專(zhuān)利名稱(chēng)：擠出塑性材料的螺桿元件、螺桿元件的應(yīng)用及擠出的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于具有成對(duì)同向轉(zhuǎn)動(dòng)的且成對(duì)精確去除(abschaben)的螺桿輪廓 (Schneckenprofil)的多軸螺桿擠出機(jī)的新型螺桿元件，所述螺桿元件在多軸螺桿擠出機(jī) 中的應(yīng)用以及用于擠出塑性材料的方法。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)期以來(lái)已經(jīng)公知了同向轉(zhuǎn)動(dòng)的其轉(zhuǎn)子彼此被精確地去除的雙軸機(jī)器 或者必要時(shí)為多軸機(jī)器。以下公開(kāi)物[1] (=Kohlgrueber =Der gleichlaeufige Doppelschneckenextruder, Hanser出版，慕尼黑，2007年)給出了關(guān)于這種螺桿擠出機(jī)的 全面的概述。在聚合物制造和聚合物加工中，基于精確去除的輪廓的原理的螺桿擠出機(jī)已經(jīng)歷 了多種應(yīng)用。這尤其是基于聚合物熔體粘附在表面上并且在通常的加工溫度的情況下隨 著時(shí)間的過(guò)去而退化，這通過(guò)精確去除的螺桿的自清潔的作用來(lái)抑制。用于生成精確去除 的螺桿輪廓的規(guī)則例如在公開(kāi)物[1]的第96-109頁(yè)上示出。在此，也描述的是雙螺桿擠 出機(jī)的第1軸上的預(yù)給定的螺桿輪廓確定了雙螺桿擠出機(jī)的第2軸上的螺桿輪廓。雙螺 桿擠出機(jī)的第1軸上的螺桿輪廓因而被稱(chēng)作生成的(erzeugend)螺桿輪廓。雙螺桿擠出機(jī) 的第2軸上的螺桿輪廓由雙螺桿擠出機(jī)的第1軸的螺桿輪廓得出并且因而稱(chēng)作被生成的 (erzeugt)螺桿輪廓。在多軸擠出機(jī)的情況下，生成的螺桿輪廓和被生成的螺桿輪廓在相鄰 的軸上始終交替地被采用?，F(xiàn)代雙螺桿擠出機(jī)具有其中不同的螺桿元件可以被安裝在芯軸上的模塊構(gòu)件系 統(tǒng)。對(duì)此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以使雙螺桿擠出機(jī)與相應(yīng)的工藝任務(wù)相匹配。螺桿元件對(duì)由 帶有生成的螺桿輪廓的螺桿元件和帶有被生成的螺桿輪廓的螺桿元件構(gòu)成。如例如在[1]的第96-109頁(yè)上被查閱的那樣，公知的是，根據(jù)對(duì)于主發(fā)明人已知 的Erdmenger螺桿輪廓通過(guò)說(shuō)明三個(gè)量、即螺紋頭數(shù)ζ、螺桿外半徑ra和軸距a來(lái)明確地限 定。螺紋頭數(shù)ζ是大于或等于1的整數(shù)。螺桿輪廓的另一重要特征量是內(nèi)半徑ri。螺桿輪 廓的另一重要特征量是螺紋深度h。螺桿輪廓的與螺桿外半徑相等的區(qū)域被稱(chēng)作齒頂區(qū)域(Kammbereich)。相對(duì)于螺 桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)的在齒頂區(qū)域的起點(diǎn)與終點(diǎn)之間的角度被稱(chēng)作頂錐角(Kammwinkel)。與螺 桿外半徑僅在一點(diǎn)相接觸的齒頂區(qū)域具有為O的頂錐角(起點(diǎn)和終點(diǎn)重合于一點(diǎn))。螺桿輪 廓的與內(nèi)半徑相等的區(qū)域被稱(chēng)作齒根區(qū)域(Nutbereich)。