用于借助螺杆机处理物料的处理元件的制作方法

本发明涉及用于借助螺杆机处理物料的处理元件。本发明进一步涉及包括这种处理元件的螺杆机。

背景技术：

1、由ep 1508424 a1(对应于us2005/0041521 a1)已知一种螺杆式挤出机，其包括壳体和仿形轴，该仿形轴上布置有处理元件。在进料区，输送元件或螺杆元件作为处理元件布置在仿形轴上。在输送方向上位于进料区下游的混合-捏合区中，捏合块作为处理元件布置在仿形轴上，用于熔化和均质化待加工物料。捏合块均包括彼此形成为一体的几个捏合盘。在混合-捏合区下游形成的压力积聚区中，螺杆元件再次作为处理元件布置在仿形轴上。

2、待加工物料在混合-捏合区中熔化。在那里，处理元件和相关的轴经受高负荷，这会导致处理元件、轴和外壳的高磨损，并缩短其使用寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于借助螺杆机处理物料的处理元件，该处理元件磨损低且使用寿命长。

2、该目的通过一种用于借助螺杆机处理物料的处理元件来实现，其包括输送段和熔化段，该熔化段在输送方向上布置在输送段的下游，并且与输送段连接成一体。处理元件用于借助螺杆机处理和/或熔化物料，特别是塑料材料。输送段特别地包括输送元件或螺杆元件，以输送待加工物料。熔化段特别地包括至少一个捏合盘。至少一个捏合盘用以将能量引入待加工物料和/或熔化待加工物料。处理元件特别地设计为组合处理元件，这是因为输送段和熔化段的一体式设计结合了输送和熔化的功能。特别地，处理元件包括用于将处理元件紧固在螺杆机的仿形轴上的仿形通孔。

3、由于输送段和熔化段的一体式配置，尽管高负荷，输送段和熔化段之间不会产生材料或物料熔体可以渗透的间隙。由于一体式配置，因此减小了处理元件以及相关的仿形轴上的特定负荷，即每单位面积的负荷。而且，在输送段和熔化段之间的关键通道处增加了处理元件的刚度，从而减少了在螺杆机运行过程中处理元件的相对运动和变形。这减少了磨损并增加了使用寿命。特别地，可以降低轴断裂的风险。

4、如下的一种处理元件确保了低磨损和长使用寿命：熔化段包括数量为n的捏合盘的处理元件确保了低磨损和长使用寿命，其中：1≤n≤7，特别是2≤n≤6，并且特别是3≤n≤5。熔化段是一体形成的。特别地，多个捏合盘彼此连接成一体。如果熔化段具有多个相互连接的捏合盘，则在螺杆机运行期间熔化段中发生的负荷分布在多个捏合盘上。各个捏合盘可以是单刮板至四刮板设计。优选地，捏合盘具有两个或三个刮板。熔化段的捏合盘可以配置为几何上相同和/或几何上不同。

5、如下的一种处理元件确保了低磨损和长使用寿命：熔化段包括在输送方向上相继布置的至少两个捏合盘，并且至少两个捏合盘的各自第一侧面和/或各自第二侧面具有相对于彼此的偏斜角c，其中：0°≤c≤90°，特别是15°≤c≤75°，并且特别是30°≤c≤60°。每个捏合盘具有第一侧面和第二侧面，第一侧面相对于输送方向向上游定向，第二侧面相对于输送方向向下游定向。紧接着布置的两个捏合盘在其第一侧面和/或第二侧面上相对于彼此具有偏斜角c，使得捏合盘的布置促进了物料的输送。通过偏斜角c可以调整物料在熔化段中的停留时间，并因此一方面调节能量输入或熔化，另一方面调节负荷。

