該發(fā)明涉及用于在擠壓機(jī)中使用的螺桿以及具備此類螺桿的擠壓機(jī)。

尤其是，該發(fā)明涉及用于在雙螺桿擠壓機(jī)中使用的螺桿和雙螺桿擠壓機(jī)。

背景技術(shù)：

螺桿通常具有模塊化設(shè)計(jì)。因此，它們可十分靈活地適應(yīng)變化的任務(wù)和產(chǎn)品特性。螺桿的模塊化構(gòu)建形成桿狀核心，即所謂芯棒，實(shí)踐中還常常以軸心或軸承軸心指代，和推動到芯棒上的單個螺桿元件。元件在擠壓過程中執(zhí)行螺桿的典型功能，如輸送、混捏、混合或剪切待傳遞和遞送的塑料。

為了傳送高發(fā)力矩，元件以強(qiáng)制連鎖的方式連接至芯棒，并且還軸向支撐。

DE 10 2008 028 289 A1公開了一種螺桿，其中力矩經(jīng)由齒輪從部段傳送至前端的部段。

DE 103 30 530 A1描述一種軸心，其上焊有套筒。多個部段被串連至止擋件。DE 10 2011 112 148 A1、DE 10 2004 042 746 B4和DE 196 21 571 C2分別公開螺桿部段和芯棒之間的特殊齒輪。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明基于提供相較于現(xiàn)有技術(shù)的替代或改進(jìn)的目標(biāo)。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，這個目標(biāo)利用在擠壓機(jī)中使用的螺桿實(shí)現(xiàn)，由此螺桿展現(xiàn)芯棒和固定在芯棒上且彼此軸向安置的多個部段，由此，單獨(dú)的力矩隨動件(Momentenmitnehmer)被安置于芯棒和一個部段之間，并且由此力矩隨動件在芯棒的接觸表面與芯棒相接觸，由此螺桿的特征在于芯棒的接觸表面是低缺口，或優(yōu)選地?zé)o缺口。

就術(shù)語而言，解釋以下內(nèi)容：

“部段”為螺桿的那些部件，其實(shí)現(xiàn)用于塑料(與擠壓機(jī)的機(jī)筒協(xié)同或在雙螺桿擠壓機(jī)的情況下，還與第二螺桿的部段協(xié)同而通過擠壓機(jī)傳遞)塑化的螺旋通道或螺旋通道的數(shù)量。

在不同情況下，兩個軸向相鄰的部段在它們的部段邊界間接或直接地彼此軸向相碰撞。部段之間所得的狹槽(因此，最簡單的情況下為圓形環(huán))必須被密封，以防止塑料熔體進(jìn)入內(nèi)部，即至芯棒。為了實(shí)現(xiàn)這個，部段一般軸向被支撐著。負(fù)法向力提供足夠的密封。

“力矩隨動件”必須與至少一個部段協(xié)作。當(dāng)在芯棒的部段上，或在二者上為螺桿加載力矩時(shí)，力矩隨動件至少在很大程度上在部段和芯棒之間傳遞力矩。此外，力矩可從一個部段傳遞至軸向相鄰的第二部段。

這樣做，力矩隨動件本身未與第一或第二部段一體化，但是組裝的螺桿的單獨(dú)元件。

力矩隨動件可由多個單獨(dú)部分組成，或它可僅為一部分。

通常來說，應(yīng)明確指出，如果從各自上下文來看，未明確或暗示性明顯地或?qū)τ诒绢I(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見，不定冠詞和數(shù)，例如一、二等僅僅可意指或旨在意指“確切的一個……”、“確切的兩個……”等，在這個專利申請的范圍內(nèi)，其應(yīng)當(dāng)是被理解為“至少”的陳述，即“至少一個……”、“至少兩個……”等。芯棒的“接觸表面”為力矩隨動件倚靠的表面，一般而非必需地，具備盡可能大的面積。因此，接觸表面為這樣的表面，當(dāng)應(yīng)用力矩時(shí)，即當(dāng)芯棒相對螺桿機(jī)筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，所需的偏心力，即使得多部段同時(shí)旋轉(zhuǎn)所需的力矩經(jīng)由該表面?zhèn)魉椭敛慷?，施加了足以移動熔?操作期間在擠壓機(jī)內(nèi))的、與它的慣性力相反的力。

簡單而言，大多情況下，當(dāng)以橫截面觀察螺桿時(shí)，芯棒的橫截面和部段的徑向向內(nèi)開口的橫截面之間存在至少一個凹槽。為了形成功能性螺桿，具體來說，這是力矩隨動件必須裝入的凹槽。