相對(duì)于螺桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)的在齒 根區(qū)域的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的角度被稱(chēng)作槽角(Nutwinkel)。與內(nèi)半徑僅在一點(diǎn)相接觸的齒 根區(qū)域具有為O的槽角(起點(diǎn)和終點(diǎn)此處也相同)。螺桿輪廓的小于螺桿外半徑且大于內(nèi)半 徑的區(qū)域被稱(chēng)作邊緣區(qū)域。相對(duì)應(yīng)地，相對(duì)于螺桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)的在邊緣區(qū)域的起點(diǎn)和終 點(diǎn)之間的角度被稱(chēng)作側(cè)面角(Flankenwinkel)。多軸擠出機(jī)的兩個(gè)殼體孔貫穿在其中的區(qū) 域被稱(chēng)作楔形部區(qū)域(Zwickelbereich)。兩個(gè)殼體孔的兩個(gè)交點(diǎn)被稱(chēng)作殼體楔形部。ζ頭螺紋的Erdmenger螺桿輪廓的頂錐角δ _kw被計(jì)算為δ _kw= Ji /z-2*arccos(0. 5*a/ra)，其中 π ( ji ^ 3. 14159)為圓周率[1]。雙頭螺紋的帶有 Erdmenger 螺桿輪廓的螺桿元件對(duì)的頂錐角之和由此等于2* Ji -8*arccos (0. 5*a/ra)。此外，在[1]中詳細(xì)地闡述了雙軸擠出機(jī)和多軸擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)、功能和運(yùn)行。特有 的章節(jié)(第227-248頁(yè))致力于螺桿元件及其作用方式。此處，詳細(xì)地闡述了輸送元件、捏合 元件和混合元件的結(jié)構(gòu)和功能。為了能夠?qū)崿F(xiàn)在不同的螺紋頭數(shù)的螺桿元件之間的過(guò)渡， 常常將墊圈用作隔離物(Distanzhuelse)。在特殊情況下，采用所謂的過(guò)渡元件，這些過(guò)渡 元件能夠?qū)崿F(xiàn)在不同螺紋頭數(shù)的兩個(gè)螺桿輪廓之間的連續(xù)過(guò)渡，其中在過(guò)渡的每個(gè)點(diǎn)上都 存在自清潔的螺桿輪廓對(duì)?！八苄圆牧稀北焕斫鉃榭勺冃蔚牟牧?。塑性材料的實(shí)例是聚合物熔體(尤其是熱塑 性塑料以及彈性體的聚合物熔體)、聚合物熔體的混合物或者聚合物熔體與固體、液體或氣 體的分散體。塑性材料的擠出尤其是在聚合物的制造、預(yù)加工和加工中是非常重要的。如在[1] 中被全面地描述的那樣，“擠出”被理解為物質(zhì)或物質(zhì)混合物在同向轉(zhuǎn)動(dòng)的雙螺桿或多軸螺 桿擠出機(jī)中的處理。在制造聚合物時(shí)，進(jìn)行例如用于對(duì)聚合物進(jìn)行脫氣的擠出(例如參見(jiàn)[1]的第191 至212頁(yè))。在預(yù)加工聚合物時(shí)，進(jìn)行例如用于混入添加劑或者用于混合如下各種聚合物的擠 出這些聚合物例如在化學(xué)成分、分子量或者分子結(jié)構(gòu)上是不同的，(例如參見(jiàn)[1]的第59 至93頁(yè))。也稱(chēng)作復(fù)合(Compoimdierimg)的工藝用于聚合物預(yù)加工，以在采用通常被熔化 的塑料原料的情況下并在加入和混入填料和/或增強(qiáng)材料、增塑劑、粘合劑、滑爽劑、穩(wěn)定 劑、顏料等的情況下制造完成的塑料造型材料(復(fù)合物)。所述預(yù)加工常常也包括除去諸如 空氣和水的揮發(fā)成分。