Verfahren zur Herstellung eines Extruderzylinders

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Extruderzylinders, wobei der Extruderzylinder einen durch wenigstens eine Wandung begrenzten Aufnahmeraum zur Aufnahme einer Extruderschnecke umfasst.

Verfahren zur Herstellung entsprechender Extruderzylinder, welche üblicherweise einen durch wenigstens eine Wandung begrenzten Aufnahmeraum zur Aufnahme einer Extruderschnecke umfassen, sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausführungen dem Grunde nach bekannt.

Da es sich bei entsprechenden Extruderzylindern typischerweise um Bauteile handelt, welche im Betrieb einer Extrusionseinrichtung, d. h. im Rahmen der Verarbeitung von extrudierbaren Kunststoffmaterialien, besonderen Beanspruchungen, wie z. B. Abrasion, Korrosion, Verschleiß, etc., ausgesetzt sind, besteht ein Bedarf nach praktikablen Prinzipien, über welche sich Extruderzylinder in effizienter und zuverlässiger Weise mit verbesserten Eigenschaften herstellen lassen.

Der Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Extruderzylinders mit verbesserten Eigenschaften anzugeben.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Extruderzylinders gemäß Anspruch 1 gelöst. Die hierzu abhängigen Ansprüche betreffen mögliche Ausführungsformen des Verfahrens.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Extruderzylinders. Der Extruderzylinder umfasst einen durch wenigstens eine Wandung begrenzten, insbesondere zylindrischen, Aufnahmeraum zur Aufnahme einer Extruderschnecke. Der Aufnahmeraum dient im Betrieb des Extruderzylinders typischerweise gleichermaßen zum Aufschmelzen von extrudierbarem Kunststoffmaterial, welches dem Extruderzylinder bzw. einer diesen umfassenden übergeordneten Extrusionseinrichtung typischerweise in Form eines Granulats zugeführt wird. Der Aufnahmeraum kann dabei in mehrere funktional unterschiedliche Zonen aufgeteilt sein; insbesondere kann der Aufnahmeraum in eine Einzugszone, eine Kompressionszone und eine Meteringzone aufgeteilt sein.

In einem ersten Schritt des Verfahrens wird wenigstens ein entsprechender Extruderzylinder, d. h. ein Extruderzylinder, welcher einen durch wenigstens eine Wandung begrenzten, insbesondere zylindrischen, Aufnahmeraum zur Aufnahme einer Extruderschnecke umfasst, bereitgestellt.

Der Extruderzylinder ist zumindest im Bereich der den Aufnahmeraum begrenzenden Wandung(en) aus einem Ausgangs- oder Grundmaterial gebildet, welches sich durch thermochemische Prozesse, d. h. insbesondere thermochemische Diffusionsprozesse, in seinen Eigenschaften, d. h. insbesondere in seinen mechanischen wie auch in seinen thermischen Eigenschaften, modifizieren lässt. Beispielsweise kann der Extruderzylinder zumindest im Bereich der den Aufnahmeraum begrenzenden Wandung(en) aus einem Eisen-basierten Material bzw. Werkstoff, wie z. B. einem Stahl, weiter insbesondere einem nicht-legierten oder einem niedrig-legierten Stahl, gebildet sein. Verfahrensgemäß kann sonach ein Extruderzylinder mit einer den Aufnahmeraum begrenzenden Wandung aus einem Eisen-basierten Grundmaterial, insbesondere einem Stahl, weiter insbesondere einem nichtlegierten oder einem niedrig-legierten Stahl, verwendet werden. Selbstverständlich kann auch der gesamte Extruderzylinder aus einem entsprechenden Ausgangs- bzw. Grundmaterial gebildet sein.

In einem zweiten Schritt des Verfahrens erfolgt ein Durchführen wenigstens einer Maßnahme zur Beeinflussung der Oberflächeneigenschaften der wenigstens einen den Aufnahmeraum begrenzenden Wandung, wobei die Maßnahme wenigstens einen thermisch induzierten Diffusionsvorgang zum Eindiffundieren wenigstens eines Diffusionselements in die Oberfläche der wenigstens einen Wandung beinhaltet. In dem zweiten Schritt des Verfahrens wird sonach wenigstens eine Maßnahme durchgeführt, vermittels welcher die Eigenschaften, d. h. insbesondere die mechanischen und/oder thermischen Eigenschaften, weiter insbesondere die thermomechanischen Eigenschaften, und/oder die tribologischen Eigenschaften und/oder die Korrosionseigenschaften und/oder die Oxidationseigenschaften, der wenigstens einen Wandung gezielt modifiziert werden. Derart lassen sich Randschichten mit im Vergleich zu übrigen Bereichen der jeweiligen Wandung(en) bzw. zu übrigen Bereichen des Extruderzylinders modifizierten bzw. verbesserten Eigenschaften, d. h. insbesondere mit verbesserten Abrasions-, Korrosions- und/oder Oxidations- und/oder Verschleißeigenschaften, bilden. Die konkreten Eigenschaften entsprechender modifizierter Randschichten bestimmen sich im Wesentlichen über die im Weiteren näher spezifizierten Parameter, wie z. B. Dauer, Temperatur, etc., welche im Rahmen der Durchführung der wenigstens einen Maßnahme angewendet werden.

