用于在挤压机中的螺杆、用于转换螺杆和挤压机的方法与流程

该发明涉及用于在挤压机中使用的螺杆以及具备此类螺杆的挤压机。

尤其是，该发明涉及用于在双螺杆挤压机中使用的螺杆和双螺杆挤压机。

背景技术：

螺杆通常具有模块化设计。因此，它们可十分灵活地适应变化的任务和产品特性。螺杆的模块化构建形成杆状核心，即所谓芯棒，实践中还常常以轴心或轴承轴心指代，和推动到芯棒上的单个螺杆元件。元件在挤压过程中执行螺杆的典型功能，如输送、混捏、混合或剪切待传递和递送的塑料。

为了传送高发力矩，元件以强制连锁的方式连接至芯棒，并且还轴向支撑。

DE 10 2008 028 289 A1公开了一种螺杆，其中力矩经由齿轮从部段传送至前端的部段。

DE 103 30 530 A1描述一种轴心，其上焊有套筒。多个部段被串连至止挡件。DE 10 2011 112 148 A1、DE 10 2004 042 746 B4和DE 196 21 571 C2分别公开螺杆部段和芯棒之间的特殊齿轮。

技术实现要素：

本发明基于提供相较于现有技术的替代或改进的目标。

根据本发明的第一方面，这个目标利用在挤压机中使用的螺杆实现，由此螺杆展现芯棒和固定在芯棒上且彼此轴向安置的多个部段，由此，单独的力矩随动件(Momentenmitnehmer)被安置于芯棒和一个部段之间，并且由此力矩随动件在芯棒的接触表面与芯棒相接触，由此螺杆的特征在于芯棒的接触表面是低缺口，或优选地无缺口。

就术语而言，解释以下内容：

“部段”为螺杆的那些部件，其实现用于塑料(与挤压机的机筒协同或在双螺杆挤压机的情况下，还与第二螺杆的部段协同而通过挤压机传递)塑化的螺旋通道或螺旋通道的数量。

在不同情况下，两个轴向相邻的部段在它们的部段边界间接或直接地彼此轴向相碰撞。部段之间所得的狭槽(因此，最简单的情况下为圆形环)必须被密封，以防止塑料熔体进入内部，即至芯棒。为了实现这个，部段一般轴向被支撑着。负法向力提供足够的密封。

“力矩随动件”必须与至少一个部段协作。当在芯棒的部段上，或在二者上为螺杆加载力矩时，力矩随动件至少在很大程度上在部段和芯棒之间传递力矩。此外，力矩可从一个部段传递至轴向相邻的第二部段。

这样做，力矩随动件本身未与第一或第二部段一体化，但是组装的螺杆的单独元件。

力矩随动件可由多个单独部分组成，或它可仅为一部分。

通常来说，应明确指出，如果从各自上下文来看，未明确或暗示性明显地或对于本领域的技术人员显而易见，不定冠词和数，例如一、二等仅仅可意指或旨在意指“确切的一个……”、“确切的两个……”等，在这个专利申请的范围内，其应当是被理解为“至少”的陈述，即“至少一个……”、“至少两个……”等。芯棒的“接触表面”为力矩随动件倚靠的表面，一般而非必需地，具备尽可能大的面积。因此，接触表面为这样的表面，当应用力矩时，即当芯棒相对螺杆机筒旋转时，所需的偏心力，即使得多部段同时旋转所需的力矩经由该表面传送至部段，施加了足以移动熔剂(操作期间在挤压机内)的、与它的惯性力相反的力。

简单而言，大多情况下，当以横截面观察螺杆时，芯棒的横截面和部段的径向向内开口的横截面之间存在至少一个凹槽。为了形成功能性螺杆，具体来说，这是力矩随动件必须装入的凹槽。

应明确指出，并非必须存在完整的表面“接触”。相反，如果芯棒和力矩随动件之间存在多，优选地，大量离散点状或线性的接触，这也是足够的。因此在接触表面上也可具有更小的缺口。然而，通常来说，应指出的是在芯棒和力矩随动件这两者上的动态应力越小，力矩随动件和芯棒之间在其接触表面的接触越广，和/或接触表面更加接近达到完全无缺口的理想状况。