所述預(yù)加工也可以包括諸如接枝(Pfropfimg)的化學(xué)反應(yīng)、修改官 能團(tuán)或者通過(guò)有目的地增加或減少分子量而修改分子量。在加工聚合物時(shí)，聚合物優(yōu)選地被轉(zhuǎn)換成半成品、即可使用的產(chǎn)品或構(gòu)件的形式。 所述加工例如可以通過(guò)注塑、擠出、吹膜、薄膜壓延或旋轉(zhuǎn)成形(Verspirmen)來(lái)進(jìn)行。所述 加工也可以包括聚合物與填料、附加料和添加劑的混合以及諸如硫化的化學(xué)改性。塑性材料在擠出期間的處理包括以下工藝操作中的一個(gè)或多個(gè)輸送、熔化、分 散、混合、脫氣和壓力建立。如通常所公知的并且例如在[1]的第169至190頁(yè)所描述的那樣，混合能被分成 分布混合和分散混合?！胺植蓟旌稀北焕斫鉃椴煌M分在所觀察的體積中均勻地分配。分布 混合例如存在于同種聚合物的混合中。在分散混合時(shí)，固體微粒、液滴或氣泡首先被分割。 對(duì)于分割必須施加足夠大的剪切力，以便例如克服在聚合物熔體與添加劑之間的界面上的 表面張力。在下文中，“混合”始終被理解為分布混合和/或分散混合。在公開(kāi)物[1]的第73頁(yè)以及之后描述了熔體輸送和壓力建立。擠出機(jī)螺桿中 的熔體輸送區(qū)用于將產(chǎn)品從一個(gè)工藝區(qū)傳輸?shù)较乱还に噮^(qū)以及吸入填料。熔體輸送區(qū)通 常被部分填充，諸如在將產(chǎn)品從一個(gè)工藝區(qū)傳輸?shù)较乱还に噮^(qū)時(shí)，在脫氣時(shí)和在保持區(qū) (Verweilzeitzone)中進(jìn)行部分填充。輸送所需的能量被耗散，并不利地通過(guò)聚合物熔體的 溫度升高來(lái)表明。在輸送區(qū)中因而應(yīng)使用盡可能少地耗散能量的螺桿元件。對(duì)于純的熔體 輸送，螺紋導(dǎo)程(Gangsteigimg)為一倍擠出機(jī)內(nèi)直徑D的螺紋元件是常見(jiàn)的[1]。
在擠出機(jī)之內(nèi)的諸如回送元件、混合元件、進(jìn)行回送的或中性的捏合塊的壓力消 耗裝置的上游以及在該擠出機(jī)之外的諸如噴嘴板(Duesenplatte)、擠型模和熔體過(guò)濾器的 壓力消耗裝置的上游，在該擠出機(jī)之內(nèi)形成背壓區(qū)(Rueckstauzone)，在該背壓區(qū)中被完全 填充地輸送并且其中為了克服壓力消耗裝置必須建立壓力。擠出機(jī)的其中生成為了輸出熔 體所需的壓力的壓力建立區(qū)被稱(chēng)作卸料區(qū)(Austragszone)。引入到聚合物熔體中的能量被 分為有用功率和耗散功率，其中有用功率用于進(jìn)行壓力建立以及用于輸送熔體，耗散功率 不利地通過(guò)熔體的溫度升高來(lái)表明。在壓力建立區(qū)中通過(guò)螺桿嚙合部來(lái)進(jìn)行熔體的強(qiáng)烈回 流，并由此提高了能量輸入，[1]。在壓力建立區(qū)中因而應(yīng)使用盡可能少地耗散能量的螺桿 元件。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的是，在螺桿嚙合部的區(qū)域中，在熔體中耗散了特別多 的能量，這局部導(dǎo)致產(chǎn)品中的強(qiáng)烈過(guò)熱。這例如在[1]的第160頁(yè)以及之后針對(duì)帶有公知 的Erdmenger螺桿輪廓的雙頭螺紋的輸送元件來(lái)示出。局部過(guò)熱可導(dǎo)致產(chǎn)品中的損害，諸 如氣味、顏色、化學(xué)組成或分子量的變化，或者導(dǎo)致形成產(chǎn)品中的不均勻性，如凝膠顆?；?者斑點(diǎn)。