Die wenigstens eine Maßnahme beinhaltet wenigstens einen thermisch induzierten Diffusionsvorgang zum Eindiffundieren wenigstens eines Diffusionselements, d. h. z. B. Aluminium oder Bor oder Chrom oder Silicium oder Vanadium, in die Oberfläche der wenigstens einen Wandung; die wenigstens eine Maßnahme resultiert sonach in Diffusionsprozessen und damit einem Eindiffundieren wenigstens eines Diffusionselements in die Oberfläche der wenigstens einen Wandung. Das jeweilige Diffusionselement kann insbesondere in die Gitterstruktur des die wenigstens eine Wandung bildenden Ausgangs- bzw. Grundmaterials - bei diesem handelt es sich, wie erwähnt, typischerweise um einen Eisen-basierten Werkstoff - eindiffundieren und so die Eigenschaften modifizieren.

Typischerweise wird die wenigstens eine Maßnahme so durchgeführt, dass ein Eindiffundieren des oder der jeweiligen Diffusionselemente ausschließlich im Bereich der den Aufnahmeraum begrenzenden Wandung(en) erfolgt. Mithin erfolgt typischerweise ein lokales Modifizieren der Eigenschaften des Extruderzylinders nur im Bereich der den Aufnahmeraum begrenzenden Wandung(en) und somit nur in dem Bereich des Extruderzylinders, welcher im Betrieb besonderen Beanspruchungen, wie z. B. Abrasion, Korrosion, Verschleiß, etc., ausgesetzt ist. Dies stellt einen äußerst effizienten Ansatz zur Herstellung eines Extruderzylinders dar.

Insgesamt liegt damit ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Extruderzylinders mit verbesserten Eigenschaften vor.

Die wenigstens eine Maßnahme kann, wie erwähnt, die Bildung in einer im Vergleich zu einer ursprünglichen Randschicht der wenigstens einen Wandung, insbesondere im Hinblick auf ihre chemische Zusammensetzung, modifizierten Randschicht beinhalten oder in der Bildung in einer im Vergleich zu einer ursprünglichen Randschicht der wenigstens einen Wandung, insbesondere im Hinblick auf ihre chemische Zusammensetzung, modifizierten Randschicht resultieren. Eine entsprechende modifizierte Randschicht zeichnet sich, wie ebenso erwähnt, gegenüber der ursprünglichen Randschicht in verbesserten Eigenschaften aus.

Die wenigstens eine Maßnahme kann bei einer Temperatur aus einem Bereich zwischen 700 und 1300°C, insbesondere zwischen 750 und 1250°C, weiter insbesondere zwischen 800 und 1200°C, durchgeführt werden. Die konkrete ausgewählte Temperatur bestimmt sich typischerweise nach dem jeweiligen Diffusionselement, welches im Rahmen der Durchführung der Maßnahme in das Ausgangs- bzw. Grundmaterial diffundieren soll, d. h. im Allgemeinen nach dem der konkret durchgeführten Maßnahme zugrunde liegenden thermochemischen Prozess. Grundsätzlich gilt, wie oben angedeutet, dass sich über die im Rahmen der Durchführung der Maßnahme angewandten Prozessparameter modifizierte Randschichten ausbilden lassen; mithin ist es denkbar, dass über die Temperatur Einfluss z. B. auf die Eindringtiefe und/oder die Konzentration des jeweiligen Diffusionselements und damit im Allgemeinen Einfluss auf die konkreten Eigenschaften der modifizierten Randschicht genommen werden kann. Die wenigstens eine Maßnahme kann für eine Dauer aus einem Bereich zwischen 10 und 50 h, insbesondere zwischen 20 und 40 h, weiter insbesondere für 30 h, durchgeführt werden. Die konkrete ausgewählte Dauer bestimmt sich typischerweise nach dem jeweiligen Diffusionselement, welches im Rahmen der Durchführung der Maßnahme in das Ausgangs- bzw. Grundmaterial diffundieren soll, d. h. im Allgemeinen nach dem der konkret durchgeführten Maßnahme zugrunde liegenden thermochemischen Prozess. Grundsätzlich gilt, wie oben angedeutet, dass sich über die im Rahmen der Durchführung der Maßnahme angewandten Prozessparameter modifizierte Randschichten ausbilden lassen; mithin ist es denkbar, dass (auch) über die Dauer Einfluss z. B. auf die Eindringtiefe und/oder die Konzentration des jeweiligen Diffusionselements und damit im Allgemeinen Einfluss auf die konkreten Eigenschaften der modifizierten Randschicht genommen werden kann.

Wie erwähnt, resultiert die wenigstens eine Maßnahme in einem Eindiffundieren wenigstens eines Diffusionselements in die Oberfläche der wenigstens einen Wandung, wobei das jeweilige Diffusionselement in die Gitterstruktur des die wenigstens eine Wandung bildenden Ausgangs- bzw. Grundmaterials - bei diesem handelt es sich, wie erwähnt, typischerweise um einen Eisen-basierten Werkstoff - eindiffundieren und so die Eigenschaften modifizieren kann. Insbesondere kann die wenigstens eine Maßnahme die Bildung von Mischkristallen oder von Verbindungen des Ausgangs- oder Grundmaterials der wenigstens einen Wandung mit dem wenigstens einen Diffusionselement beinhaltet oder in einer Bildung von Mischkristallen oder von Verbindungen des Ausgangs- oder Grundmaterials der wenigstens einen Wandung mit dem wenigstens einen Diffusionselement resultieren. Die Bildung entsprechender Mischkristalle bzw. entsprechender Verbindungen kann in den besonderen Eigenschaften der jeweiligen modifizierten Randschicht resultieren.

