DE4328160C2

DE4328160C2 - Schneckenwelle einer Schneckenstrangpresse und Verfahren zur Herstellung einer solchen Schneckenwelle

Info

Publication number: DE4328160C2
Application number: DE4328160A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dr Ing Kaiser; Peter Luelsdorf
Original assignee: Reifenhaeuser GmbH and Co KG Maschinenenfabrik
Current assignee: Reifenhaeuser GmbH and Co KG Maschinenenfabrik
Priority date: 1992-10-23
Filing date: 1993-08-21
Publication date: 1994-10-20
Anticipated expiration: 2013-08-22
Also published as: DE4328160A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schneckenwelle einer Schnecken strangpresse für thermoplastischen Kunststoff. In der Praxis werden solche Schneckenstrangpressen auch als Extru der bezeichnet. Es kann sich im Rahmen der Erfindung um Einschneckenextruder und Mehrschneckenextruder handeln. Die Erfindung betrifft fernerhin ein Verfahren zur Herstellung von Schneckenwellen.

Schneckenwellen von Schneckenstrangpressen für thermo plastischen Kunststoff bestehen im allgemeinen aus einem Wellenkern und über die Kernoberfläche vorstehenden Schneckenstegen, die durch spanende Formgebung aus einem Schneckenwellenrohling hergestellt sind. Es ist bekannt, die Schneckensteg-Stirnseiten zu härten oder mit einer verschleißfesten und korrosionsfesten Beschichtung zu ver sehen. Es versteht sich, daß außerdem eine schleifende Bearbeitung erfolgt. Das alles ist in fertigungstechnischer Hinsicht aufwendig. An den Werkstoff, aus dem die Schneckenwelle insgesamt besteht, werden in korrosionstech nischer Hinsicht und verschleißtechnischer Hinsicht hohe Anforderungen gestellt, damit die hauptsächlich dem Ver schleiß ausgesetzten Elemente, nämlich die Schneckenstege und die Schneckensteg-Stirnschicht ausreichend verschleiß- und korrosionsfest sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schnecken welle der eingangs beschriebenen Gestaltung sowie der eingangs beschriebenen Zweckbestimmung zu schaffen, die mit verhältnismäßig geringem fertigungstechnischen Aufwand her gestellt werden kann sowie in mechanischer, korrosionstech nischer und verschleißtechnischer Hinsicht allen Anfor derungen genügt. Der Erfindung liegt fernerhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem Schneckenwellen der beschriebenen Zweckbestimmung sehr einfach hergestellt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung eine Schneckenwelle einer Schneckenstrangpresse für thermo plastischen Kunststoff mit
einem schmelzmetallurgisch hergestellten Stahlkern, der zur Übertragung des Drehmomentes ausgelegt ist, einem Schneckenstegträger mit zumindest einem Schneckensteg, die monometallisch durch heißiso statisches Pressen aus Metallpulver hergestellt und korrosionsfest sowie verschleißfest eingestellt sind, und
einer Schneckensteg-Stirnschicht, die durch heißiso statisches Pressen aus Metallpulver hergestellt und korrosionsfester sowie verschleißfester hergestellt ist als der Schneckenstegträger mit dem Schneckensteg,
wobei der Stahlkern und der Schneckenstegträger sowie der Schneckenstegträger und die Schneckensteg-Stirnschicht durch heißisostatisches Pressen unter Bildung einer Diffusionsschicht verbunden sind.

Es versteht sich, daß bei einer erfindungsgemäßen Schneckenwelle auch der Schneckenstegträger und der Schneckensteg zum Flächenträgheitsmoment und damit zur Übertragung des Drehmomentes beitragen. Insofern versteht sich die Lehre der Erfindung, wonach ein schmelzmetallur gisch hergestellter Stahlkern zur Übertragung des Dreh momentes der Schneckenwelle eingerichtet ist, dahingehend, daß das Drehmoment hauptsächlich über den Stahlkern über tragen wird. Schmelzmetallurgisch hergestellt bedeutet, daß der Stahlkern aus einer Stahllegierung besteht, die er schmolzen und wie üblich zum Stahlkern weiterverarbeitet wurde. Der Ausdruck monometallisch besagt, daß es sich um ein einteiliges Bauteil handelt, welches insgesamt aus einer einheitlichen Legierung besteht, die ausreichend korrosionsfest und verschleißfest eingestellt ist.

Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist der Stahlkern als Rohr ausgeführt, dessen Wanddicke zur Übertragung des Drehmomentes ausgelegt ist. Diese Aus führungsform zeichnet sich durch besonders geringe Her stellungskosten aus. Der Stahlkern kann als Kreiszylinder bzw. Hohlzylinder mit kreisförmigem Querschnitt ausgeführt sein. Er kann aber auch konisch gestaltet sein.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß für die Übertragung des Drehmomentes bei einer Schneckenwelle der eingangs angegebenen Zweckbestimmung eine Stahllegierung eingesetzt werden kann, die in verschleißtechnischer Hin sicht sowie in korrosionstechnischer Hinsicht nicht beson ders eingerichtet ist und leicht bearbeitet werden kann.