对于现有技术已知的螺杆，该发明所呈现的第一方面现将芯棒的接触表面设置为无缺口的。换言之，在接触表面上的横截面中，芯棒无缺口。

工程师掌握了创建设计所需的技术，而非物理学者。因此，只要工程师认为至少大体上存在无缺口，更小的缺口仍应被包括在术语“无缺口”中。

机械上，这形成了比现有技术所已知的更低的应力。

在现有技术中，滑键通常设置于芯棒和作为力矩随动件的部段之间。但是，独立于现有技术中力矩随动件的具体配置，当主体承受拉伸、剪切或扭转应力时，缺口效应一般发生于切入或缺口的主题体上。缺口效果形成于两个机制下，即一方面为可利用应力集中系数来描述的局部应力集中，和另一方面为支撑效果，其描述了材料和应力集中的特定减震行为抵消了在缺口处的应力峰值。疲劳缺口系数为应力集中系数和缺口敏感性的商。

可于DIN 743-2:轴心和轴的承载能力的计算，部分2：理论应力集中系数和疲劳缺口系数中找到附加信息。

虽然挤压机螺杆的构造中至今所使用的几何有意识地接受了芯棒上的缺口，以实现更安全的强制联锁连接，然而本申请呈现的发明有意识地采取相反的方法，且力求尽可能低的应力集中系数。

为此，该发明寻求确保的是至少在缺口一般为强制性的地方，即在接触表面上，芯棒的横截面现在不再具有缺口。在本上下文中，“缺口”应被理解为接触表面内横截面的至少凹形轮廓。此处将避免以下事情，在横截面中至少带有角落。

由于芯棒在它的接触表面上(即至少在接触表面内，但是优选地还在接触表面的边界上)缺口少，尤其是无缺口，应力峰值(在螺杆操作期间作用于芯棒上)十分明显地降低。因此，可能的是，例如，实现具备先前已知材料的芯棒(会使得芯棒具有显著更长的使用寿命)；或者，可用另一种材料制造芯棒，在此过程中，该材料可被设计为更加适用于现在现存的负载。

因此，本发明可选择性地延长使用寿命或节省成本，或实现二者。机器的性能也可得以增加。

根据该发明的第二方面，这个目标利用被用于在挤压机中的螺杆实现，由此螺杆展现芯棒和固定在芯棒上且彼此轴向安置的多个部段，由此，单独的力矩随动件被安置于芯棒和一个部段之间，并且由此力矩随动件在芯棒的接触表面与芯棒相接触，由此芯棒展现与螺杆的纵向延伸的轴垂直且与接触表面相交的横截面，由此在横截面上，芯棒展现小于2.0的应力集中系数(根据DIN 743-2部分5)。优选地，在横截面上，芯棒展现小于1.75的应力集中系数，优选地，小于1.5，特别优选地，不超过1.4，至多1.3或至多1.25。

对于根据现有技术的芯棒的几何结构(此处具体根据图1)，发明者的原型计算显示出了表征为2.21至2.39的缺口的应力集中系数α(阿尔法)。相比之下，根据该发明的示例性设计具有大约1.19至1.34的应力集中系数阿尔法。

根据本发明的第三方面，这个目标利用被用于在挤压机中使用的螺杆实现，由此，螺杆展现芯棒和固定在芯棒上且彼此轴向安置的多个部段，由此单独的力矩随动件被安置于芯棒和一个部段之间，并且由此，力矩随动件在芯棒的接触表面与芯棒相接触，由此，在芯棒的横截面中的接触表面的轮廓开始以第一正角相对圆形外围偏离，由此，该第一角小于90°，并且，它再次以第二、同样的正角与外围会聚，由此多个负角的和小于90°，尤其是小于45°。最突出的是，负角的和可小于10°，尤其是0°。

在根据图1的几何结构中，例如，负角的和为90°，即确切地为接触表面的倒角的边缘的-90°。在此版本中，两个正角为：第一正角大约30°，第二正角确切地为90°。

在根据图2的几何结构中，在另一方面，负角的和为零。两个正角都大约为45°。

根据该发明的第四方面，这个目标利用被用于在挤压机中使用的螺杆而实现，由此螺杆展现芯棒和固定在芯棒上且彼此轴向安置的多个部段，由此单独的力矩随动件被安置于芯棒和一个部段之间，并且由此力矩随动件在芯棒的接触表面与芯棒相接触，由此力矩随动件正好利用轮廓的一侧倚靠接触表面。