Die wenigstens eine Maßnahme kann in allen Ausführungsformen des Verfahrens ein Aufbringen einer das wenigstens eine Diffusionselement oder eine das wenigstens eine Diffusionselement enthaltenden Verbindung beinhaltenden, insbesondere gasförmigen, flüssigen, viskosen oder festen, Zusammensetzung auf die wenigstens eine Wandung beinhalten. Das Verfahren kann sonach nach dem Bereitstellen des wenigstens einen Extruderzylinders, zunächst einen ersten Teilschritt des Aufbringens einer das wenigstens eine Diffusionselement oder eine das wenigstens eine Diffusionselement enthaltenden Verbindung beinhaltenden, gegebenenfalls auch als auch als Spendermittel zu bezeichnende bzw. zu erachtende, Zusammensetzung auf die wenigstens eine Wandung und sodann als zweiten Teilschritt das zum Initiieren entsprechender Diffusionsprozesse erforderliche Temperieren der jeweiligen Wandung bzw. des Extruderzylinders beinhalten. Eine entsprechende das wenigstens eine Diffusionselement beinhaltende Zusammensetzung kann gasförmig, flüssig, pastös bzw. viskos oder fest sein; bei einer entsprechenden Zusammensetzung kann es sich sonach z. B. um ein Gas, eine Flüssigkeit, eine Paste, ein Gel oder einen Festkörper, wie z. B. ein Granulat oder ein Pulver, handeln. Je nach seinem ursprünglichen Aggregatzustand, kann die jeweilige Zusammensetzung im Rahmen des Temperierens einen Phasenwechsel vollziehen.

Wie erwähnt, kann z. B. Aluminium, Bor, Chrom, Silicium, Vanadium als Diffusionselement verwendet werden. Verfahrensgemäß kann sonach wenigstens ein Diffusionselement aus der Gruppe: Aluminium, Bor, Chrom, Silicium, Vanadium verwendet werden. Die wenigstens eine Maßnahme kann konkret sonach ein Aluminieren, ein Borieren, ein Chromieren bzw. Inchromieren, oder ein Silizieren, oder ein Vanadieren beinhalten.

Wie erwähnt, resultiert die wenigstens eine Maßnahme in einer modifizierten Randschicht mit verbesserten Eigenschaften. Die verbesserten Eigenschaften der modifizierten Randschicht können einer im Vergleich zu dem Ausgangs- bzw. Grundmaterial verbesserten Härte zugrunde liegen. Die wenigstens eine Maßnahme kann je nach Diffusionselement z. B. in einer modifizierten Randschicht mit einer Härte in einem Bereich zwischen 700 und 3250 HV, insbesondere zwischen 750 und 3000 HV, resultieren. Die vorgenannten Härtewerte sind, je nach verwendetem Diffusionselement, typischerweise bis zu einer Temperatur von wenigstens 500°C, gegebenenfalls von wenigstens 600°C, weiter gegebenenfalls von wenigstens 700°C, weiter gegebenenfalls von wenigstens 800°C, weiter gegebenenfalls von wenigstens 800°C, weiter gegebenenfalls von wenigstens 900°C, weiter gegebenenfalls von wenigstens 1000°C, weiter gegebenenfalls von wenigstens 1100°C, gegeben; sodass die wenigstens eine Maßnahme typischerweise in einer modifizierten Randschicht mit einer hohen Temperaturstabilität resultiert.

Nachfolgend werden in nicht abschließender Aufzählung konkrete Beispiel für Ausführungsformen des Verfahrens gegeben.

Gemäß einem ersten Beispiel wird auf die den Aufnahmeraum des bereitgestellten Extruderzylinders begrenzenden Wandung(en) aus einem Stahl eine Aluminium enthaltende Zusammensetzung (Spendermittel), wie z. B. Al-Si- Fe, z. B. in Form eines Granulats oder Pulvers, aufgebracht. Das Aufbringen kann auch durch Einbringen des Extruderzylinders in ein Bad aus einer entsprechenden Zusammensetzung erfolgen. Sodann erfolgt ein Temperieren auf eine Temperatur in einem Bereich zwischen 800 und 1100°C für einen Zeitraum von 30 h (Temperatur und Dauer können, wie erwähnt, je nach der gewünschten Eindringtiefe bzw. Konzentration grundsätzlich variieren). Die Maßnahme stellt insoweit ein Aluminieren dar. Derart kann eine modifizierte Randschicht mit Aluminium-Mischkristallen und/oder Aluminiumoxid (AI2O3)- Verbindungen gebildet werden, welche auch bei Temperaturen oberhalb von 500°C eine Härte von ca. 2000 HV aufweist und im Allgemeinen einen Schutz für Kohlenstoff-arme Ausgangs- oder Grundmaterialien bietet, gebildet werden. Die modifizierte Randschicht kann eine sich aus der Eindringtiefe ergebende Schichtdicke in einem Bereich zwischen 0,1 und 0,3 mm aufweisen.