6、如下的一种处理元件确保了低磨损和长使用寿命：熔化段包括在第一侧面和第二侧面之间扭转的至少一个捏合盘。每个捏合盘具有第一侧面和第二侧面，第一侧面相对于输送方向向上游定向，第二侧面相对于输送方向向下游定向。第一侧面相对于第二侧面偏移了扭转角d，使得捏合盘从第一侧面扭转到第二侧面。如果处理元件布置在螺杆机的相关仿形轴上，则这减少了各个处理元件上的负荷。在多轴蜗杆机的外壳中形成了至少两个相交的外壳孔，使得该外壳形成了至少一个近似三角形区域。该近似三角形区域是由相交的至少两个外壳孔形成的锥形外壳区域。扭转角防止待加工物料陷入近似三角形区域。扭转角产生了输送效果。扭转角产生了作用在物料上的轴向冲量，并因此产生优选的方向，使得较低的力作用在近似三角形区域中的物料上，并因此也作用在处理元件上，这导致较小的应力和较小的损伤。而且，扭转角同时减小了包围在近似三角形区域中的物料的体积。通过降低作用在近似三角形区域中的力，减小了作用在处理元件和相关的轴上的应力，特别是弯矩和/或扭矩。多轴蜗杆机的处理元件轴的振动得以减少，从而减少和/或避免对轴上的外壳和/或处理元件的磨损和损坏。

7、如下的一种处理元件确保了低磨损和长使用寿命：至少一个捏合盘在第一侧面和第二侧面之间具有扭转角d，其中：0°≤d≤30°，特别是5°≤d≤25°，并且特别是10°≤d≤20°。如果熔化段包括几个捏合盘，则单个捏合盘或所有捏合盘可具有扭转角d。捏合盘的扭转角可以相同和/或不同。

8、如下的一种处理元件确保了低磨损和长使用寿命：至少一个捏合盘具有螺距pa和外径daa，其中：5≤pa/daa≤10，特别是6≤pa/daa≤9，并且特别是7≤pa/daa≤8。由于至少一个捏合盘的扭转，捏合盘的各自轮廓在输送方向上定义了螺线。该螺线在输送方向上以一整圈(即，360°的角度)定义螺距pa。螺距pa也称为导程。在多轴蜗杆机中，螺距pa同外径daa的比值减小了成对布置的相邻处理元件之间的近似三角形区域中的负荷。扭转角d由各自捏合盘的螺距pa和宽度la产生。

9、如下的一种处理元件确保了低磨损和长使用寿命：熔化段包括在输送方向上相继布置的至少两个捏合盘，并且布置在下游的捏合盘的第一侧面相对于布置在上游的捏合盘的第二侧面具有偏斜角e，其中：5°≤e≤70°，特别是10°≤e≤55°，并且特别是15°≤e≤40°。每个捏合盘具有第一侧面和第二侧面，第一侧面相对于输送方向向上游定向，第二侧面相对于输送方向向下游定向。在布置在上游的捏合盘的第二侧面和布置在下游的捏合盘的第一侧面之间，直接相继布置的两个捏合盘相互连接。偏斜角e形成在布置在上游的捏合盘的第二侧面和布置在下游的捏合盘的第一侧面之间。特别地，以下应用于偏斜角e：e＝b-d，其中b表示两个连续捏合盘的第一侧面和/或第二侧面之间的偏斜角，并且d表示布置在上游的捏合盘的扭转角。偏斜角e可以促进物料的输送。这会影响物料在熔化段中的停留时间。偏斜角e一方面影响或调整能量输入和熔化，另一方面影响或调整处理元件上的负荷。

10、如下的一种处理元件确保了低磨损和长使用寿命：熔化段包括具有宽度la和外径daa的至少一个捏合盘，其中：0.1≤la/daa≤0.4，特别是0.15≤la/daa≤0.35，并且特别是0.2≤la/daa≤0.3。宽度la与输送方向有关。捏合盘的数量和/或宽度la同外径daa的比值一方面影响输入到物料的能量和物料的熔化，另一方面影响处理元件上的负荷。熔化段包含的捏合盘越多和/或各捏合盘越宽，处理元件就越硬、越坚固。