Wird der Stahlkern als Rohr ausgeführt, so kann insoweit auf handelsübliches Halbzeug zurückgegriffen werden.

Die Erfindung nutzt die Tatsache, daß die verschleißbeanspruchten und korrosionsbeanspruchten Teile der Schneckenwelle mit Hilfe der heißisostatischen Preßtechnik pulvermetallurgisch einfach aus den Werkstoffen hergestellt werden können, die für die Aufnahme der Verschleißbean spruchungen und Korrosionsbeanspruchungen erforderlich sind. Ebenso kann die Schneckensteg-Stirnfläche gleichsam gepanzert werden. Überraschenderweise erlaubt es die heißisostatische Preßtechnik, den Stahlkern, den Schnecken träger und die Schnecken-Stirnschicht mit dem Schneckensteg so zu verbinden, daß alle Beanspruchungen ohne weiteres aufgenommen werden, wenn in der beschriebenen Weise für den Verbund eine Diffusionsschicht erzeugt wird.

Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten der weiteren Ausbildung und Gestaltung. Das gilt insbes. für die werkstoffmäßige Auslegung, die so erfolgt, wie es den Regeln der Maschinenbaukunst und der Werkstofftechnik entspricht. Die Schneckenwelle kann aus mehreren Schneckenwellenlängsabschnitten zusammengesetzt sein.

In DE 37 34 328 C1 wird die heißisostatische Preßtechnik zur Beschichtung der Stegwände einer Schneckenwelle benutzt, die in einer Schneckenstrangpresse für thermoplastischen Kunststoff eingesetzt wird. Die Schneckenwelle wird dabei durch spanende Bearbeitung eines Schneckenwellenrohlings hergestellt, d. h. Schneckenstege und Wellenkern bestehen aus dem gleichen Werkstoff.

Bei der heißisostatischen Preßtechnik handelt es sich um bewährte Maßnahmen der Fertigungstechnik (vgl. DE-Z "Metall", 34. Jahrgang, S. 925 bis 929, 35. Jahrgang, S. 1227 bis 1234, und 36. Jahrgang, S. 1064 bis 1067). Die Erfindung hat erkannt, daß mit der heißisostatischen Preßtechnik auch Schneckenwellen des beschriebenen kom plexen Aufbaus einfach hergestellt werden können. Insoweit ist Gegenstand der Erfindung auch ein Verfahren zur Her stellung einer Schneckenwelle bzw. von Schneckenwellenab schnitten einer Schneckenstrangpresse für thermoplastischen Kunststoff mit den folgenden Verfahrensschritten:

a) auf den Stahlkern wird eine durch heißisostatisches Pressen aus Metallpulver hergestellte, vorgefertigte Hülse aus einem korrosionsfesten sowie ver schleißfesten Werkstoff aufgeschoben,
b) das Aggregat aus Stahlkern und der aufgeschobenen Hülse wird als Formkern in den Formmantel einer Preßform für das heißisostatische Pressen so einge setzt, daß sich zwischen der Hülse und dem Formmantel ein spaltförmiger Ringraum bildet, der eine auf die Schneckensteg-Stirnschicht abgestimmte Spaltdicke aufweist,
c) in den Spaltraum wird das Metallpulver für die Schneckensteg-Stirnschicht eingefüllt,
d) durch heißisostatisches Pressen wird die Schnecken steg-Stirnschicht gebildet und gleichzeitig wird die Schneckensteg-Stirnschicht mit der Hülse aus dem korrosionsfesten und verschleißfesten Werkstoff ver einigt sowie diese Hülse mit dem Stahlkern vereinigt,

wobei danach und nach Erkalten der Schneckensteg mit der damit verbundenen Schneckensteg-Stirnschicht durch spanende Formgebung gebildet wird. Das Verfahren kann ohne Schwierigkeiten so geführt werden, daß an der fertigen Schneckenwelle bzw. an den fertigen Schneckenwellenab schnitten irgendwelche Richt- oder Nachrichtoperationen, mit denen Verzug beseitigt wird, nicht mehr erforderlich sind. Dazu lehrt die Erfindung, daß auf einen spannungsfrei geglühten Stahlkern eine praktisch spannungsfrei einge stellte Hülse aus dem korrosionsfesten und verschleißfesten Werkstoff aufgeschoben wird. Nach bevorzugter Ausführungs form der Erfindung wird aus gleichem Grund der Schnecken steg in zwei spanenden Bearbeitungsschritten mit zwischen geschaltetem Spannungsarmglühen geformt. - Es versteht sich, daß bei der Fertigung und Montage des Schneckenkerns bzw. der Hülse aus dem korrosionsfesten und verschleiß festen Werkstoff mit engen Toleranzen gearbeitet wird, Rauhtiefe R_a maximal 0,5 µm nach DIN 4766, Teil 2.