Gemäß einem zweiten Beispiel wird auf die den Aufnahmeraum des bereitgestellten Extruderzylinders begrenzenden Wandung(en) aus einem Stahl eine Bor enthaltende Zusammensetzung (Spendermittel), wie z. B. B4C oder KBF4, z. B. in Form eines Granulats oder Pulvers oder einer Paste, aufgebracht. Sodann erfolgt ein Temperieren auf eine Temperatur in einem Bereich zwischen 800 und 1100°C für einen Zeitraum von 30 h (Temperatur und Dauer können, wie erwähnt, je nach der gewünschten Eindringtiefe bzw. Konzentration grundsätzlich variieren). Die Maßnahme stellt insoweit ein Borieren dar. Derart kann eine modifizierte Randschicht mit Eisenborid (Fe2B / FeB)-Verbindungen gebildet werden, welche auch bei Temperaturen oberhalb von 500°C eine Härte von ca. 2000 HV aufweist und im Allgemeinen verbesserte Abrasions- und tribooxidative Eigenschaften bietet, gebildet werden. Die modifizierte Randschicht kann eine sich aus der Eindringtiefe ergebende Schichtdicke in einem Bereich zwischen 0,1 und 0,3 mm aufweisen.

Gemäß einem dritten Beispiel wird auf die den Aufnahmeraum des bereitgestellten Extruderzylinders begrenzenden Wandung(en) aus einem Stahl eine Silicium enthaltende Zusammensetzung (Spendermittel), wie z. B. Si-Cl, z. B. in Form eines Granulats oder Pulvers oder insbesondere eines Gases, aufgebracht. Der Extruderzylinder kann hierfür z. B. in einer ein entsprechendes Gas enthaltenden Atmosphäre gelagert werden. Sodann erfolgt ein Temperieren auf eine Temperatur in einem Bereich zwischen 950 und 1000°C für einen Zeitraum von 30 h (Temperatur und Dauer können, wie erwähnt, je nach der gewünschten Eindringtiefe bzw. Konzentration grundsätzlich variieren). Die Maßnahme stellt insoweit ein Silizieren dar. Derart kann eine modifizierte Randschicht mit reinem Silicium und/oder Eisensilizid(Fe2Si2)-Verbindungen gebildet werden, welche auch bei Temperaturen oberhalb von 500°C eine Härte von ca. 1300 HV aufweist und im Allgemeinen verbesserte Abrasionseigenschaften sowie eine verbesserte thermomechanische Stabilität bietet, gebildet werden. Die modifizierte Randschicht kann eine sich aus der Eindringtiefe ergebende Schichtdicke in einem Bereich zwischen 0,1 und 0,3 mm aufweisen.

Gemäß einem vierten Beispiel wird auf die den Aufnahmeraum des bereitgestellten Extruderzylinders begrenzenden Wandung(en) aus einem Stahl eine Chrom enthaltende Zusammensetzung (Spendermittel), wie z. B. CrCh, z. B. in Form eines Granulats oder Pulvers, aufgebracht. Sodann erfolgt ein Temperieren auf eine Temperatur in einem Bereich zwischen 950 und 1200°C für einen Zeitraum von 30 h (Temperatur und Dauer können, wie erwähnt, je nach der gewünschten Eindringtiefe bzw. Konzentration grundsätzlich variieren). Die Maßnahme stellt insoweit ein Chromieren (Inchromieren) dar. Derart kann eine modifizierte Randschicht mit Eisen-Chrom-Mischkristallen-Verbindungen gebildet werden, welche auch bei Temperaturen oberhalb von 500°C eine Härte von ca. 2000 HV aufweist und im Allgemeinen verbesserte Korrosionseigenschaften bietet, gebildet werden. Die modifizierte Randschicht kann eine sich aus der Eindringtiefe ergebende Schichtdicke in einem Bereich zwischen 0,1 und 0,3 mm aufweisen.

Gemäß einem fünften Beispiel wird auf die den Aufnahmeraum des bereitgestellten Extruderzylinders begrenzenden Wandung(en) aus einem Stahl eine Vanadium enthaltende Zusammensetzung (Spendermittel), wie z. B. Vanadiumoxid (V2O5), z. B. in Form eines Granulats oder Pulvers, aufgebracht. Sodann erfolgt ein Temperieren auf eine Temperatur in einem Bereich zwischen 1000 und 1100°C für einen Zeitraum von 30 h (Temperatur und Dauer können, wie erwähnt, je nach der gewünschten Eindringtiefe bzw. Konzentration grundsätzlich variieren). Die Maßnahme stellt insoweit ein Vanadieren dar. Derart kann eine modifizierte Randschicht mit Vanadiumcarbid (VC / V2C)- Verbindungen gebildet werden, welche auch bei Temperaturen oberhalb von 500°C eine Härte von ca. 3000 HV aufweist und im Allgemeinen verbesserte Abrasionseigenschaften bietet, gebildet werden. Die modifizierte Randschicht kann eine sich aus der Eindringtiefe ergebende Schichtdicke in einem Bereich zwischen 0,1 und 0,3 mm aufweisen.

Für alle vorgenannten Beispiele gilt, dass neben den jeweiligen Spendermitteln auch Aktivatoren verwendet werden können, welche den jeweiligen Diffusionsvorgang begünstigen.

Einzelne, mehrere oder sämtliche der vorgenannten Beispiele können zudem, z. B. durch zeitlich gestaffelte Abfolge, kombiniert werden.

Für alle Ausführungsformen des Verfahrens gilt, dass nach der wenigstens einen Maßnahme wenigstens eine weitere Maßnahme zur Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften der wenigstens einen Wandung, insbesondere der wenigstens einen modifizierten Randschicht, durchgeführt werden kann. Die mechanischen Eigenschaften des Extruderzylinders können sonach nach Erzeugung entsprechender modifizierter Randschichten gezielt eingestellt werden. Bei einer entsprechenden weiteren Maßnahme kann es sich z. B. um eine Wärmebehandlung, wie z. B. Anlassen, Aufkohlen, martensitisches Härten, etc., handeln.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen Extruderzylinder für eine Extrusionseinrichtung zur Verarbeitung von extrudierbarem Kunststoffmaterial. Der Extruderzylinder wurde gemäß dem Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung hergestellt und zeichnet sich sonach durch eine modifizierte Randschicht mit besonderen Eigenschaften aus. Sämtliche Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung gelten analog für den Extruderzylinder gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung und umgekehrt.

