plasmaspritzverfahren, mit Verschleiß­ schutzschichten zu versehen. Bei diesem Verfahren können unterschiedliche Metalle und Metalloxyde sowie Metallegierungen als Spritzwerkstoffe Verwendung finden. Der Untergrund auf dem die Spritzschicht aufgetragen wird, erfordert eine vorherige Aufrauhung, die in den meisten Fällen durch Sandstrahlen erreicht wird.

Die Spritzschicht geht jedoch mit dem Untergrund keine innige chemische Verbindung ein. Es kommt zu keiner metallurgischen Aufschmelzung des Untergrundes und somit zu keiner Verbindung der Spritzschicht mit dem Unter­ grund durch An- oder Verschmelzen. Die Haftung der Spritz­ schicht auf dem Untergrund resultiert aus dem mechanischen Verhaken der gespritzten Metallpartikel im aufgerauhten Untergrund.

Diese mechanische, rein physikalische Haftung der Spritz­ schicht auf dem Untergrund hat unter bestimmten Bean­ spruchungen ein Abplatzen der gespritzten Schicht zur Folge. Außerdem ist ein Unterwandern der gespritzten Schicht durch korrosive Medien möglich.

Um diese Nachteile der durch Flamm- oder Plasmaspritzen aufgebrachten Schichten zu vermeiden, wurde ein Ver­ fahren entwickelt, bei dem die Verschleißschutzschicht durch Auftragsschweißen, insbesondere durch ein Pulverschweißverfahren, aufgebracht wurde. Hierbei kann zwar die gewünschte metallurgische Verbindung zwischen Schutzschicht und Untergrund erzielt werden, es ergeben sich aber andere Nachteile.

Der Schneckensteg muß mit einer von seitlichen Stegen begrenzten Nut versehen sein, damit das Schweißbad während des Schweißvorganges nicht wegläuft.

Das Schweißen mit Pulver (oder Elektroden), in denen die unter Ver­ schleißgesichtspunkten gewünschten hohen Molybdänanteile enthalten sind, ist problematisch, da die Gefahr von Riß­ bildung besteht. Man kann dieser Gefahr nur durch Her­ absetzen des Molybdängehaltes in der Elektrode begegnen, wodurch jedoch die Schmier- bzw. Notlaufeigenschaften der Schutzschicht beeinträchtigt werden. Das Regenerieren von verschlissenen Schnecken durch Auftragsschweißen der durch Verschleiß abgetragenen Schneckenstege ist unwirtschaftlich. Die für das Schweißen erforderliche Vorbereitungsbearbeitung und Nacharbeit der Schnecken­ stege ist zu umfangreich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schnecke der genannten Art sowie das Verfahren zum Auf­ bringen der Schutzschicht so zu verbessern, daß mit ein­ fachen Mitteln eine gute Verbindung der Schutzschicht mit dem Untergrund erzielt wird, ohne daß Einschränkungen bezüglich der Materialwahl der Schutzschicht und/oder der Gestaltung des Schneckensteges in Kauf genommen werden müssen.

Die Lösung der Aufgabe ist in den Ansprüchen 1 und 5 angegeben.

Das Nachbehandeln von Spritzschichten durch Hochleistungs­ laser ist an sich bekannt (Metalloberfläche 41(1987)7, S. 329-332). Die Anwendung auf Extruder- oder Plastifizier­ schnecken bringt jedoch besondere, bisher nicht erkannte Vorteile und ermöglicht es insbesondere, die Schutzschicht über die volle Breite des Schneckensteges, einschließlich seiner Kanten, aufzubringen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt schematisch eine Schnecke während der Laser-Nachbehandlung.

Der Schneckensteg 3 der Schnecke 1 ist auf seiner Kopf­ bahn mit einer Schutzschicht 5 aus vorzugsweise reinem Molybdän versehen, die durch ein thermisches Spritz­ verfahren, also insbesondere Flamm- oder Plasmaspritzen, aufgebracht ist. Durch den in geeigneter Weise fokussierten Laserstrahl 7 eines Hochleistungslasers 9 findet eine Nachbehandlung statt, durch den im Laserfokus ein Schmelzen sowohl der Schutzschicht 5 als auch des Untergrundes stattfindet. Dadurch wird eine die Schutzschicht mit dem Untergrund metallurgisch verbindende Schweiß- bzw. Le­ gierungsschicht 11 gebildet. Gleichzeitig wird die nach dem Spritzen noch poröse Schicht 5 verdichtet. Durch ein Rohr 13 kann ein Schutzgas zugeführt werden.

Es ist bei diesem Verfahren nicht mehr nötig, am Schnecken­ steg eine von Randstegen begrenzte Nut auszubilden. Die Schutzschicht kann sich über die volle Breite des Schneckensteges erstrecken und die Verschleißschutz­ wirkung insbesondere auch an den Kanten des Steges sicher­ stellen. Die Bewegung und/oder Leistung des Laserstrahls 7 kann so gesteuert werden, daß die Schutzschicht 5 und ihre Verbindung mit dem Untergrund im Bereich der Steg­ kanten besonders verstärkt wird.

Das Verfahren kann auch so ausgebildet werden, daß das Aufspritzen der Schicht und ihr Einschmelzen mittels Laserstrahl in einem Arbeitsgang durchgeführt werden.

Die Dicke der Schutzschicht 5 ist in der Zeichnung über­ trieben groß dargestellt. Es ist ein besonderer Vorteil der Erfindung, daß wegen der innigen Verbindung der Schutzschicht mit dem Untergrund die Dicke der Schutz­ schicht kleiner gewählt werden kann als bisher möglich. Eine Dicke von maximal 0,5 mm, vorzugsweise 0,2 bis 0,4 mm dürfte für die meisten Zwecke ausreichen.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch besonders gut dafür, bereits durch Verschleiß unbrauchbar ge­ wordene Schnecken durch Erneuern der Schutzschicht zu regenerieren.

Claims (5)

1. Schnecke für Kunststoffverarbeitungsmaschinen, ins­ besondere Extruder- oder Plastifizierschnecke, mit einer auf die Kopfbahn der Schneckenstege durch thermisches Spritzen aufgebrachten Schutzschicht aus einer ver­ schleißfesten Legierung, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht durch Laserstrahlbehandlung in dem Material des Schnecken­ steges eingeschmolzen ist.

2. Schnecke nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die Schutzschicht über die ge­ samte Breite der Kopfbahn des Schneckensteges einschließ­ lich deren Kanten erstreckt.

3. Schnecke nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schutzschicht an den Kanten des Steges verstärkt und/oder stärker mit dem Untergrund verschmolzen ist als in der Mitte der Kopfbahn.

4. Schnecke nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus Molybdän oder einer überwiegend, insbesondere mehr als 90%, Molybdän enthaltenden Legierung besteht.

5. Verfahren zum Aufbringen einer Verschleißschutz­ schicht auf Schneckenstege von Extruder- oder Plastifi­ zierschnecken für Kunststoffverarbeitungsmaschinen, bei dem die Schutzschicht aus Metall mit guten Verschleiß­ eigenschaften, insbesondere aus Molybdän oder einer über­ wiegend Molybdän enthaltenden Legierung, durch thermisches Spritzen auf die Kopfbahn des Schneckensteges aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht durch Behandlung mit einem Hochleistungs­ laser verdichtet und durch Einschmelzen mit dem Werk­ stoff des Schneckensteges metallurgisch verbunden wird.