尤其是，大的頂錐角在這種情況下是有害的。此外，高的能量輸入在許多過(guò)程中也 限制了雙螺桿擠出機(jī)的可能的生產(chǎn)能力并且由此限制了經(jīng)濟(jì)性。此外，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的是([1]，第1 至146頁(yè))，具有公知的 Erdmenger螺桿輪廓的雙頭螺紋輸送元件在壓力建立時(shí)的效率約為10%。在熔體密度為 1000kg/m3以及熔體熱容量為2000 J/kg/K、所述效率為10%的情況下，50 bar的壓力升高 導(dǎo)致25K的溫度升高([1]，第120頁(yè))。這種變暖可導(dǎo)致產(chǎn)品中的損害，諸如氣味、顏色、化 學(xué)組成或分子量的變化，或者導(dǎo)致形成產(chǎn)品中的不均勻性，如凝膠顆?；蛘甙唿c(diǎn)。在擠出聚乙烯和聚乙烯共聚物時(shí)，在過(guò)高的溫度下導(dǎo)致分子量的增加、分支和交 聯(lián)。此外，在形成了氣味濃烈的并因而干擾的低分子組分(諸如酮、醛、羧酸、過(guò)氧化氫物、 酯、內(nèi)酯和醇)的情況下，聚乙烯和聚乙烯共聚物與大氣氧在本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的自氧化 循環(huán)(Autoxidationszyklus)中進(jìn)行反應(yīng)([2] Hepperle, J. Schaedigungsmechanismen bei Polymeren (Polymeraufbereitung 2002，VDI-K, VDI 出版有限公司)；[3] Zweifel, H. Stabilization of Polymeric Materials (Springer, 柏林，1997 年)；[4] 在 Zweifel, H. (Hrsg.) Plastics Additives Handbook (Hanser,慕尼黑，2001 年) 中的 Schwarzenbach, K. 等人Antioxidants ； [5]Cheng, H. N.、Schilling, F. C.、 Bovey, F. Α. : 13C Nuclear Magnetic Resonance Observation of the Oxidation of Polyethylene (Macromolecules 9 (1976 年)，第 363-365 頁(yè)))。在擠出基于聚乙烯和醋酸鹽的共聚物時(shí)，在過(guò)高的溫度下附加地形成了氣味強(qiáng)烈 的和腐蝕性的醋酸。在擠出聚丙烯和聚丙烯共聚物時(shí)，在過(guò)高的溫度下導(dǎo)致分子量的減少。此外，在形 成氣味強(qiáng)烈的并因而進(jìn)行干擾的低分子組分(諸如酮、醛、羧酸、過(guò)氧化氫物、酯、內(nèi)酯和醇) 的情況下，聚丙烯和聚丙烯共聚物還與大氣氧在自氧化循環(huán)中進(jìn)行反應(yīng)。在擠出聚氯乙烯時(shí)，產(chǎn)品在過(guò)高的溫度下在變色的情況下使腐蝕性鹽酸氣體解 離，其中鹽酸又以催化的方式在鹽酸的進(jìn)一步解離時(shí)起作用。在擠出聚苯乙烯時(shí)，在過(guò)高的溫度下隨著分子量減少以及機(jī)械特性相對(duì)應(yīng)地變差 而形成危害健康的苯乙烯以及二聚體和三聚體苯乙烯。