Der Extruderzylinder kann im Hinblick auf seine geometrischen Abmessungen vergleichsweise kompakt ausgeführt sein. Beispielsweise kann der Extruderzylinder einen Durchmesser in einem Bereich zwischen 30 und 50 mm und hierauf basierend ein Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis (L/D-Verhältnis) von 10 - 30, insbesondere von 15, aufweisen. Das Verfahren eignet sich sonach insbesondere für die Modifizierung der Eigenschaften der einen jeweiligen Aufnahmeraum begrenzenden Wandung(en) entsprechend kompakt ausgeführter Extruderzylinder.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Extrusionseinrichtung mit einem Extruderzylinder gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Sämtliche Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung gelten sonach ebenso analog für die Extrusionseinrichtung gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung. Die Extrusionseinrichtung umfasst neben dem Extruderzylinder typischerweise noch eine in dem Aufnahmeraum des Extruderzylinders aufgenommene Extruderschnecke sowie eine der Extruderschnecke zugeordnete, insbesondere motorische, Antriebseinrichtung. Die Extrusionseinrichtung kann zur extrusionsbasierten Herstellung wenigstens eines dreidimensionalen Objekts (nicht gezeigt), wie z. B. eines technischen Bauelements oder einer technischen Bauelementgruppe, eingerichtet sein. Die extrusionsbasierte Herstellung eines dreidimensionalen Objekts vermittels der Extrusionseinrichtung kann sonach zumindest abschnittsweise, gegebenenfalls vollständig, lagen- bzw. schichtweise erfolgen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen; dabei zeigt:

Fig. 1 ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines Extruderzylinders gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht einer modifizierten Randschicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Das Verfahren dient der Herstellung eines Extruderzylinders 1 , wie er z. B. in Fig. 2 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt ist. Wie sich im Weiteren ergibt, kann das Verfahren auch als Verfahren zur Erzeugung einer modifizierten Randschicht im Bereich einer einen Aufnahmeraum 2 eines Extruderzylinders 1 begrenzenden Wandung 3 bezeichnet bzw. erachtet werden.

Anhand von Fig. 2 ist ersichtlich, dass ein entsprechender Extruderzylinder 1 einen durch eine oder mehrere Wandung(en) 3 begrenzten, insbesondere zylindrischen, Aufnahmeraum 2 zur Aufnahme einer Extruderschnecke (nicht gezeigt) umfasst. Der Aufnahmeraum 2 dient im Betrieb des Extruderzylinders 1 gleichermaßen zum Aufschmelzen von extrudierbarem Kunststoffmaterial, welches dem Extruderzylinder 1 bzw. einer diesen umfassenden übergeordneten Extrusionseinrichtung (nicht gezeigt) typischerweise in Form eines Granulats zugeführt wird. Der Aufnahmeraum 2 kann dabei in mehrere funktional unterschiedliche Zonen aufgeteilt sein; insbesondere kann der Aufnahmeraum 2 in eine Einzugszone, eine Kompressionszone und eine Meteringzone aufgeteilt sein.

Bezugnehmend auf das Flussdiagramm in Fig. 1 erfolgt in einem ersten Schritt S1 des Verfahrens wird wenigstens ein entsprechender Extruderzylinder 1 , d. h. ein Extruderzylinder 1 , welcher einen durch eine oder mehrere Wandung(en) 3 begrenzten Aufnahmeraum 2 zur Aufnahme einer Extruderschnecke umfasst, bereitgestellt.

Der Extruderzylinder 1 ist zumindest im Bereich der den Aufnahmeraum 2 begrenzenden Wandung(en) 3 aus einem Ausgangs- oder Grundmaterial gebildet, welches sich durch thermochemische Prozesse, d. h. insbesondere thermochemische Diffusionsprozesse, in seinen Eigenschaften, d. h. insbesondere in seinen mechanischen wie auch in seinen thermischen Eigenschaften, modifizieren lässt. In dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Extruderzylinder 1 zumindest im Bereich der den Aufnahmeraum 2 begrenzenden Wandung(en) 2 beispielhaft aus einem Eisen-basierten Material bzw. Werkstoff, wie z. B. einem Stahl, weiter insbesondere einem nicht-legierten oder einem niedrig-legierten Stahl, gebildet. Verfahrensgemäß kann sonach ein Extruderzylinder 1 aus einem Eisen-basierten Ausgangs- bzw. Grundmaterial, insbesondere einem Stahl, weiter insbesondere einem nicht-legierten oder einem niedrig-legierten Stahl, verwendet werden.