在该技术领域中，另一方面，只有滑键的使用为已知，滑键利用两侧(见图1)或三侧倚靠于接触表面。

通常来说，芯棒与圆形外围在横截面上部分同形是最简单的。因此，芯棒可由具有圆形横截面的轴心经机器加工，尤其是铣削。

芯棒为轴心，其横截面从圆形偏离，具体地，从理论圆形外围，经常是向内部偏离。这是可制造出来的，例如，通过移除材料来重新加工最初在它的横截面内具有圆形横截面的轴心。如果芯棒在横截面内的圆周上的各个部分尽可能很大程度上为圆形，即，在横截面内，芯棒与它的理论圆形外围尽可能很大程度上部分的同形，例如，在其具体的、经测量受控制的圆周的至少一半上，即使独立于此处提出的芯棒的制造方法，生产会特别简单。

提供与力矩随动件越大的接触表面，与圆形外围部分地共形的圆周部分将倾向于变小。

以钝角从外围偏离的接触表面已经帮助减少芯棒的应力峰值。

“钝角”为大于pi/2的角度，但小于pi，因此度数为大于90°，但小于180°。

这个特征应被理解为意指，当以横截面观察从芯棒的理论圆形外围至接触表面的过渡时，接触表面仅仅以钝角相对于外围偏离。

在发明者的计算中，芯棒的几何结构十分具有前景，其中接触表面为芯棒的横截面上两个圆弧段之间的弦。

数学几何上，“弦”是横截面上圆弧段的两端之间的最短连接。但是，应指出，它并不一定必须是数学上的理想的弦。相反地，现有的技术人员、机械工程师应意识到，从直接的直弦的微小偏离仍将能够充分满足发明的方面。

两个圆弧段(弦被置于其之间，以形成接触表面)，可彼此分离，从而在芯棒的横截面上的圆弧段之间存在至少另一个从圆弧形状的偏离。然而，在所考虑的横截面上还可存在圆形外围的另外的连续圆弧段，由此在横截面中只有仅仅一个弦，从而可在芯棒和在该所考虑的横截面中的至少一个部段之间仅安装一个力矩随动件。

为了使负载尽可能均匀分布于芯棒内，提出芯棒在横截面上是镜面对称的，尤其是双镜面对称的。

已经指出，多个力矩随动件可绕一个横截面上的芯棒的圆周设置。这也使得芯棒的应力减少，因为整个需要的力矩经由多个离散连接而引入到芯棒的横截面中，即所考虑横截面上的多个力矩随动件。因此，尽管扭转应力可同时增加，每个单个力矩随动件的每个单个接触表面上的最大期望表面压力减少。

在横截面上，力矩随动件可展现为楔形，由此该楔形可在细节上表现为多种多样的不同形式，即具有至少一个部分的圆边，或否则由此在不同的情况下应存在第一平端和相对于该一端的平度升高的另一端。因此，螺杆的横截面内楔形不再是镜面对称的，这在螺杆部段朝向内部的、适合的相反设计中必然会引起力矩随动。

然而，优选地，各种力矩随动件呈现在螺杆的一个横截面上且相对螺杆的中心轴线而言是点对称的；然而，它们并非镜像对称，而是就理论镜轴线而言是不对称的。不对称使得推动芯棒和部段之间的瞬时驱动特别简单。点对称允许应力尽可能均匀分布在芯棒内。

也可设计成其中一个或多个力矩随动件为彼此镜像对称。

也可设计为使得横截面上的多个力矩随动件具有以上所描述的对称特征的设计，但并不是所有的力矩随动件都具有这种设计。例如，对于随动而言，一个或多个力矩随动件可布置于相反旋转方向上。

根据本发明的第二方面，这个目标可利用转换挤压机螺杆的方法实现，由此螺杆展现芯棒和固定于芯棒上且彼此轴向安置、具备密封部段边界的多个部段，由此，单独的力矩随动件被安置于芯棒和一个部段之间，由此，力矩随动件在芯棒的接触表面上与芯棒相接触，由此，该方法包括以下步骤：(a)从芯棒去除部段，例如通过从芯棒轴向地推动部段；和(b)利用力矩随动件推动部段至芯棒上，由此，力矩随动件在芯棒的接触表面上与芯棒相接触，且由此，芯棒的接触表面无缺口。

发明所呈现的第二方面已认识到如果只有力矩随动件在几何结构上经调整，例如借助滑键进行相对应的调整，那么甚至当使用无缺口或至少在接触表面上无缺口的芯棒时，现有技术已知的部段可继续被使用。