應(yīng)明確指出，并非必須存在完整的表面“接觸”。相反，如果芯棒和力矩隨動件之間存在多，優(yōu)選地，大量離散點(diǎn)狀或線性的接觸，這也是足夠的。因此在接觸表面上也可具有更小的缺口。然而，通常來說，應(yīng)指出的是在芯棒和力矩隨動件這兩者上的動態(tài)應(yīng)力越小，力矩隨動件和芯棒之間在其接觸表面的接觸越廣，和/或接觸表面更加接近達(dá)到完全無缺口的理想狀況。

對于現(xiàn)有技術(shù)已知的螺桿，該發(fā)明所呈現(xiàn)的第一方面現(xiàn)將芯棒的接觸表面設(shè)置為無缺口的。換言之，在接觸表面上的橫截面中，芯棒無缺口。

工程師掌握了創(chuàng)建設(shè)計(jì)所需的技術(shù)，而非物理學(xué)者。因此，只要工程師認(rèn)為至少大體上存在無缺口，更小的缺口仍應(yīng)被包括在術(shù)語“無缺口”中。

機(jī)械上，這形成了比現(xiàn)有技術(shù)所已知的更低的應(yīng)力。

在現(xiàn)有技術(shù)中，滑鍵通常設(shè)置于芯棒和作為力矩隨動件的部段之間。但是，獨(dú)立于現(xiàn)有技術(shù)中力矩隨動件的具體配置，當(dāng)主體承受拉伸、剪切或扭轉(zhuǎn)應(yīng)力時(shí)，缺口效應(yīng)一般發(fā)生于切入或缺口的主題體上。缺口效果形成于兩個機(jī)制下，即一方面為可利用應(yīng)力集中系數(shù)來描述的局部應(yīng)力集中，和另一方面為支撐效果，其描述了材料和應(yīng)力集中的特定減震行為抵消了在缺口處的應(yīng)力峰值。疲勞缺口系數(shù)為應(yīng)力集中系數(shù)和缺口敏感性的商。

可于DIN 743-2:軸心和軸的承載能力的計(jì)算，部分2：理論應(yīng)力集中系數(shù)和疲勞缺口系數(shù)中找到附加信息。

雖然擠壓機(jī)螺桿的構(gòu)造中至今所使用的幾何有意識地接受了芯棒上的缺口，以實(shí)現(xiàn)更安全的強(qiáng)制聯(lián)鎖連接，然而本申請呈現(xiàn)的發(fā)明有意識地采取相反的方法，且力求盡可能低的應(yīng)力集中系數(shù)。

為此，該發(fā)明尋求確保的是至少在缺口一般為強(qiáng)制性的地方，即在接觸表面上，芯棒的橫截面現(xiàn)在不再具有缺口。在本上下文中，“缺口”應(yīng)被理解為接觸表面內(nèi)橫截面的至少凹形輪廓。此處將避免以下事情，在橫截面中至少帶有角落。

由于芯棒在它的接觸表面上(即至少在接觸表面內(nèi)，但是優(yōu)選地還在接觸表面的邊界上)缺口少，尤其是無缺口，應(yīng)力峰值(在螺桿操作期間作用于芯棒上)十分明顯地降低。因此，可能的是，例如，實(shí)現(xiàn)具備先前已知材料的芯棒(會使得芯棒具有顯著更長的使用壽命)；或者，可用另一種材料制造芯棒，在此過程中，該材料可被設(shè)計(jì)為更加適用于現(xiàn)在現(xiàn)存的負(fù)載。

因此，本發(fā)明可選擇性地延長使用壽命或節(jié)省成本，或?qū)崿F(xiàn)二者。機(jī)器的性能也可得以增加。

根據(jù)該發(fā)明的第二方面，這個目標(biāo)利用被用于在擠壓機(jī)中的螺桿實(shí)現(xiàn)，由此螺桿展現(xiàn)芯棒和固定在芯棒上且彼此軸向安置的多個部段，由此，單獨(dú)的力矩隨動件被安置于芯棒和一個部段之間，并且由此力矩隨動件在芯棒的接觸表面與芯棒相接觸，由此芯棒展現(xiàn)與螺桿的縱向延伸的軸垂直且與接觸表面相交的橫截面，由此在橫截面上，芯棒展現(xiàn)小于2.0的應(yīng)力集中系數(shù)(根據(jù)DIN 743-2部分5)。優(yōu)選地，在橫截面上，芯棒展現(xiàn)小于1.75的應(yīng)力集中系數(shù)，優(yōu)選地，小于1.5，特別優(yōu)選地，不超過1.4，至多1.3或至多1.25。