In einem zweiten Schritt S2 des Verfahrens erfolgt ein Durchführen wenigstens einer Maßnahme zur Beeinflussung der Oberflächeneigenschaften der den Aufnahmeraum 2 begrenzenden Wandung(en) 3, wobei die Maßnahme wenigstens einen thermisch induzierten Diffusionsvorgang zum Eindiffundieren wenigstens eines Diffusionselements in die Oberfläche der Wandung(en) 3 beinhaltet. In dem zweiten Schritt S2 des Verfahrens wird sonach wenigstens eine Maßnahme durchgeführt, vermittels welcher die Eigenschaften, d. h. insbesondere die mechanischen und/oder thermischen Eigenschaften, weiter insbesondere die thermomechanischen Eigenschaften, und/oder die tribologischen Eigenschaften und/oder die Korrosionseigenschaften und/oder die Oxidationseigenschaften, der Wandung(en) 3 gezielt modifiziert werden. Derart lassen sich Randschichten 4 (vgl. Fig. 3) mit im Vergleich zu übrigen Bereichen des Extruderzylinders 1 modifizierten bzw. verbesserten Eigenschaften, d. h. insbesondere mit verbesserten Abrasions-, Korrosions- und/oder Oxidations- und/oder Verschleißeigenschaften, bilden. Die konkreten Eigenschaften entsprechender modifizierter Randschichten 4 bestimmen sich im Wesentlichen über die im Weiteren näher spezifizierten Parameter, wie z. B. Dauer, Temperatur, etc., welche im Rahmen der Durchführung der jeweiligen Maßnahme angewendet werden.

Die Maßnahme beinhaltet wenigstens einen thermisch induzierten Diffusionsvorgang zum Eindiffundieren wenigstens eines Diffusionselements, d. h. z. B. Aluminium oder Bor oder Chrom oder Silicium oder Vanadium, in die Oberfläche der Wandung(en) 3; die Maßnahme resultiert sonach in Diffusionsprozessen und damit einem Eindiffundieren wenigstens eines Diffusionselements in die Oberfläche der Wandung(en) 3. Das jeweilige Diffusionselement kann insbesondere in die Gitterstruktur des die Wandung(en) 3 bildenden Ausgangs- bzw. Grundmaterials - bei diesem handelt es sich, wie erwähnt, um einen Eisen-basierten Werkstoff - eindiffundieren und so die Eigenschaften modifizieren.

Die Maßnahme wird so durchgeführt, dass ein Eindiffundieren des oder der jeweiligen Diffusionselemente ausschließlich im Bereich der den Aufnahmeraum 2 begrenzenden Wandung(en) 3 erfolgt. Mithin erfolgt ein lokales Modifizieren der Eigenschaften des Extruderzylinders 1 nur im Bereich der den Aufnahmeraum 2 begrenzenden Wandung(en) 3 und somit nur in dem Bereich des Extruderzylinders, 1 welcher im Betrieb besonderen Beanspruchungen, wie z. B. Abrasion, Korrosion, Verschleiß, etc., ausgesetzt ist. Die Maßnahme beinhaltet, wie erwähnt, die Bildung in einer im Vergleich zu der ursprünglichen Randschicht der Wandung(en) 3, insbesondere im Hinblick auf ihre chemische Zusammensetzung, modifizierten Randschicht 4 oder resultiert in der Bildung in einer im Vergleich zu einer ursprünglichen Randschicht der Wandung(en) 3, insbesondere im Hinblick auf ihre chemische Zusammensetzung, modifizierten Randschicht 4. Eine entsprechende modifizierte Randschicht 4 zeichnet sich, wie ebenso erwähnt, gegenüber der ursprünglichen Randschicht in verbesserten Eigenschaften aus.

Die Maßnahme kann bei einer Temperatur aus einem Bereich zwischen 700 und 1300°C, insbesondere zwischen 750 und 1250°C, weiter insbesondere zwischen 800 und 1200°C, durchgeführt werden. Die konkrete ausgewählte Temperatur bestimmt sich typischerweise nach dem jeweiligen Diffusionselement, welches im Rahmen der Durchführung der Maßnahme in das Ausgangs- bzw. Grundmaterial diffundieren soll, d. h. im Allgemeinen nach dem der konkret durchgeführten Maßnahme zugrunde liegenden thermochemischen Prozess.

Die wenigstens eine Maßnahme kann für eine Dauer aus einem Bereich zwischen 10 und 50 h, insbesondere zwischen 20 und 40 h, weiter insbesondere für 30 h, durchgeführt werden. Die konkrete ausgewählte Dauer bestimmt sich typischerweise nach dem jeweiligen Diffusionselement, welches im Rahmen der Durchführung der Maßnahme in das Ausgangs- bzw. Grundmaterial diffundieren soll, d. h. im Allgemeinen nach dem der konkret durchgeführten Maßnahme zugrunde liegenden thermochemischen Prozess.

Wie erwähnt, resultiert die wenigstens eine Maßnahme in einem Eindiffundieren wenigstens eines Diffusionselements in die Oberfläche der Wandung(en) 3, wobei das jeweilige Diffusionselement in die Gitterstruktur des die Wandung(en) 3 bildenden Ausgangs- bzw. Grundmaterials eindiffundieren und so die Eigenschaften modifizieren kann. Die Maßnahme kann dabei die Bildung von Mischkristallen oder von Verbindungen des Ausgangs- oder Grundmaterials der Wandung(en) 3 mit dem wenigstens einen Diffusionselement beinhalten bzw. in einer Bildung von Mischkristallen oder von Verbindungen des Ausgangs- oder Grundmaterials der Wandung(en) 3 mit dem wenigstens einen Diffusionselement resultieren. Die Bildung entsprechender Mischkristalle bzw. entsprechender Verbindungen kann in den besonderen Eigenschaften der jeweiligen modifizierten Randschicht 4 resultieren.