不言而喻，该发明所呈现的优势很容易延伸至挤压机，尤其是单螺杆挤压机或也双螺杆挤压机(如果它展现出先前所描述类型的螺杆)。

附图说明

基于示例性实施方式，且参考附图，下文与根据现有技术的设计进行比较，更加详细地解释该发明。附图示出：

图1为根据现有技术的具有两个滑键的芯棒的示意性横截面，以及，

图2为具有两个力矩随动件(每个在无缺口接触表面上)的芯棒的示例性发明结构的类比视图。

具体实施方式

根据现有技术的芯棒1，如图1所示，大体上主要由圆柱形固体材料组成。因此，在横截面内，现有技术的芯棒1与理论圆形外围2(为了更好的识别，在稍远距离处画出)共形。但是，现有技术中，两个滑键槽3(示例性编号)被安装于芯棒1的圆周上，从而在横截面内，现有技术的芯棒1相对螺杆轴线4点对称。

常规滑键5插置于每个滑键槽3中。根据现有技术，滑键径向向外伸出芯棒1的圆形外围2之外，在组装的螺杆(未描绘)中，它与部段(未描绘)的内部以强制联锁的方式协作且保证力矩随动。

在滑键槽3中，滑键5倚靠含缺口的接触表面6：在含缺口的接触表面6中现有技术的芯棒1的横截面因而由两个大体上笔直的轮廓(但是，其在它们之间展现出凹形角7)组成。在不同情况下，由于缺口效果，此处存在高应力峰值。在从圆弧段9至含缺口接触表面6的过渡的一侧上还存在直角8，直角8将同样引起非期望的高应力集中。

与它进行对比的发明实施方式(见图2)还由芯棒(但是是无缺口的芯棒10)和两个楔形滑键11(示例性编号)组成。

无缺口芯棒10，严格来说：具有无缺口接触表面的芯棒展现出具体数量的圆弧段12、13，此处确切地为两个圆弧段12、13，以及之间的两个、此处确切地为两个弦14、15。

因此，无缺口芯棒10为双轴对称。

此外，无缺口芯棒10未展现出凹形区或直角或钝角。相反，它仅仅由两个圆弧段12、13，两个正好的直弦14、15和钝角的过渡16(示例性编号)组成。

两个弦14、15作为两个楔形滑键11的无缺口接触表面17(示例性编号)。

如现有技术已知的，无缺口芯棒10需要用于从芯棒至螺杆部段的、力矩的强制连锁过渡的滑键。

两个楔形滑键11会确保形成这样的配置。

每个楔形滑键11展现出第一平端18和第二升高端19。

在第一外部外形轮廓20中，楔形滑键11的第一平端18优选地具有弧形轮廓，即接着理论圆形外围(此处未描绘)而继续，圆弧段12、13与该理论圆形外围共形。仅仅在另一个、第二外部外形轮廓21中，楔形滑键11在横截面上从圆形外围之外继续向外，且相对部段提供力矩随动。

螺杆的发明设计的无缺口芯棒10不仅仅比根据现有技术的芯棒1明显地更加稳定；它还可更加容易和低成本地获得。此外，利用楔形滑键11的几何结构的技术性选择，可获得无缺口芯棒10和楔形滑键11的总体结构的外部外形(与具有滑键5的现有技术的芯棒1的总体外部外形相同或至少大致相同)。因此，已经现存的螺杆部段可结合新发明的无缺口芯棒10以及它的楔形滑键11使用。

应明确指出，在横截面上，力矩随动件还可配置或安置为相反方向上的旋转进行力矩随动。因此，示例性实施方式提供四个力矩随动件，优选地，其在横截面内是相同的，或以其他环绕方式布置，从而它们配置为用于两个力矩旋转方向的随动。

所用参考符号列表：

1. 根据现有技术的芯棒

2. 圆形外围

3. 滑键槽

4. 螺杆轴线

5. 滑键

6. 含缺口的接触表面

7. 凹形倒角

8. 直角

9. 圆弧段

10. 无缺口芯棒

11. 楔形滑键

12. 圆弧段

13. 圆弧段

14. 弦

15. 弦

16. 钝角过渡

17. 无缺口的接触表面

18. 第一平端

19. 第二升高端

20. 第一外部外形轮廓

21. 第二外部外形轮廓