在擠出聚苯乙烯一丙烯腈共聚物(SAN)時(shí)，產(chǎn)品在熱負(fù)荷下變色為黃色，這導(dǎo)致透 明度降低，并且在分子量減少以及機(jī)械特性變差的情況下形成致癌的單體丙烯腈以及苯乙 火布。在擠出芳香族聚碳酸酯時(shí)，產(chǎn)品在過(guò)高的熱負(fù)荷下、尤其是在氧氣影響下變色為 黃色，這導(dǎo)致透明度降低，并尤其是在水的影響下表現(xiàn)出分子量減少。在提高的溫度的情況 下，諸如雙酚A的單體也被裂解。在擠出諸如聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯和聚對(duì)苯二甲酸丙二酯的 聚酯時(shí)，在過(guò)高的溫度以及水影響的情況下得到分子量的減少以及分子中的端基的移位。 這尤其是在再循環(huán)聚對(duì)苯二甲酸乙二酯時(shí)是有問(wèn)題的。聚對(duì)苯二甲酸乙二酯在高溫下使乙 醛解離，這例如可導(dǎo)致飲料瓶的內(nèi)容中的味道變化。在擠出利用二烯橡膠、尤其是利用順丁橡膠進(jìn)行了沖擊改性的熱塑性塑料、尤其 是進(jìn)行了沖擊改性的聚苯乙烯類(lèi)型(HIPS)以及進(jìn)行了沖擊改性的SAN(丙烯腈-丁二烯-苯 乙烯，ABS)時(shí)，在過(guò)高的溫度下使致癌的丁二烯以及有毒的乙烯基環(huán)己烯解離。此外，二烯 橡膠還交聯(lián)來(lái)使得產(chǎn)品的機(jī)械特性變差。在擠出聚甲醛時(shí)，在過(guò)高的溫度下使有毒的甲醛解離。在擠出如聚酰胺6、聚酰胺6，6、聚酰胺4，6、聚酰胺11以及聚酰胺12的聚酰胺時(shí)， 過(guò)高的溫度導(dǎo)致產(chǎn)品變色，并導(dǎo)致分子量減少，而且導(dǎo)致再形成單體和二聚體，并由此(尤 其是在存在水的情況下)導(dǎo)致機(jī)械特性變差。在擠出熱塑性聚氨酯時(shí)，過(guò)高的溫度由于聚氨酯交換反應(yīng)(Umurethanisierimg) 而導(dǎo)致分子結(jié)構(gòu)的改變，并在存在水的情況下導(dǎo)致分子量減少。二者以不期望的方式影響 了熱塑性聚氨酯的特性。在擠出聚甲基丙烯酸甲酯時(shí)，在過(guò)高的熱負(fù)荷時(shí)在分子量減少的情況下使甲基丙 烯酸甲酯解離，這導(dǎo)致氣味煩擾并導(dǎo)致變差的機(jī)械特性。在擠出聚苯硫醚時(shí)，在過(guò)高的溫度下使含硫的有機(jī)和無(wú)機(jī)化合物解離，這些含硫 的有機(jī)和無(wú)機(jī)化合物可導(dǎo)致氣味煩擾并導(dǎo)致擠型模的腐蝕。在這種情況下也形成低分子的 低聚體和單體，并使分子量減少，這使聚苯硫醚的機(jī)械特性變差。在擠出聚苯砜時(shí)，尤其是在存在水的情況下，在過(guò)高的溫度下使有機(jī)化合物解離。 分子量也被減少，由此使機(jī)械特性變差。在擠出聚苯醚時(shí)，在過(guò)高的溫度下使低分子有機(jī)化合物解離，其中分子量被減少。 這導(dǎo)致產(chǎn)品的機(jī)械特性變差。在擠出諸如順丁橡膠(BR)的二烯橡膠、天然橡膠(NR)和合成的聚異戊二烯(IR)、 丁基橡膠(nR)、氯化丁基橡膠(CIIR)、溴化丁基橡膠(BIIR)、丁苯橡膠(SBR)、氯丁橡膠 (CR)、丁腈橡膠(NBR)、經(jīng)過(guò)部分氫化的丁腈橡膠(HNBR)以及三元乙丙共聚物(EPDM)時(shí)，在 過(guò)高的溫度下由于交聯(lián)而形成凝膠，該凝膠導(dǎo)致由此制造的構(gòu)件的機(jī)械特性變差。在氯化 和溴化丁基橡膠中，在提高的溫度的情況下可使腐蝕性的鹽酸氣體或氫溴酸氣體解離，所 述腐蝕性的鹽酸氣體或氫溴酸氣體再次催化聚合物的進(jìn)一步分解。在擠出包含諸如硫或者過(guò)氧化物的硫化劑的橡膠混合物時(shí)，過(guò)高的溫度導(dǎo)致過(guò)早 硫化。這導(dǎo)致不再能由這些橡膠混合物來(lái)制造產(chǎn)品。在擠出由一個(gè)或多個(gè)聚合物構(gòu)成的混合物時(shí)，在過(guò)高的溫度下在所有情況下都出現(xiàn)擠出單個(gè)聚合物的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