對于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的芯棒的幾何結(jié)構(gòu)(此處具體根據(jù)圖1)，發(fā)明者的原型計(jì)算顯示出了表征為2.21至2.39的缺口的應(yīng)力集中系數(shù)α(阿爾法)。相比之下，根據(jù)該發(fā)明的示例性設(shè)計(jì)具有大約1.19至1.34的應(yīng)力集中系數(shù)阿爾法。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，這個目標(biāo)利用被用于在擠壓機(jī)中使用的螺桿實(shí)現(xiàn)，由此，螺桿展現(xiàn)芯棒和固定在芯棒上且彼此軸向安置的多個部段，由此單獨(dú)的力矩隨動件被安置于芯棒和一個部段之間，并且由此，力矩隨動件在芯棒的接觸表面與芯棒相接觸，由此，在芯棒的橫截面中的接觸表面的輪廓開始以第一正角相對圓形外圍偏離，由此，該第一角小于90°，并且，它再次以第二、同樣的正角與外圍會聚，由此多個負(fù)角的和小于90°，尤其是小于45°。最突出的是，負(fù)角的和可小于10°，尤其是0°。

在根據(jù)圖1的幾何結(jié)構(gòu)中，例如，負(fù)角的和為90°，即確切地為接觸表面的倒角的邊緣的-90°。在此版本中，兩個正角為：第一正角大約30°，第二正角確切地為90°。

在根據(jù)圖2的幾何結(jié)構(gòu)中，在另一方面，負(fù)角的和為零。兩個正角都大約為45°。

根據(jù)該發(fā)明的第四方面，這個目標(biāo)利用被用于在擠壓機(jī)中使用的螺桿而實(shí)現(xiàn)，由此螺桿展現(xiàn)芯棒和固定在芯棒上且彼此軸向安置的多個部段，由此單獨(dú)的力矩隨動件被安置于芯棒和一個部段之間，并且由此力矩隨動件在芯棒的接觸表面與芯棒相接觸，由此力矩隨動件正好利用輪廓的一側(cè)倚靠接觸表面。

在該技術(shù)領(lǐng)域中，另一方面，只有滑鍵的使用為已知，滑鍵利用兩側(cè)(見圖1)或三側(cè)倚靠于接觸表面。

通常來說，芯棒與圓形外圍在橫截面上部分同形是最簡單的。因此，芯棒可由具有圓形橫截面的軸心經(jīng)機(jī)器加工，尤其是銑削。

芯棒為軸心，其橫截面從圓形偏離，具體地，從理論圓形外圍，經(jīng)常是向內(nèi)部偏離。這是可制造出來的，例如，通過移除材料來重新加工最初在它的橫截面內(nèi)具有圓形橫截面的軸心。如果芯棒在橫截面內(nèi)的圓周上的各個部分盡可能很大程度上為圓形，即，在橫截面內(nèi)，芯棒與它的理論圓形外圍盡可能很大程度上部分的同形，例如，在其具體的、經(jīng)測量受控制的圓周的至少一半上，即使獨(dú)立于此處提出的芯棒的制造方法，生產(chǎn)會特別簡單。

提供與力矩隨動件越大的接觸表面，與圓形外圍部分地共形的圓周部分將傾向于變小。

以鈍角從外圍偏離的接觸表面已經(jīng)幫助減少芯棒的應(yīng)力峰值。

“鈍角”為大于pi/2的角度，但小于pi，因此度數(shù)為大于90°，但小于180°。

這個特征應(yīng)被理解為意指，當(dāng)以橫截面觀察從芯棒的理論圓形外圍至接觸表面的過渡時(shí)，接觸表面僅僅以鈍角相對于外圍偏離。

在發(fā)明者的計(jì)算中，芯棒的幾何結(jié)構(gòu)十分具有前景，其中接觸表面為芯棒的橫截面上兩個圓弧段之間的弦。

數(shù)學(xué)幾何上，“弦”是橫截面上圓弧段的兩端之間的最短連接。但是，應(yīng)指出，它并不一定必須是數(shù)學(xué)上的理想的弦。相反地，現(xiàn)有的技術(shù)人員、機(jī)械工程師應(yīng)意識到，從直接的直弦的微小偏離仍將能夠充分滿足發(fā)明的方面。