Zurückkommend das Flussdiagram in Fig. 1 , ist ersichtlich, dass die Maßnahme ein Aufbringen einer das wenigstens eine Diffusionselement oder eine das wenigstens eine Diffusionselement enthaltenden Verbindung beinhaltenden, insbesondere gasförmigen, flüssigen, viskosen oder festen, Zusammensetzung auf die Wandung(en) beinhalten kann. Das Verfahren kann sonach nach dem Bereitstellen des Extruderzylinders 1 , zunächst einen ersten Teilschritt S2.1 des Aufbringens einer das wenigstens eine Diffusionselement oder eine das wenigstens eine Diffusionselement enthaltenden Verbindung beinhaltenden, gegebenenfalls auch als auch als Spendermittel zu bezeichnenden bzw. zu erachtenden, Zusammensetzung auf die Wandung(en) 3 und sodann als zweiten Teilschritt S.2.2 das zum Initiieren entsprechender Diffusionsprozesse erforderliche Temperieren der jeweiligen Wandung(en) 3 bzw. des Extruderzylinders 1 beinhalten. Eine entsprechende das wenigstens eine Diffusionselement beinhaltende Zusammensetzung kann gasförmig, flüssig, pastös bzw. viskos oder fest sein; bei einer entsprechenden Zusammensetzung kann es sich sonach z. B. um ein Gas, eine Flüssigkeit, eine Paste, ein Gel oder einen Festkörper, wie z. B. ein Granulat oder ein Pulver, handeln. Je nach seinem ursprünglichen Aggregatzustand, kann die jeweilige Zusammensetzung im Rahmen des Temperierens einen Phasenwechsel vollziehen.

Die verbesserten Eigenschaften der modifizierten Randschicht 4 können einer im Vergleich zu dem Ausgangs- bzw. Grundmaterial verbesserten Härte zugrunde liegen bzw. aus einer solche resultieren. Die Maßnahme kann je nach Diffusionselement z. B. in einer modifizierten Randschicht mit einer Härte in einem Bereich zwischen 700 und 3250 HV, insbesondere zwischen 750 und 3000 HV, resultieren. Die vorgenannten Härtewerte sind, je nach verwendetem Diffusionselement, typischerweise bis zu einer Temperatur von wenigstens 500°C, gegebenenfalls von wenigstens 600°C, weiter gegebenenfalls von wenigstens 700°C, weiter gegebenenfalls von wenigstens 800°C, weiter gegebenenfalls von wenigstens 800°C, weiter gegebenenfalls von wenigstens 900°C, weiter gegebenenfalls von wenigstens 1000°C, weiter gegebenenfalls von wenigstens 1100°C, gegeben; sodass die Maßnahme typischerweise in einer modifizierten Randschicht 4 mit einer hohen Temperaturstabilität resultiert.

Nachfolgend werden in nicht abschließender Aufzählung konkrete Ausführungsbeispiele des Verfahrens gegeben.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird auf die den Aufnahmeraum 2 des bereitgestellten Extruderzylinders 1 begrenzenden Wandung(en) 3 aus einem Stahl eine Aluminium enthaltende Zusammensetzung (Spendermittel), wie z. B. Al-Si-Fe, z. B. in Form eines Granulats oder Pulvers, aufgebracht. Sodann erfolgt ein Temperieren auf eine Temperatur in einem Bereich zwischen 800 und 1100°C für einen Zeitraum von 30 h (Temperatur und Dauer können, wie erwähnt, je nach der gewünschten Eindringtiefe bzw. Konzentration grundsätzlich variieren). Die Maßnahme stellt insoweit ein Aluminieren dar. Derart kann eine modifizierte Randschicht 4 mit Aluminium-Mischkristallen und/oder Aluminiumoxid (AhOsj-Verbindungen gebildet werden, welche auch bei Temperaturen oberhalb von 500°C eine Härte von ca. 2000 HV aufweist und im Allgemeinen einen Schutz für Kohlenstoff-arme Ausgangsmaterialien bietet, gebildet werden. Die modifizierte Randschicht 4 kann eine sich aus der Eindringtiefe ergebende Schichtdicke d in einem Bereich zwischen 0,1 und 0,3 mm aufweisen.

Gemäß einem zweiten Beispiel wird auf die den Aufnahmeraum 2 des bereitgestellten Extruderzylinders 1 begrenzenden Wandung(en) 3 aus einem Stahl eine Bor enthaltende Zusammensetzung (Spendermittel), wie z. B. B4C oder KBF4, z. B. in Form eines Granulats oder Pulvers oder einer Paste, aufgebracht. Sodann erfolgt ein Temperieren auf eine Temperatur in einem Bereich zwischen 800 und 1100°C für einen Zeitraum von 30 h (Temperatur und Dauer können, wie erwähnt, je nach der gewünschten Eindringtiefe bzw. Konzentration grundsätzlich variieren). Die Maßnahme stellt insoweit ein Borieren dar. Derart kann eine modifizierte Randschicht 4 mit Eisenborid (Fe2B / FeB)- Verbindungen gebildet werden, welche auch bei Temperaturen oberhalb von 500°C eine Härte von ca. 2000 HV aufweist und im Allgemeinen verbesserte Abrasions- und tribooxidative Eigenschaften bietet, gebildet werden. Die modifizierte Randschicht 4 kann eine sich aus der Eindringtiefe ergebende Schichtdicke d in einem Bereich zwischen 0,1 und 0,3 mm aufweisen.

