蜗轮元件以及制造蜗轮元件的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种尤其用于同一方向旋转的、紧密啮合的双轴挤出器的蜗轮元件的方法。此外，本发明还涉及一种蜗轮元件，其尤其用于同一方向旋转的紧密啮合的双轴挤出器，所述蜗轮元件包括蜗轮体，所述蜗轮体具有轴向延伸的通穿孔、用来插在支承轴上的内齿以及用来提供挤出功能的外轮廓。
【背景技术】
[0002]这种蜗轮元件例如作为双轴挤出器的一部分应用在不同的工业领域，其中难点在于塑料的加工。应用在双轴挤出器中的蜗轮模块化地构成，并且由支承轴和单个的蜗轮元件构成。蜗轮元件的几何形状根据双轴挤出器的方法技术的任务和功能来设计，并且在定义的配置中沿轴向并排安装在支承轴上。这些蜗轮元件划分为输送元件、塑形元件、堵塞元件、混合元件和特种元件(Sonderelemente)这几大类，它们尤其在适应于各功能的外部几何形状方面是不同的。
[0003]蜗轮元件迄今的制造方式与种类、大小和功能无关，通过用于外部几何形状的常规切削方法(如锯、车削、铣、旋转和磨)的组合来实现。为了安装在支承轴上，蜗轮元件根据机器制造商和结构尺寸具有不同的内部轮廓或内齿，它们承担着支承轴和蜗轮元件之间的力传递功能。所述内齿在已知的蜗轮元件中通常借助成型的制造方法(例如键槽拉削、移空和/或腐蚀)制出。
[0004]利用铁合金和非铁合金作为已知蜗轮元件的材料，其中根据磨损负荷的方式尤其通过磨损和/或侵蚀来选择材料。在此应用由熔融金属和粉末金属产生的材料。尤其应用实心钢或HIP-复合钢。在HIP-复合物中将钢加工至HRC66。它们设置有软的圆柱形内核，但要实现较小的直径这要非常高的成本，尤其在直径小于30_时不经济。在直径非常小的情况下(小于20mm)，在热等静压(HIP)-复合体中在技术上不能再进行制造，因为尤其是软的圆柱形内核可能太薄，不能通过内部轮廓实现足够的力传递，并且借助如移空、冲击等方法以超过1200N的推力不能为引入内部轮廓而加工高强度的紧密材料。这种材料由于刚性不足会折断和破碎。
[0005]已知的蜗轮元件的典型制造工艺尤其包含的步骤是:锯、HIP-核定心、粗切削、夕卜形研磨、铣削、内齿的移空、硬化、回火、精磨、喷砂。
[0006]已知的蜗轮元件的缺点是，其制造工艺是费力且成本密集。此外，受传统的切削方法和成型制造方法的制约，在应用特定的硬质合金时，很难或根本不能制造出蜗轮元件的较小直径以及特定的内、外几何形状。
[0007]此外，通过应用硬质合金并且与迄今应用的制造方法相结合，在蜗轮元件内制造冷却通道是非常费力的并且只能轴向平行地制造，因此不能均匀地冷却外部轮廓。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是，避免上述缺点并且提供一种用来制造尤其直径较小的蜗轮元件的方法，所述方法能够简单且成本低廉地实施，并且所述方法为蜗轮元件的内齿、外部轮廓和冷却部的造型提供了更大的灵活性。
[0009]此目的通过以下方式得以实现，即金属的粉末材料逐步地分层地在制造轴线的方向上相叠地设置在结构平台上，其中激光光束根据三维模型的数据以特定的照射顺序并且在特定的层位置上对蜗轮元件的每层照射粉末材料，因此部分粉末材料完全重熔并且与直接位于下方的层材料配合地结合，因此在这些层都变硬之后，根据三维模型产生了完全稳定的蜗轮体。通过这种方法，不需要为制造蜗轮元件而应用传统的切削加工方法和成型制造方法。因此能够以简单的方式为内齿和蜗轮元件的外轮廓制造出新的几何形状。这一点尤其能够制造出完全由硬质合金构成的蜗轮元件。这一点还能够成本低廉地制造出直径较小的蜗轮元件。
[0010]在这种方法中尤其有利的是，粉末材料的层的待照射的位置棋盘状地划分成小块，其中所述激光光束借助随机的照射顺序来照射层的不同小块。这些待照射的层尤其划分为径向相对制造轴线环绕的照射区，其中照射区的照射顺序是径向地由内朝外。这一点能够在制造过程中实现热量的更好分布，并且避免在制造时不受控制地加热蜗轮元件。此夕卜，这一点还在结构尤其小的情况下(例如在内齿的情况下)避免了熔化。此外，这还在制造过程中还减少了由热量引起的蜗轮元件的结构延迟(Verzug)这一风险。
[0011 ] 尤其在所述方法的实施例中，除了这些层中的蜗轮元件以外还通过激光光束产生支撑结构，因此待制造的蜗轮元件在制造过程中支撑在粉末材料中，尤其支撑在结构平台上。在此有利的是，支撑结构与蜗轮元件的外轮廓和/或下端侧相连，因此它们在熔化过程中将产生的热量从蜗轮元件中导出。