兩個圓弧段(弦被置于其之間，以形成接觸表面)，可彼此分離，從而在芯棒的橫截面上的圓弧段之間存在至少另一個從圓弧形狀的偏離。然而，在所考慮的橫截面上還可存在圓形外圍的另外的連續(xù)圓弧段，由此在橫截面中只有僅僅一個弦，從而可在芯棒和在該所考慮的橫截面中的至少一個部段之間僅安裝一個力矩隨動件。

為了使負(fù)載盡可能均勻分布于芯棒內(nèi)，提出芯棒在橫截面上是鏡面對稱的，尤其是雙鏡面對稱的。

已經(jīng)指出，多個力矩隨動件可繞一個橫截面上的芯棒的圓周設(shè)置。這也使得芯棒的應(yīng)力減少，因?yàn)檎麄€需要的力矩經(jīng)由多個離散連接而引入到芯棒的橫截面中，即所考慮橫截面上的多個力矩隨動件。因此，盡管扭轉(zhuǎn)應(yīng)力可同時(shí)增加，每個單個力矩隨動件的每個單個接觸表面上的最大期望表面壓力減少。

在橫截面上，力矩隨動件可展現(xiàn)為楔形，由此該楔形可在細(xì)節(jié)上表現(xiàn)為多種多樣的不同形式，即具有至少一個部分的圓邊，或否則由此在不同的情況下應(yīng)存在第一平端和相對于該一端的平度升高的另一端。因此，螺桿的橫截面內(nèi)楔形不再是鏡面對稱的，這在螺桿部段朝向內(nèi)部的、適合的相反設(shè)計(jì)中必然會引起力矩隨動。

然而，優(yōu)選地，各種力矩隨動件呈現(xiàn)在螺桿的一個橫截面上且相對螺桿的中心軸線而言是點(diǎn)對稱的；然而，它們并非鏡像對稱，而是就理論鏡軸線而言是不對稱的。不對稱使得推動芯棒和部段之間的瞬時(shí)驅(qū)動特別簡單。點(diǎn)對稱允許應(yīng)力盡可能均勻分布在芯棒內(nèi)。

也可設(shè)計(jì)成其中一個或多個力矩隨動件為彼此鏡像對稱。

也可設(shè)計(jì)為使得橫截面上的多個力矩隨動件具有以上所描述的對稱特征的設(shè)計(jì)，但并不是所有的力矩隨動件都具有這種設(shè)計(jì)。例如，對于隨動而言，一個或多個力矩隨動件可布置于相反旋轉(zhuǎn)方向上。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，這個目標(biāo)可利用轉(zhuǎn)換擠壓機(jī)螺桿的方法實(shí)現(xiàn)，由此螺桿展現(xiàn)芯棒和固定于芯棒上且彼此軸向安置、具備密封部段邊界的多個部段，由此，單獨(dú)的力矩隨動件被安置于芯棒和一個部段之間，由此，力矩隨動件在芯棒的接觸表面上與芯棒相接觸，由此，該方法包括以下步驟：(a)從芯棒去除部段，例如通過從芯棒軸向地推動部段；和(b)利用力矩隨動件推動部段至芯棒上，由此，力矩隨動件在芯棒的接觸表面上與芯棒相接觸，且由此，芯棒的接觸表面無缺口。

發(fā)明所呈現(xiàn)的第二方面已認(rèn)識到如果只有力矩隨動件在幾何結(jié)構(gòu)上經(jīng)調(diào)整，例如借助滑鍵進(jìn)行相對應(yīng)的調(diào)整，那么甚至當(dāng)使用無缺口或至少在接觸表面上無缺口的芯棒時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)已知的部段可繼續(xù)被使用。

不言而喻，該發(fā)明所呈現(xiàn)的優(yōu)勢很容易延伸至擠壓機(jī)，尤其是單螺桿擠壓機(jī)或也雙螺桿擠壓機(jī)(如果它展現(xiàn)出先前所描述類型的螺桿)。

附圖說明

基于示例性實(shí)施方式，且參考附圖，下文與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)進(jìn)行比較，更加詳細(xì)地解釋該發(fā)明。附圖示出：

