[Back]

C. Karg:
"Verschleißminimierung in der Einzugszone von Nutbuchsenextrudern";
Supervisor, Reviewer: V. Archodoulaki, F. Franek; Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie, 2011; oral examination: 2011-09-15.

The present study examines various combinations of materials and surface modi cations on their suitability for the speci c application of plasti cation units of the company soplar s.a. This suitability refers to the creation of a wear-optimized material portfolio for the
screw, cylinder and feed zone. A tribometer, a device to simulate the tribological stress in an existing plasti cation unit, was developed and manufactured. During development, the speci c needs of soplar s.a.
were taken into consideration and a comparative evaluation
between di erent materials with respect to abrasion resistance was a primary focus. After intensive development, completion and careful commissioning, as components were added and the entire system was optimized, a special selection of materials and surface modi cations
were tested under the most realistic conditions attainable. The wear samples, which were stressed under model conditions, were analyzed in several ways, both by confocal light microscopy and by gravimetric weighing on a laboratory scale. Similarly, hardness gradients
along with measurements of surface hardness (hardness measurement on the sample surface normal) and cross-sections were prepared, which were examined by light microscopy.
It turns out that the behavior among the tested material-/ surface combinations shows signifi cant di erences in wear and this can be described quantitatively by confocal microscopy.
Thus it is possible, given the allowable wear-ablation, to de ne the optimum material combinationsfor the present application from a wear-optimized standpoint. Correlations between
surface hardness and wear could also be determined, but these dependencies were found to be not universally valid. Furthermore, nitrided samples were examined, which have been
grinded to simulate a used screw (nitriding is the standard treatment for wear protection of soplar-extruders). This allows an estimation, whether worn screws can be reused or must be replaced. In view of allowable wear height (given mostly by the process specialist), it is
now possible to determine the optimized material-/ surface layer-combination with the highest expected life time and thus to account for customer requests for investment readiness and desired wear resistance.

Die vorliegende Arbeit untersucht verschiedene Kombinationen von Werksto ffen und Oberflachenmodifikationen auf ihre Eignung für den speziellen Anwendungsfall der Plastifizierextruder
der Firma soplar s.a.. Diese Eignung bezieht sich auf die Scha ffung eines verschleißoptimierten Werksto ffportfolios füur Schnecke, Zylinder und Nutenbuchse. Es wurde ein Tribometer, das heißt eine Vorrichtung zur Simulation der tribologischen Verhältnisse in einer bestehenden Plasti fiziereinheit, entwickelt und hergestellt. Bei der Entwicklung wurde speziell auf die Bedürfnisse der soplar s.a. Rücksicht genommen und auf die vergleichende Werksto ffbewertung hinsichtlich Abrasionsbeständigkeit Wert gelegt. Nach intensiver
Entwicklung und Fertigstellung sowie sorgfältiger Inbetriebnahme, bei der noch Komponenten ergänzt und das gesamte System optimiert wurde, wurde eine spezielle Auswahl von Werksto ffen und Randschicht-
modi fikationen unter möglichst praxisnahen Bedingungen
getestet. Die unter Modellbedingungen auf Verschleiß beanspruchten Proben wurden auf mehrere Arten ausgewertet, sowohl mittels konfokaler Lichtmikroskopie als auch gravimetrisch durch Wäagen auf einer Laborwaage. Ebenso wurden Härteverläufe, Messungen der
Oberflächenhärte (Messung der Härte normal auf die Probenober-
fläche) sowie Querschli effe angefertigt, die lichtmikroskopisch untersucht wurden.
Es hat sich herausgestellt, dass es unter den getesteten Werksto ff/ Oberflächenkombinationen deutliche Unterschiede im Verschleißverhalten gibt und mit konfokaler Mikroskopie
quantitativ beschrieben werden köonnen. Damit ist es möglich, unter den gegebenen Aspekten zulässigen Verschleißvolumens bzw. -abtrags, den für die vorliegende Anwendung aus verschleißoptimierter Sicht optimale Werksto ffkombination zu defi nieren. Es konnten auch Zusammenhänge zwischen Oberflächenhärte und Verschleißwiderstand ermittelt werden, wobei solche Abhängigkeiten nicht universale Güultigkeit vorweisen. Weiters wurden nitrierte Proben untersucht, die vor der verschleißenden Beanspruchung de finiert abgeschli efen wurden, um eine bereits verwendete Schnecke zu simulieren. Dadurch kann nun abgeschätzt werden, ob teilweise verschlissene Schnecken weiterverwendet oder ausgetauscht werden müussen. Es ist
nun möglich, in Anbetracht einer (meist von den Prozessspezialisten vorgebenen) zulässigen Verschleißhöhe diejenige Werksto ff - Randschicht - Kombination mit der höchsten erwarteten
Standzeit zu bestimmen, und somit auf Kundenwünsche hinsichtlich Investitionsbereitschaft und gewünschter Verschleißbeständigkeit intensiv einzugehen.

polymer extrusion, wear, materials