[0012]在本发明的有利的实施例中，所述粉末材料优选包括粉末状的高强度的高速切削钢，尤其具有较高的碳化物成份(铬碳化物、钒碳化物、钨碳化物)，或者是粉末状的钴-铬或镍-络-钼硬质合金。这一点可使蜗轮元件具有尤其硬的且有抵抗能力的外轮廓。
[0013]此外本发明的目的是，提供一种尤其直径较小的蜗轮元件，其能够尤其简单且成本低廉地制成，它具有更好的内齿、更好的冷却部和更好的外轮廓。
[0014]此目的还通过以下方式得以实现，即根据上述根据本发明的方法制成蜗轮元件，其尤其用于同一方向旋转的紧密啮合的双轴挤出器，所述蜗轮元件包括蜗轮体，所述蜗轮体具有轴向延伸的通穿孔、用来插在支承轴上的内齿以及用来提供挤出功能的外轮廓。
[0015]在尤其有利的实施例中，至少一个轴向延伸的位于内部的冷却通道设置在蜗轮体中，所述冷却通道尤其以相对外轮廓的表面或相对内齿的表面以均匀径向间距进行延伸，并且跟随着这些表面的走向。这一点能够优化内齿和/或外轮廓的冷却，从而尤其达到更好的使用寿命。
[0016]在另一实施例中，内齿构成为渐开线啮合。所述内齿尤其这样构成，即能够在蜗轮体和支承轴之间实现大于/等于1200N/mm2的力传递。这一点能够在内齿上实现更好的力分配，从而能够传递更大的力和/或应用更硬的材料。
【附图说明】
[0017]本发明的其它有利的构造方案由下面的附图描述、附图和从属权利要求得出。
[0018]其中:
[0019]图la为根据本发明的蜗轮元件的三维视图；
[0020]图lb为根据图2的根据本发明的蜗轮元件的端侧的俯视图；
[0021]图2为根据本发明的用来制造蜗轮元件的方法的示意图；
[0022]图3为根据本发明的蜗轮元件在与支撑结构呈90支布局的剖面图；
[0023]图4为根据本发明的蜗轮元件在与支撑结构呈45支布局的剖面图；
[0024]图5示出了对于材料1.3242的时间-温度-转换图表。
【具体实施方式】
[0025]对于以下的描述，需强调的是，本发明并不局限于这些实施例，也不局限于所述的特征组合的所有特征或多个特征，而是每个实施例单个局部特征都能够与其它在上下文中描述的局部特征分开，并且也能与其它实施例的任意特征组合起来，成为根据本发明的重要内容。
[0026]图la和lb示出了根据本发明的蜗轮元件1的实施例。蜗轮元件1尤其构造得用于未示出的、同一方向旋转的、紧密啮合的双轴挤出器。蜗轮元件1包括蜗轮体3，其具有轴向延伸的通穿孔5、用来插在支承轴上的内齿7以及用来提供挤出功能的外轮廓9。为了与这种双轴挤出器一起使用，所述蜗轮元件1与其它蜗轮元件一起轴向地沿着蜗轮元件1的轴线X-X推到双轴挤出器的未示出的支承轴上。
[0027]通穿孔5的内齿7有利地构成为渐开线啮合(尤其根据2006年的DIN5480或备选地根据2005年的ISO 4156)。这可在支承轴上实现更高的力传递。所述内齿7尤其这样构成，即能够在蜗轮体3和支承轴之间实现大于/等于1200N/mm2的力传递。在利的是，内齿7的轮廓偏差尤其是±0.01mm。
[0028]蜗轮体3的外径(尤其是外轮廓9的最大外径)小于/等于58mm，优选小于/等于30mm。最小的外径尤其是12mm。轮廓间距的最大偏差(即外轮廓9的表面至通穿孔5的内壁的间距)尤其是±0.05mmo
[0029]有利的是，蜗轮体3由单组分材料构成。所述单组分材料尤其是高强度的高速切削钢，尤其具有较高的碳化物成份(铬碳化物、钒碳化物、钨碳化物)，或者是钴-铬或镍-铬-钼硬质合金。蜗轮体3的表面硬度在HRC 40至HRC 70的范围内，优选HRC 56至HRC 70(根据洛氏硬度检测方法，HRC类)。因此在挤出工艺期间尤其实现了针对硬填充物和增强介质(如玻璃纤维、碳素纤维、滑石等)的更高耐磨性，并且实现针对水和酸(如HCL、HN03、HS03CL)的更高耐腐蚀性。
[0030]在根据本发明的蜗轮元件1的未示出的有利的实施例中，至少一个轴向延伸的位于内部的冷却通道设置在蜗轮体3中，所述冷却通道尤其以相对外轮廓9的表面或朝内齿7的表面的均匀径向间距进行延伸，并且跟随着这些表面的走向。冷却的紧密性尤其在20°C至350°C的温度范围内。
[0031]外轮廓9有利地这样构成，即外轮廓9的表面沿着轴向伸展处处或者说至少几乎处处都相对平行设置的、具有相同外轮廓9的蜗轮元件1的表面具有同样的间距。
[0032]本发明的蜗轮元件1根据图2的本发明的方法以层式构造方法借助结构平台(Bauplattfor