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

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Schneckenwelle, ausschnittsweise,

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Längsschnitt durch eine Preßform für das heißisostatische Pressen.

Die in der Fig. 1 dargestellte Schneckenwelle 1 gehört einer Schneckenstrangpresse für thermoplastischen Kunst stoff an. Sie besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus einem schmelzmetallurgisch hergestellten Stahlkern 2, der zur Übertragung des Drehmomentes ausgelegt ist, einem Schneckenstegträger 3 mit zumindest einem Schneckensteg 4, welche Elemente 3, 4 monometallisch durch heißisostatisches Pressen aus Metallpulver hergestellt und korrosionsfest sowie verschleißfest eingestellt sind, und einer Schnecken steg-Stirnschicht 5, die durch heißisostatisches Pressen aus Metallpulver hergestellt und korrosionsfester sowie verschleißfester eingestellt ist als der Schneckensteg träger 3 mit dem zumindest einen Schneckensteg 4. Der Stahlkern 2 und der Schneckenstegträger 3 sowie der Schneckenstegträger 3 und die Schneckensteg-Stirnschicht 5 sind durch heißisostatisches Pressen unter Bildung einer Diffusionsschicht verbunden. Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist der Stahlkern 2 als Rohr ausgeführt. Es mag sich um ein zylindrisches Rohr handeln. Der Stahlkern 2 könnte aller dings auch konisch ausgeführt sein. In werkstofftechnischer Hinsicht ist der Aufbau so getroffen, wie es die herrschende Baulehre verlangt. Betrachtet man die Fig. 1, so erkennt man, daß die Schneckenwelle 1 auch aus mehreren Schneckenwellenabschnitten zusammengebaut sein könnte, wie es bei Schneckenwellen 1 üblich ist.

In der Fig. 2 erkennt man zunächst den Stahlkern 2. Auf diesen wurde eine durch heißisostatisches Pressen aus Metallpulver hergestellte, vorgefertigte Hülse 6 aufge schoben, die aus einem korrosionsfesten sowie verschleiß festen Werkstoff besteht. Das Aggregat aus Stahlkern 2 und der aufgeschobenen Hülse 6 ist nach Maßgabe der herzu stellenden Schneckenwelle 1 dimensioniert und wird als Formkern in einen zugeordneten Formmantel 7 einer Preßform für das heißisostatische Pressen eingesetzt, und zwar so, daß sich zwischen der Hülse 6 und dem Formmantel 7 ein spaltförmiger Ringraum 8 bildet, der eine auf die Schneckensteg-Stirnschicht 5 abgestimmte Spaltdicke 9 auf weist. In den Ringraum 8 wird das Metallpulver für die Schneckensteg-Stirnschicht 5 eingeführt und ggf. verdichtet und/oder evakuiert. Durch heißisostatisches Pressen nach der Lehre der heißisostatischen Preßtechnik wird die Schneckensteg-Stirnschicht 5 gebildet und gleichzeitig wird die Schneckensteg-Stirnschicht 5 mit der Hülse 6 aus dem korrosionsfesten und verschleißfesten Werkstoff vereinigt sowie die Hülse 6 mit dem Stahlkern 2 vereinigt. Der Stahlkern 2 ist im Ausführungsbeispiel als Rohr ausgeführt. Auf diese Weise entsteht im Ausführungsbeispiel nach Be endigung des heißisostatischen Pressens ein hohlzylin drisches Bauteil mit einem Zylindermantel aus drei Schich ten 2, 6, 5. Strichpunktiert angedeutet wurde, daß dieses hohlzylindrische Bauteil nach dem Erkalten durch span gebende Formgebung weiter bearbeitet wird, und zwar wird der Schneckensteg 4 mit der damit verbundenen Schnecken steg-Stirnschicht 5 hergestellt, während der Schneckensteg träger 3 gleichsam verbleibt. Es versteht sich, daß der Stahlkern 2 und die darauf aufgeschobene Hülse 6 werkstoff mäßig zunächst verhältnismäßig weich sind, und daß nach Beendigung der spanenden Bearbeitung die erforderliche Härtung durchgeführt wird. Der Schneckenstegträger 3 und die Schneckenstege 4 mögen in der fertigen Schneckenwelle 1 eine Härte von etwa 60 HRc aufweisen. Die Schnecken steg-Stirnschicht 5, die beispielsweise 35 Vol.-% Vanadium carbid aufweist, mag mit einer Mischhärte von 71 HRc ausgerüstet sein.