Gemäß einem dritten Beispiel wird auf die den Aufnahmeraum 2 des bereitgestellten Extruderzylinders 1 begrenzenden Wandung(en) 3 aus einem Stahl eine Silicium enthaltende Zusammensetzung (Spendermittel), wie z. B. Si- Cl, z. B. in Form eines Granulats oder Pulvers oder insbesondere eines Gases, aufgebracht. Der Extruderzylinder 1 kann hierfür z. B. in einer ein entsprechendes Gas enthaltenden Atmosphäre gelagert werden. Sodann erfolgt ein Temperieren auf eine Temperatur in einem Bereich zwischen 950 und 1000°C für einen Zeitraum von 30 h (Temperatur und Dauer können, wie erwähnt, je nach der gewünschten Eindringtiefe bzw. Konzentration grundsätzlich variieren). Die Maßnahme stellt insoweit ein Silizieren dar. Derart kann eine modifizierte Randschicht 4 mit reinem Silicium und/oder Eisensilizid(Fe2Si2)- Verbindungen gebildet werden, welche auch bei Temperaturen oberhalb von 500°C eine Härte von ca. 1300 HV aufweist und im Allgemeinen verbesserte Abrasionseigenschaften sowie eine verbesserte thermomechanische Stabilität bietet, gebildet werden. Die modifizierte Randschicht 4 kann eine sich aus der Eindringtiefe ergebende Schichtdicke d in einem Bereich zwischen 0,1 und 0,3 mm aufweisen.

Gemäß einem vierten Beispiel wird auf die den Aufnahmeraum 2 des bereitgestellten Extruderzylinders 1 begrenzenden Wandung(en) 3 aus einem Stahl eine Chrom enthaltende Zusammensetzung (Spendermittel), wie z. B. CrCh, z. B. in Form eines Granulats oder Pulvers, aufgebracht. Sodann erfolgt ein Temperieren auf eine Temperatur in einem Bereich zwischen 950 und 1200°C für einen Zeitraum von 30 h (Temperatur und Dauer können, wie erwähnt, je nach der gewünschten Eindringtiefe bzw. Konzentration grundsätzlich variieren). Die Maßnahme stellt insoweit ein Chromieren (Inchromieren) dar. Derart kann eine modifizierte Randschicht 4 mit Eisen-Chrom-Mischkristallen- Verbindungen gebildet werden, welche auch bei Temperaturen oberhalb von 500°C eine Härte von ca. 2000 HV aufweist und im Allgemeinen verbesserte Korrosionseigenschaften bietet, gebildet werden. Die modifizierte Randschicht 4 kann eine sich aus der Eindringtiefe ergebende Schichtdicke d in einem Bereich zwischen 0,1 und 0,3 mm aufweisen.

Gemäß einem fünften Beispiel wird auf die den Aufnahmeraum 2 des bereitgestellten Extruderzylinders 1 begrenzenden Wandung(en) 3 aus einem Stahl eine Vanadium enthaltende Zusammensetzung (Spendermittel), wie z. B. Vanadiumoxid (V2O5), z. B. in Form eines Granulats oder Pulvers, aufgebracht. Sodann erfolgt ein Temperieren auf eine Temperatur in einem Bereich zwischen 1000 und 1100°C für einen Zeitraum von 30 h (Temperatur und Dauer können, wie erwähnt, je nach der gewünschten Eindringtiefe bzw. Konzentration grundsätzlich variieren). Die Maßnahme stellt insoweit ein Vanadieren dar. Derart kann eine modifizierte Randschicht 4 mit Vanadiumcarbid (VC / V2C)- Verbindungen gebildet werden, welche auch bei Temperaturen oberhalb von 500°C eine Härte von ca. 3000 HV aufweist und im Allgemeinen verbesserte Abrasionseigenschaften bietet, gebildet werden. Die modifizierte Randschicht 4 kann eine sich aus der Eindringtiefe ergebende Schichtdicke d in einem Bereich zwischen 0,1 und 0,3 mm aufweisen.

Für alle vorgenannten Ausführungsbeispiele gilt, dass neben den jeweiligen Spendermitteln auch Aktivatoren verwendet werden können, welche den jeweiligen Diffusionsvorgang begünstigen.

Einzelne, mehrere oder sämtliche der vorgenannten Beispiele können zudem, z. B. durch zeitlich gestaffelte Abfolge, kombiniert werden.

In Fig. 1 ist ferner angedeutet, dass nach der Maßnahme, d. h. nach Schritt S2, optional wenigstens eine weitere Maßnahme, vgl. Schritt S3, zur Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften der Wandung(en) 3 durchgeführt werden kann. Die mechanischen Eigenschaften des Extruderzylinders 1 können sonach nach Erzeugung entsprechender modifizierter Randschichten 4 gezielt eingestellt werden. Bei einer entsprechenden weiteren Maßnahme kann es sich z. B. um eine Wärmebehandlung, wie z. B. Anlassen, Aufkohlen, martensitisches Härten, etc., handeln.

Im Zusammenhang mit dem verfahrensgemäß herstellbaren bzw. hergestellten Extruderzylinder 1 gilt, dass dieser im Hinblick auf seine geometrischen Abmessungen vergleichsweise kompakt ausgeführt sein kann. Beispielsweise kann der Extruderzylinder 1 einen Durchmesser in einem Bereich zwischen 30 und 50 mm und hierauf basierend ein Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis (L/D- Verhältnis) von 10 - 30, insbesondere von 15, aufweisen. Das Verfahren eignet sich sonach insbesondere für die Modifizierung der Eigenschaften der einen jeweiligen Aufnahmeraum 2 begrenzenden Wandung(en) 3 entsprechend kompakt ausgeführter Extruderzylinder 1.