圖1為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有兩個滑鍵的芯棒的示意性橫截面，以及，

圖2為具有兩個力矩隨動件(每個在無缺口接觸表面上)的芯棒的示例性發(fā)明結(jié)構(gòu)的類比視圖。

具體實(shí)施方式

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的芯棒1，如圖1所示，大體上主要由圓柱形固體材料組成。因此，在橫截面內(nèi)，現(xiàn)有技術(shù)的芯棒1與理論圓形外圍2(為了更好的識別，在稍遠(yuǎn)距離處畫出)共形。但是，現(xiàn)有技術(shù)中，兩個滑鍵槽3(示例性編號)被安裝于芯棒1的圓周上，從而在橫截面內(nèi)，現(xiàn)有技術(shù)的芯棒1相對螺桿軸線4點(diǎn)對稱。

常規(guī)滑鍵5插置于每個滑鍵槽3中。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，滑鍵徑向向外伸出芯棒1的圓形外圍2之外，在組裝的螺桿(未描繪)中，它與部段(未描繪)的內(nèi)部以強(qiáng)制聯(lián)鎖的方式協(xié)作且保證力矩隨動。

在滑鍵槽3中，滑鍵5倚靠含缺口的接觸表面6：在含缺口的接觸表面6中現(xiàn)有技術(shù)的芯棒1的橫截面因而由兩個大體上筆直的輪廓(但是，其在它們之間展現(xiàn)出凹形角7)組成。在不同情況下，由于缺口效果，此處存在高應(yīng)力峰值。在從圓弧段9至含缺口接觸表面6的過渡的一側(cè)上還存在直角8，直角8將同樣引起非期望的高應(yīng)力集中。

與它進(jìn)行對比的發(fā)明實(shí)施方式(見圖2)還由芯棒(但是是無缺口的芯棒10)和兩個楔形滑鍵11(示例性編號)組成。

無缺口芯棒10，嚴(yán)格來說：具有無缺口接觸表面的芯棒展現(xiàn)出具體數(shù)量的圓弧段12、13，此處確切地為兩個圓弧段12、13，以及之間的兩個、此處確切地為兩個弦14、15。

因此，無缺口芯棒10為雙軸對稱。

此外，無缺口芯棒10未展現(xiàn)出凹形區(qū)或直角或鈍角。相反，它僅僅由兩個圓弧段12、13，兩個正好的直弦14、15和鈍角的過渡16(示例性編號)組成。

兩個弦14、15作為兩個楔形滑鍵11的無缺口接觸表面17(示例性編號)。

如現(xiàn)有技術(shù)已知的，無缺口芯棒10需要用于從芯棒至螺桿部段的、力矩的強(qiáng)制連鎖過渡的滑鍵。

兩個楔形滑鍵11會確保形成這樣的配置。

每個楔形滑鍵11展現(xiàn)出第一平端18和第二升高端19。

在第一外部外形輪廓20中，楔形滑鍵11的第一平端18優(yōu)選地具有弧形輪廓，即接著理論圓形外圍(此處未描繪)而繼續(xù)，圓弧段12、13與該理論圓形外圍共形。僅僅在另一個、第二外部外形輪廓21中，楔形滑鍵11在橫截面上從圓形外圍之外繼續(xù)向外，且相對部段提供力矩隨動。

螺桿的發(fā)明設(shè)計(jì)的無缺口芯棒10不僅僅比根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的芯棒1明顯地更加穩(wěn)定；它還可更加容易和低成本地獲得。此外，利用楔形滑鍵11的幾何結(jié)構(gòu)的技術(shù)性選擇，可獲得無缺口芯棒10和楔形滑鍵11的總體結(jié)構(gòu)的外部外形(與具有滑鍵5的現(xiàn)有技術(shù)的芯棒1的總體外部外形相同或至少大致相同)。因此，已經(jīng)現(xiàn)存的螺桿部段可結(jié)合新發(fā)明的無缺口芯棒10以及它的楔形滑鍵11使用。

應(yīng)明確指出，在橫截面上，力矩隨動件還可配置或安置為相反方向上的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行力矩隨動。因此，示例性實(shí)施方式提供四個力矩隨動件，優(yōu)選地，其在橫截面內(nèi)是相同的，或以其他環(huán)繞方式布置，從而它們配置為用于兩個力矩旋轉(zhuǎn)方向的隨動。

所用參考符號列表：

1. 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的芯棒

2. 圓形外圍

3. 滑鍵槽

4. 螺桿軸線

5. 滑鍵

6. 含缺口的接觸表面

7. 凹形倒角

8. 直角

9. 圓弧段

10. 無缺口芯棒

11. 楔形滑鍵

12. 圓弧段

13. 圓弧段

14. 弦

15. 弦

16. 鈍角過渡

17. 無缺口的接觸表面

18. 第一平端

19. 第二升高端

20. 第一外部外形輪廓

21. 第二外部外形輪廓