11、如下的一种处理元件确保了低磨损和长使用寿命：熔化段包括具有尖端倒角的至少一个捏合盘。各捏合盘具有若干边缘。第一圆周边缘布置在相对于输送方向向上游定向的第一侧面和圆周侧面之间。相应地，第二圆周边缘布置在相对于输送方向向下游定向的第二侧面和圆周侧面之间。第三边缘可以布置在圆周侧面上，且横向延伸至第一边缘和/或第二边缘。例如，在多刮板捏合盘的情况下，边缘在各自的波峰区域和相邻的牙侧区域之间延伸。尖端倒角减小了各捏合盘的体积，因此，作为回报，增加了螺杆机的外壳孔中的自由体积。通过增加自由体积，减小了物料在处理元件和相关的仿形轴上的负荷。特别地，增加了近似三角形区域中的自由体积，从而减小了近似三角形区域中的负荷。尖端倒角特别地设计为斜角和/或倒圆角。优选地，尖端倒角延伸超过各边缘的长度的至少25％，特别是至少50％，并且特别是至少75％。优选地，各捏合盘的圆周侧面可以无边地形成。捏合盘的这种轮廓也称为渐开线轮廓，或者该捏合盘称为渐开线捏合盘。例如，参考wo 2011/039016a1，在wo 2011/039016 a1中公开了这种轮廓。

12、如下的一种处理元件确保了低磨损和长使用寿命：输送段具有螺距pf和外径daf，其中：0.75≤pf/daf≤2，特别是1≤pf/daf≤1.75，特别是1.25≤pf/daf≤1.5。优选地，输送段包括输送元件或螺杆元件。输送段或输送元件的轮廓特别设计为单到四刮板，最好是双刮板或三刮板。输送段或输送元件的轮廓定义了输送方向上的螺线。该螺线以一整圈(即，360°的角度)定义了螺距pf。螺距pf也称为导程。输送段的输送效果由螺距pf同外径daf的比值调节。输送效果决定了单位时间内供应至熔化段的物料量。因此，螺距pf同外径daf的比值用于调节输送段和熔化段之间的过渡区中的负荷。输送段可以具有埃德门格(erdmenger)轮廓、推刺刃口(thrust edge)轮廓和/或渐开线轮廓。

13、如下的一种处理元件确保了低磨损和长使用寿命：输送段具有长度lf和螺距pf，其中：0.2≤lf/pf≤1.5，特别是0.3≤lf/pf≤1.2，并且特别是0.4≤lf/pf≤0.9。长度lf与输送方向有关。输送段的轮廓在输送方向上定义了螺线。螺线在一整圈(在360°的角度)时具有螺距pf，。螺距pf也称为导程。输送段的输送效果由长度lf同螺距pf的比值进行调整。因此，调整了输送段和熔化段之间的过渡区中的负荷。

14、如下的一种处理元件确保了低磨损和长使用寿命：输送段和熔化段相对于彼此具有偏斜角b，其中：0°≤b≤90°，特别是5°≤b≤45°，并且特别是10°≤b≤15°。输送段和熔化段之间的过渡区中的输送效果和负荷由偏斜角b调整。熔化段特别地具有相对于输送方向向上游定向的第一侧面。相反，输送段特别地具有相对于输送方向向下游定向的第二侧面。熔化段的第一侧面特别地与输送段的第二侧面连接成一体，其中在输送段的第二侧面和熔融段的第一侧面之间形成了偏斜角b。优选地，偏斜角b形成在输送段的输送元件的第二侧面和熔融段的捏合盘的第一侧面之间。以下特别地适用于偏斜角b：0°≤b≤5°，特别是0°≤b≤1°，并且特别是b＝0°。