因而，從現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)提出以下任務(wù)提供用于多軸螺桿擠出機(jī)的螺桿元件，所述 螺桿元件同時(shí)具有在壓力建立時(shí)盡可能高的效率和盡可能低的熱學(xué)產(chǎn)品應(yīng)力。令人驚訝地已發(fā)現(xiàn)如下新型的螺桿元件所述新型的螺桿元件具有與現(xiàn)有技術(shù)相 比減小了的頂錐角并且同時(shí)實(shí)現(xiàn)了在壓力建立時(shí)盡可能高的效率和盡可能低的熱學(xué)產(chǎn)品 應(yīng)力。因而，本發(fā)明的主題是用于多軸螺桿擠出機(jī)的螺桿元件，其特征在于，
-螺桿元件對(duì)的所有頂錐角之和大于或等于0且小于2* JI -8*arccos (0. 5*a/ra)， -螺桿元件對(duì)的齒頂區(qū)域的數(shù)目大于4，
-螺桿元件對(duì)的每個(gè)螺桿元件都具有兩個(gè)螺桿輪廓區(qū)域，所述螺桿輪廓區(qū)域分別由邊 緣區(qū)域和齒根區(qū)域構(gòu)成并且其中側(cè)面角和槽角之和分別大于η /2。如已經(jīng)在上面所闡述的那樣，雙頭螺紋的帶有Erdmenger螺桿輪廓的螺桿元件對(duì) 的頂錐角之和為2* π -8*arccos (0. 5*a/ra)。根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件相對(duì)于帶有雙頭螺紋 的Erdmenger螺桿輪廓的螺桿元件具有在其縱向上減小的區(qū)域，所述在其縱向上減小的區(qū) 域?qū)?yīng)于螺桿外半徑并且在該在其縱向上減小的區(qū)域中公知地將特別多的能量引入到擠 出物料中。由此有效地減小了能量輸入并降低產(chǎn)品損害的危險(xiǎn)。根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件對(duì)的所有頂錐角之和小于2* π -8*arccos (0. 5*a/ra)、優(yōu) 選地小于0. 8*(2* π -8*arccos(0. 5*a/ra))、特別優(yōu)選地小于0. 6*(2* π _8*arccos(0. 5*a/ ra))和最優(yōu)選地小于 0. 4* (2*31 -8*arccos (0. 5*a/ra))。此外，在雙頭螺紋的帶有Erdmenger螺桿輪廓的螺桿元件對(duì)的情況下的齒頂區(qū)域 之和為4。根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件對(duì)的齒頂區(qū)域的數(shù)目大于4，優(yōu)選地等于5或6并且特別 優(yōu)選地等于8。根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件對(duì)的單個(gè)螺桿元件的齒頂區(qū)域的數(shù)目?jī)?yōu)選地等于2 或3并且特別優(yōu)選地等于4。根據(jù)本發(fā)明，螺桿元件對(duì)的每個(gè)螺桿元件都具有兩個(gè)螺桿輪廓區(qū)域，所述螺桿輪 廓區(qū)域分別由邊緣區(qū)域和齒根區(qū)域構(gòu)成并且其中側(cè)面角和槽角之和分別大于η /2。這兩個(gè) 螺桿輪廓區(qū)域也可以稱(chēng)作通道區(qū)域。幾乎整個(gè)擠出物料在這些通道區(qū)域中。