Eine der häufigsten Anfragen, die Viplas von Kunden erhält, ist die Verlängerung der „Lebensdauer der Schnecken“. Wie alle mechanischen Teile unterliegt auch die Plastifizierschnecke (und das Zylindergehäuse) dem Verschleiß. Zusätzlich können sich je nach Art der verarbeiteten Polymere, je nach Einsatz von chemischen oder mineralischen Additiven sowie durch die Druck- und Temperaturverhältnisse in der Plastifizierungseinheit erhebliche Korrosions- und Abrasionseffekte entwickeln. Die Auswirkungen zeigen sich zunächst am Schraubenflügel und bei fortschreitendem Verschleiß auch an den Flanken des Profils und am Kern.

In vielen Fällen ist es möglich, die ursprünglichen Abmessungen (oder zumindest nützliche und wirksame Dimensionen) der Schnecke (und des Zylinderinnenraums) durch eine präzise Regenerierung wiederherzustellen. Darauf ist Viplas spezialisiert. Manchmal ist der Schaden jedoch so groß oder tief, dass die Schnecke wie ein Schweizer Käse erscheint, voller Krater und/oder mit fast verschwundener Helix.

Wie können wir also den Verschleiß, die Korrosion und die Abrasion verhindern? Wie lässt sich eine haltbarere Schnecke herstellen, wenn „einfache“ Wärmebehandlungen (wie Härten oder Nitrieren) und Oberflächenbehandlungen (z. B. Verchromen) nicht ausreichen?

Eine weniger bekannte, aber äußerst wertvolle Lösung, die Viplas anbietet, sind PVD-Beschichtungen. Die PVD-Oberflächenbehandlung (Physical Vapor Deposition) ist eine fortschrittliche Beschichtungstechnologie, die die Oberflächeneigenschaften von Metallen verbessert. Sie besteht in der physischen Abscheidung einer dünnen Schicht auf ein metallisches Substrat durch Verdampfen und Kondensieren eines Materials unter Vakuum. Diese Technik wird häufig verwendet, um die Oberflächenhärte, Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und in einigen Fällen auch die Ästhetik zu erhöhen.

Welche Behandlung sollte für Plastifizierungsschrauben verwendet werden?

Die Wahl der PVD-Behandlung für Schrauben hängt von der spezifischen Anwendung und den geforderten Eigenschaften ab. Für Anwendungen, die eine hohe Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit in aggressiven Umgebungen erfordern, könnten Chromnitrid-Beschichtungen (mit einer optionalen oxidierten Deckschicht), bekannt als CrN oder CrON, besser geeignet sein.

Zu berücksichtigende Faktoren bei der Wahl der optimalen PVD-Beschichtung sind unter anderem:

• Kunststofftyp: Verschiedene Kunststoffe haben unterschiedliche Klebe-, Abrasiv- und/oder Korrosionseigenschaften. Zum Beispiel können die beim Verarbeiten von PVC in der Plastifizierungskammer freigesetzten Chlordämpfe Korrosion an der Schraube und am Zylinder verursachen.
• Füllstoffe: Die in Kunststoffen enthaltenen Füllstoffe können die Abrasivität des Materials beeinflussen. Bei der Verarbeitung von Materialien, die mit Glasfasern oder Calciumcarbonat angereichert sind, ergeben sich spezifische Schutzanforderungen.

Spezifische Vorteile für Schnecken:

• Reduzierter Reibung und Verschleiß: PVD-Beschichtungen wie TiN (Titannitride) und CrN (Chromnitride) bieten eine extrem glatte und harte Oberfläche, die die Reibung zwischen Schnecke und Zylinder erheblich reduziert. Dies führt eindeutig zu einer längeren Lebensdauer: der reduzierte Verschleiß verlängert die Lebensdauer von Schnecke und Zylinder und verringert die Austauschhäufigkeit und Wartungskosten.
• Korrosionsbeständigkeit: Die Exposition gegenüber aggressiven Chemikalien und hohen Temperaturen kann Korrosion an den Schnecken verursachen. PVD-Beschichtungen bieten hervorragenden Schutz gegen Korrosion und erhalten die Integrität des Bauteils.
• Verhinderung von Kunststoffhaftung: Die Antihaft-Eigenschaften von PVD-Beschichtungen reduzieren die Kunststoffhaftung an der Schneckenoberfläche erheblich, verhindern die Bildung von Ablagerungen und gewährleisten eine bessere Endproduktqualität. Einige Beschichtungen bieten eine glattere Oberflächenbeschaffenheit als andere, was die „Anti-Stick“-Eigenschaften verbessert und somit die Anhaftung des verarbeiteten Materials an der Schnecke verringert. Diese Anforderungen sind besonders für die Gummiverarbeitung typisch.
• Bessere Wärmeableitung: Einige PVD-Beschichtungen zeichnen sich durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit aus und fördern eine bessere Wärmeableitung, die durch die Reibung des geschmolzenen Kunststoffs entsteht.

Wichtige Punkte bei der Wahl einer PVD-Beschichtung:

• Oberflächenvorbereitung: Eine korrekte Oberflächenvorbereitung der Schnecke ist entscheidend, um eine gute Haftung der Beschichtung zu gewährleisten. Insbesondere muss die Schnecke frei von Rückständen wie z. B. dem für die Nitrierung typischen weißen Staub sein. Für die Abscheidung bestimmter PVD-Beschichtungen ist daher eine Politur der Schraube erforderlich.
• Beschichtungsdicke: Die Dicke der Beschichtung beeinflusst die Endeigenschaften. Dickere Schichten verbessern im Allgemeinen die Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit, können jedoch die Kosten erhöhen. Es ist jedoch zu beachten, dass die mit dem PVD-Prozess abgeschiedene Schicht sehr dünn ist, sodass beim Fräsen der Schnecken keine Toleranzanpassung erforderlich ist: die Dicke der Beschichtung führt nicht zu Maßabweichungen.
• Prozesskontrolle: Eine sorgfältige Überwachung des PVD-Abscheidungsprozesses ist unerlässlich, um die Qualität und Gleichmäßigkeit der Beschichtung zu gewährleisten. Unternehmen, die auf diese Behandlungen spezialisiert sind, haben die für sie verwendeten Anlagen oft selbst entwickelt und gebaut.
• Kosten der Behandlung: Diese Behandlungen machen die Schnecke deutlich teurer, und die verschiedenen Lösungen haben unterschiedliche Kosten. Die DLC-Beschichtung (Diamond-Like Carbon) ist unter ihnen besonders leistungsfähig, aber auch die teuerste. Daher ist eine umfassende Analyse der Kundenanforderungen, der Prozessmerkmale und der Kosten-Nutzen-Bilanz erforderlich.

Zusammenfassend

Lässt sich sagen, dass PVD-Beschichtungen zahlreiche Vorteile für die in Spritzgussmaschinen und Extrusionsanlagen verwendeten Schnecken bieten. Die Auswahl der geeignetsten Beschichtung erfordert eine sorgfältige Bewertung der Betriebsbedingungen und spezifischen Anforderungen der Anwendung. Viplas steht Ihnen zur Verfügung, um gemeinsam Ihre spezifischen Anforderungen zu bewerten und Ihnen die Lösung vorzuschlagen, die in Bezug auf Leistung und Preis Ihren Erwartungen am besten entspricht. Wir können auch spezielle Bedingungen für Testschnecken vereinbaren, um gemeinsam die beste Lösung zum richtigen Preis zu finden.