15、如下的一种处理元件确保了低磨损和长使用寿命：包括支撑段，该支撑段在输送方向上布置在熔化段的下游并且与熔化段连接成一体。支撑段减少了处理元件的径向运动。这减少了磨损和可能的损坏，并增加了处理元件的使用寿命。该支撑段确保熔化段根据其功能使用。此外，增加了处理元件的刚度。作用在处理元件上的负荷在处理元件的长度上分布得更好。

16、优选地，支撑段具有第一侧面，其相对于输送方向向上游定向并连接至熔化段。优选地，熔化段具有第二侧面，其相对于输送方向向下游定向并连接至支撑段。在熔化段的第二侧面和支撑段的第一侧面之间形成了偏斜角f，其中：-90°≤f≤90°，特别是-45°≤f≤45°，特别是-15°≤f≤15°，特别是-5°≤f≤5°，并且特别是-1°≤f≤1°，特别是f＝0°。正偏斜角f是相对于预定义旋转方向的偏斜角。正偏移角具有促进作用。相反，负偏斜角f是预定义旋转方向上的偏斜角。负偏斜角具有抑制作用。根据待加工物料，物料在熔化后可能需要输送或背压。优选地，偏斜角f形成在熔化段的捏合盘的第二侧面和支撑段的捏合盘的第一侧面之间。优选地，偏斜角f等于偏斜角e。

17、如下的一种处理元件确保了低磨损和长使用寿命：支撑段包括至少一个捏合盘，其特别地是未扭转的。支撑段包括数量为n的捏合盘，其中特别地：1≤m≤4，并且特别地2≤m≤3。捏合盘可以是单刮板至四刮板设计，优选地，该捏合盘是双刮板或三刮板设计。捏合盘可以具有相同和/或不同的设计。

18、优选地，支撑段包括在输送方向上相继布置的至少两个捏合盘。每个捏合盘包括第一侧面和第二侧面，第一侧面相对于输送方向向上游定向，第二侧面相对于输送方向向下游定向。偏斜角g形成在至少两个捏合盘的第一侧面和/或第二侧面之间，其中：0°≤g≤180°，特别是15°≤g≤120°，特别是30°≤g≤90°。

19、至少一个捏合盘优选是未扭转或不扭转的。优选地，支撑段的每个捏合盘或支撑段的所有捏合盘均未是扭转或不扭转的。扭转角因此为0°。每个捏合盘具有第一侧面和第二侧面，第一侧面相对于输送方向向上游定向，第二侧面相对于输送方向向下游定向。各捏合盘的第一侧面和第二侧面因此彼此是一致的和/或并无扭转角。

20、如下的一种处理元件确保了低磨损和长使用寿命：支撑段包括具有宽度ls和外径das的至少一个捏合盘，其中：0.05≤ls/das≤0.5，特别是0.1≤ls/das≤0.35，并且特别是0.15≤ls/das≤0.2。宽度ls与输送方向有关。如果支撑段具有若干捏合盘，则捏合盘可具有相同的宽度ls和/或不同的宽度ls。优选地，如输送方向上所见的支撑段的最后捏合盘的宽度ls小于支撑段的上游捏合盘的宽度ls。结果，如果另外的处理元件的下游捏合盘无偏移角地布置，则可以避免不希望的过大宽度。

21、如下的一种处理元件确保了低磨损和长使用寿命：熔化段具有外径daa并且支撑段具有外径das，其中daa<das，和/或输送段具有外径daf并且支撑段具有外径das，其中daf<das。熔化段和/或输送段的直径比支撑段的直径小。由于外径daa和/或外径daf相较于外径das得以减小，在熔化段和/或输送段的区域中的处理元件上的负荷得以减小。同时，支撑段由于较大的外径das而提供了高的支撑效果，从而减少了处理元件的径向运动。

22、熔化段的外径daa可以沿熔化段的长度或相对于熔化段的连续布置捏合盘是恒定的和/或在输送方向上增加和/或在输送方向上减小。外径daa可以沿熔化段的长度连续地和/或不连续地变化。