Geeignete Werkstoffe für die durch heißisostatisches Pressen hergestellte Hülse 6 sind z. B. und vorzugsweise

X 230 CrVMo 12 4 mit etwa

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

Rest Eisen und übliche Beimengungen,

X 230 CrVMoW 18 4 mit etwa

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

Rest Eisen und übliche Beimengungen,

X 220 CrVMoW 20 4 mit etwa

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

Rest Eisen und übliche Beimengungen,

X 340 CrVMoW 12 10 mit etwa

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

Rest Eisen und übliche Beimengungen.

Die vorstehenden Werkstoffangaben gelten auch für die Schneckensteg-Stirnschicht 5, jedoch mit der Maßgabe, daß der Gehalt an Vanadiumcarbid um 30 Vol.-% bis 40 Vol.-%, vorzugsweise um etwa 35 Vol.-%, erhöht ist. Bewährt haben sich auch entsprechende Zusätze von Niobcarbid.

Claims

1. Schneckenwelle (1) einer Schneckenstrangpresse für thermoplastischen Kunststoff, mit
einem schmelzmetallurgisch hergestellten Stahlkern (2), der zur Übertragung des Drehmomentes ausgelegt ist, einem Schneckenstegträger (3) mit zumindest einem Schneckensteg (4), die monometallisch durch heißiso statisches Pressen aus Metallpulver hergestellt und korrosionsfest sowie verschleißfest eingestellt sind, und
einer Schneckensteg-Stirnschicht (5), die durch heiß isostatisches Pressen aus Metallpulver hergestellt und korrosionsfester sowie verschleißfester hergestellt ist als der Schneckenstegträger (3) mit dem Schnecken steg (4),
wobei der Stahlkern (2) und der Schneckenstegträger (3) sowie der Schneckenstegträger (3) und die Schnecken steg-Stirnschicht (5) durch heißisostatisches Pressen unter Bildung einer Diffusionsschicht verbunden sind.

2. Schneckenwelle nach Anspruch 1, wobei der Stahlkern (2) als Rohr ausgeführt ist, dessen Wanddicke zur Übertra gung des Drehmomentes ausgelegt ist.

3. Schneckenwelle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Stahlkern (2) als Kreiszylinder bzw. Hohlzylinder mit kreisförmigem Querschnitt ausgeführt ist.

4. Schneckenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Stahlkern (2) konisch ausgeführt ist.

5. Schneckenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Stahlkern (2) aus einem üblichen Baustahl, vorzugsweise aus St52 nach DIN, besteht.

6. Schneckenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schneckensteg-Stirnschicht (5) eingebettete, fein teilige Hartstoffe aufweist.

7. Schneckenwelle nach Anspruch 6, wobei die Schnecken steg-Stirnschicht (5) aus einer Legierung, die eingebettete Vanadiumcarbid-Kristalle aufweist, besteht.

8. Verfahren zur Herstellung einer Schneckenwelle (1) bzw. von Schneckenwellenabschnitten einer Schneckenstrangpresse für thermoplastischen Kunststoff mit den folgenden Verfahrens schritten:

a) auf den Stahlkern (2) wird eine durch heißisostatisches Pressen aus Metallpulver hergestellte, vorgefertigte Hülse (6) aus einem korrosionsfesten sowie verschleiß festen Werkstoff aufgeschoben,
b) das Aggregat aus Stahlkern (2) und der aufgeschobenen Hülse (6) wird als Formkern in den Formmantel (7) einer Preßform für das heißisostatische Pressen so einge setzt, daß sich zwischen der Hülse (6) und dem Formmantel (7) ein spaltförmiger Ringraum (8) bildet, der eine auf die Schneckensteg-Stirnschicht (5) abgestimmte Spaltdicke (9) aufweist,
c) in den Spaltraum (8, 9) wird das Metallpulver für die Schneckensteg-Stirnschicht (5) eingefüllt,
d) durch heißisostatisches Pressen wird die Schnecken steg-Stirnschicht (5) gebildet und gleichzeitig wird die Schneckensteg-Stirnschicht (5) mit der Hülse (6) aus dem korrosionsfesten und verschleißfesten Werkstoff ver einigt sowie diese Hülse (6) mit dem Stahlkern (2) vereinigt,

wobei danach und nach Erkalten der Schneckensteg (4) mit der damit verbundenen Schneckensteg-Stirnschicht (5) durch spanende Formgebung gebildet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei auf einen spannungsfrei geglühten Stahlkern (2) eine praktisch spannungsfrei einge stellte Hülse (6) aus dem korrosionsfesten und verschleißfesten Werkstoff aufgeschoben wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei der Schneckensteg (4) in zwei spanenden Bearbeitungsschritten mit zwischengeschaltetem Spannungsarmglühen geformt wird.