Ersetzen von verschlissenen Schneckenelementen in einer glasfaserverstärkten Compoundierlinie

Glasfaserverstärkte Kunststoffe stellen hohe Anforderungen an Doppelschneckenextruder-Schneckelemente.

Während der kontinuierlichen Compoundierung kommen Glasfasern wiederholt mit den Förderelementen, Knetblöcken und anderen Mischkomponenten in Kontakt. Im Laufe der Zeit kann diese abrasive Wirkung die Schneckenwindungen, Kanten und Arbeitsflächen allmählich abnutzen, insbesondere in hochbelasteten Förder- und Mischzonen.

In diesem Projekt betrieb der Kunde eine Doppelschnecken-Compoundieranlage für glasfaserverstärkte technische Kunststoffe. Nach langer Produktionszeit zeigten mehrere Schneckelemente deutliche Verschleißerscheinungen, und der Kunde plante, die verschlissenen Komponenten zu ersetzen, während die vorhandene Welle und wiederverwendbare Elemente beibehalten wurden.

Die Hauptaufgabe bestand nicht nur darin, neue Schneckelemente herzustellen. Die Ersatzteile mussten auch exakt zur vorhandenen Schneckenkonfiguration, zur Wellenverzahnung und zu den benachbarten Elementen passen.

Nach dem Ausbau des Schneckensatzes wurde festgestellt, dass der Verschleiß hauptsächlich in mehreren Förder- und Mischabschnitten konzentriert war.

Typische Anzeichen waren:

• Reduzierter Außendurchmesser der Schneckenwindungen
• Abgerundete Kanten an verschlissenen Arbeitsflächen
• Ungleichmäßiger Verschleiß zwischen verschiedenen Elementen
• Sichtbare Schleifspuren durch die Glasfaserverarbeitung
• Erhöhtes Spiel zwischen den Schneckelementen und dem Zylinder

Diese Veränderungen können allmählich auftreten, aber sie können das Verarbeitungsverhalten des gesamten Schneckensatzes beeinträchtigen.

Wenn das Schneckenprofil verschleißt, kann die Materialfördereffizienz abnehmen. In Mischzonen können verschlissene Knetflächen auch Scher- und Materialaustauschbedingungen verändern.

Aus diesem Grund basierte die Entscheidung zum Austausch sowohl auf dem Zustand der einzelnen Elemente als auch auf ihrer Position innerhalb der gesamten Schneckenkonfiguration.

Der Doppelschneckenextruder verwendete ein modulares Schneckendesign, das den Ausbau einzelner Elemente von der verzahnten Welle ermöglichte.

Nach der Inspektion hatte nicht jedes Element den gleichen Verschleißgrad erreicht.

Einige Elemente waren noch für die Weiterverwendung geeignet, während mehrere Komponenten in den Zonen mit höherem Verschleiß ersetzt werden mussten.

Der Austausch nur der betroffenen Abschnitte bot mehrere Vorteile:

• Geringere Ersatzteilkosten
• Reduzierter unnötiger Austausch von nutzbaren Komponenten
• Einfachere Wartungsplanung
• Beibehaltung der bestehenden Schneckenkonfiguration
• Kürzere Vorbereitungszeit im Vergleich zum Austausch des gesamten Satzes

Ein teilweiser Austausch erfordert jedoch eine genaue Maßkontrolle.

Ein neues Element kann nicht einfach neben einem stark verschlissenen Element installiert werden, ohne den Unterschied in Geometrie und Montagezustand zu prüfen.

Vor der Herstellung der Ersatzteile wurden die verschlissenen Elemente gemessen und mit den verbleibenden Schneckenkomponenten verglichen.

Die Inspektion konzentrierte sich auf:

• Schneckenaußendurchmesser
• Elementlänge
• Windungsgeometrie
• Schneckengang und -richtung
• Knetblockstruktur
• Innenverzahnungsprofil
• Stirnflächenabmessungen
• Position innerhalb der gesamten Schneckenanordnung

Bei verschlissenen Mustern können die gemessenen Abmessungen nicht immer als die ursprünglichen Konstruktionsabmessungen behandelt werden.

Die am stärksten verschlissenen Bereiche haben möglicherweise bereits einen Teil ihres ursprünglichen Profils verloren. Daher muss die Maßrekonstruktion auch benachbarte Elemente, unverbrauchte Referenzflächen, Wellenabmessungen und die gesamte Schneckenanordnung berücksichtigen.

Dies ist besonders wichtig für OEM-Ersatzprojekte, bei denen die ursprüngliche Fertigungszeichnung nicht verfügbar ist.

Die Innenverzahnung ist eine der wichtigsten Schnittstellen in einem modularen Schneckensystem.

Die Ersatzschneckelemente müssen korrekt auf die vorhandene Welle gleiten und gleichzeitig eine zuverlässige Drehmomentübertragung gewährleisten.

Folgende Details wurden daher überprüft:

• Innenverzahnungsgeometrie
• Zahnprofil und -abmessungen
• Zustand der Elementbohrung
• Axiale Passung
• Stirnflächenkontakt
• Kompatibilität mit benachbarten Elementen

Die Schneckenanordnung wurde ebenfalls vor der Endfertigung aufgezeichnet, damit die Ersatzteile in ihren ursprünglichen Funktionspositionen installiert werden konnten.