23、输送段的外径daf可以沿输送段的长度或者相对于输送段的连续布置的输送元件是恒定的，和/或在输送方向上增加和/或在输送方向上减小。外径daf沿输送段的长度可以连续地和/或不连续地变化。

24、优选地，间隔元件布置在输送段和熔化段之间和/或熔化段和支撑段之间。间隔元件与输送段和熔化段连接成一体或与熔化段和支撑段连接成一体。优选地，间隔元件布置在熔化段的至少两个捏合盘之间和/或支撑段的至少两个捏合盘之间。间隔元件一体式连接到捏合盘。例如，间隔元件的横截面是圆形的，或者根据输送段和/或熔化段和/或支撑段的轮廓进行配置。以下内容适用于间隔元件的外径dad：dad<daf和/或dad<daa和/或dad<das。优选地，以下适用于相对于输送方向的各间隔元件的宽度ld：0<ld/dad≤0.1，并且特别是0.01≤ld/dad≤0.02。由于间隔元件，不管制造间隙如何，至少两个处理元件轴可以在至少两个外壳孔中相对于彼此自由旋转。间隔元件的内径优选地大于至少两个捏合盘的内径。

25、本发明的另一目的是提供一种用于处理物料的螺杆机，其磨损低并且使用寿命长。

26、该目的通过一种用于处理物料的螺杆机实现，包括外壳、形成在外壳中的至少一个外壳孔，以及布置在至少一个外壳孔中的至少一个处理元件轴，其中至少一个处理元件轴包括根据本发明的至少一个处理元件。根据本发明的螺杆机的优势对应于所述处理元件的优势。优选地，螺杆机具有包括仿形轴的至少一个处理元件轴。根据本发明的至少一个处理元件布置在仿形轴上。相关的处理元件轴可旋转地布置在每个外壳孔中。

27、优选地，至少一个处理元件布置在螺杆机的熔化区和/或均质化区中。高负荷作用于熔化区和/或均质化区中，其被根据本发明的至少一个处理元件减小。优选地，根据本发明的至少一个处理元件包括至少一个捏合盘，并且布置在熔化区和/或均质化区中，使得根据本发明的至少一个处理元件相对于输送方向形成具有捏合盘的第一处理元件。换言之，优选地，并无不根据本发明的带有捏合盘的处理元件在熔化区和/或均质化区中布置在至少一个处理元件的上游。

28、优选地，螺杆机被设计为多轴蜗杆机，特别是作为双轴蜗杆机。特别地，多轴蜗杆机具有形成在外壳中的至少两个外壳孔。至少两个外壳孔彼此相交。结果，至少两个外壳孔形成水平八字形的形状，特别是在横截面中。多轴蜗杆机包括至少两个处理元件轴，其均特别地包括仿形轴，每个轴上布置有根据本发明的至少一个处理元件。多轴蜗杆机设计为沿相同方向旋转，即，至少两个处理元件轴沿相同的旋转方向旋转。优选地，至少两个处理元件轴被设计和/或布置成彼此紧密啮合。优选地，每个处理元件轴具有根据本发明的至少一个处理元件，其相对于输送方向布置在相同的位置。

29、至少一个外壳孔具有直径d。输送段具有外径daf，其中：0.8≤daf/d<1，特别是0.9≤daf/d≤0.99，并且特别是0.95≤daf/d≤0.98。

30、熔化段具有外径daa，其中特别地：0.8≤daa/d<1，特别是0.9≤daa/d≤0.99，并且特别是0.95≤daa/d≤0.98。

31、支撑段具有外径das，其中特别地：0.95≤das/d<1，特别是0.98≤das/d≤0.998，并且特别是0.99≤das/d≤0.995。

32、优选地，以下适用：daf/d<das/d和/或daa/d<das/d。