Für das Compoundieren von glasfaserverstärkten Kunststoffen ist dies besonders wichtig in Knet- und Übergangszonen, wo eine Änderung der Geometrie oder Reihenfolge die Dispersion, die Faserverteilung und die Verweilzeit des Materials verändern kann.

Glasfaserverstärkte Compounds verursachen deutlich mehr abrasive Verschleißerscheinungen als viele unverfüllte Polymere.

Daher sollte die Materialauswahl berücksichtigen:

• Glasfasergehalt
• Polymertyp
• Schneckendrehzahl
• Lokaler Druck
• Mischintensität
• Erforderliche Lebensdauer
• Verschleißposition innerhalb der Schneckenkonfiguration

Für Anwendungen mit hohem Verschleiß können gehärtete Werkzeugstähle oder geeignete Pulvermetallurgiematerialien in Betracht gezogen werden, abhängig von den Betriebsbedingungen.

Das Ziel ist nicht einfach die Auswahl des Materials mit der höchsten Härte.

Verschleißfestigkeit, Zähigkeit, Dimensionsstabilität und Kompatibilität mit der Verarbeitungsumgebung müssen gemeinsam berücksichtigt werden.

Unterschiedliche Schneckenzonen können auch unterschiedliche Materialstrategien erfordern. Ein stark belasteter Knetabschnitt kann beispielsweise andere Verschleißbedingungen aufweisen als ein relativ druckarmer Förderabschnitt.

Nach Bestätigung der erforderlichen Abmessungen und Materialspezifikation wurden die Ersatzteile so gefertigt, dass sie zum vorhandenen Equipment passen.

Der Herstellungsprozess konzentrierte sich auf mehrere kritische Punkte:

• Präzise Bearbeitung des Schneckenprofils
• Konstante Elementlänge
• Präzise Verzahnungsbearbeitung
• Kontrollierte Wärmebehandlung
• Genauigkeit der Stirnflächen
• Oberflächenveredelung
• Maßprüfung vor Lieferung

Bei Ersatzteilen ist die Konsistenz mit dem vorhandenen Schneckensatz ebenso wichtig wie die Abmessungen der einzelnen Komponente.

Selbst ein korrekt gefertigtes Element kann Montageprobleme verursachen, wenn seine kumulative Länge, die Passung der Verzahnung oder der Übergang zu benachbarten Elementen falsch ist.

Vor dem Versand wurden die Ersatzschneckelemente auf Maß- und Montagekompatibilität geprüft.

Die Inspektion umfasste:

• Außendurchmesser
• Gesamtlänge
• Innenverzahnung
• Stirnflächengeometrie
• Oberflächenzustand
• Profilkonsistenz
• Passung zur spezifizierten Wellenschnittstelle

Ziel war es sicherzustellen, dass der Kunde die verschlissenen Komponenten ersetzen konnte, ohne die vorhandene Welle oder die vollständige Schneckenanordnung zu verändern.

Die verschlissenen Schneckelemente wurden in den identifizierten Zonen mit hohem Verschleiß ersetzt, während wiederverwendbare Elemente weiterhin im Einsatz blieben.

Dies ermöglichte es dem Kunden, die bestehende modulare Schneckenkonfiguration beizubehalten und gleichzeitig die Komponenten zu ersetzen, die am stärksten von der Glasfaserabrasion betroffen waren.

Bei dieser Art von Wartungsprojekt liegt der Hauptwert des teilweisen Austauschs nicht nur in den geringeren Kosten für die Komponenten.

Ein erfolgreicher Austausch hängt auch ab von:

• Korrekte Identifizierung der tatsächlichen Verschleißzone
• Genaue Rekonstruktion der verschlissenen Abmessungen
• Richtige Materialauswahl
• Zuverlässige Verzahnungskompatibilität
• Korrekter Abgleich mit vorhandenen Elementen
• Inspektion des Zylinder- und Wellenzustands

Werden diese Faktoren ignoriert, können neue Schneckelemente den erwarteten Betriebszustand nicht wiederherstellen oder vorzeitig verschleißen.

Das Compoundieren von glasfaserverstärkten Kunststoffen kann zu konzentriertem abrasivem Verschleiß in Förder-, Knet- und Mischabschnitten eines Doppelschneckenextruders führen.

Wenn der Verschleiß auf bestimmte Bereiche beschränkt ist, ist der Austausch des gesamten Schneckensatzes möglicherweise nicht erforderlich.

Durch die Identifizierung der tatsächlichen Verschleißzonen, die Rekonstruktion der ursprünglichen Geometrie und den exakten Abgleich der Ersatzteile mit der vorhandenen Welle und Schneckenanordnung können verschlissene Komponenten oft einzeln oder nach Funktionsabschnitten ersetzt werden.

Für OEM-Ersatzschneckelemente sind Zeichnungen hilfreich, aber nicht immer unerlässlich. Vorhandene Muster, Wellendaten, Schneckenkonfiguration und Verarbeitungsinformationen können ebenfalls die Grundlage für eine technische Bewertung bilden.