由邊緣區(qū)域和齒根區(qū)域構(gòu)成的螺桿輪廓區(qū)域的角度之和優(yōu)選地大于2* π /3。在根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件的情況下，生成的螺桿輪廓可以單獨(dú)地被構(gòu)型。尤其是， 形成齒頂區(qū)域的邊界的邊緣可以被成圓形(abrimden)。根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件優(yōu)選地特征在于，一個(gè)或多個(gè)齒頂區(qū)域具有為0的頂錐 角。在這種情況下，對(duì)殼體進(jìn)行清潔和對(duì)具有減小到最小的齒頂區(qū)域的相鄰的螺桿元件的 齒根區(qū)域進(jìn)行清潔。由此，能量輸入和擠出物料的負(fù)荷也降低到最小。密封部是點(diǎn)狀的并 且足以保證所需的壓力建立。根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件優(yōu)選地特征在于，被生成的螺桿輪廓在轉(zhuǎn)動(dòng)π /2之后與 生成的螺桿輪廓相同。這具有如下優(yōu)點(diǎn)對(duì)于相鄰的軸不必制造不同的螺桿元件。優(yōu)選的螺桿元件是如下螺桿元件所述螺桿元件對(duì)于多軸擠出機(jī)的所有軸或雙軸 擠出機(jī)的兩個(gè)軸而言具有相同的螺桿輪廓。
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令人驚訝地發(fā)現(xiàn)的是，根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件對(duì)的螺桿輪廓可以通過(guò)所限定的齒 頂區(qū)域、邊緣區(qū)域和齒根區(qū)域的序列來(lái)生成。根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件的特征在于，生成的螺 桿輪廓和被生成的螺桿輪廓具有通道區(qū)域-閉合區(qū)域-通道區(qū)域-閉合區(qū)域序列?！巴ǖ绤^(qū) 域”被理解為邊緣區(qū)域和齒根區(qū)域的序列。通道區(qū)域優(yōu)選地是邊緣區(qū)域-齒根區(qū)域-邊緣 區(qū)域-齒根區(qū)域-邊緣區(qū)域序列，特別優(yōu)選地是邊緣區(qū)域-齒根區(qū)域-邊緣區(qū)域序列?！伴] 合區(qū)域”被理解為齒頂區(qū)域或者齒頂區(qū)域和邊緣區(qū)域的序列。優(yōu)選地，閉合區(qū)域優(yōu)選地為齒 頂區(qū)域-邊緣區(qū)域-齒頂區(qū)域序列。直觀地，通過(guò)如下方式可以由此獲得根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件的螺桿輪廓例如從 雙頭螺紋的Erdmenger螺桿輪廓出發(fā)，從雙頭螺紋的Erdmenger螺桿輪廓的齒頂區(qū)域“除 去”一區(qū)域。由此，減小了齒頂區(qū)域的長(zhǎng)度并且代替連貫的齒頂區(qū)域形成兩個(gè)齒頂區(qū)域，在 這兩個(gè)齒頂區(qū)域之間現(xiàn)在出現(xiàn)了“縫隙”。為了保證自清潔，接著在(從其出發(fā)的)雙頭螺紋 的Erdmenger螺桿輪廓的齒根區(qū)域中又必須“補(bǔ)充”一區(qū)域。由于在根據(jù)本發(fā)明的螺桿元 件的情況下分別出現(xiàn)了兩個(gè)螺桿輪廓區(qū)域(所述螺桿輪廓區(qū)域分別由邊緣區(qū)域和齒根區(qū)域 構(gòu)成并且其中側(cè)面角和槽角之和分別大于η /2、優(yōu)選地大于2* π /3)，所以保證了擠出物 料的最大部分此外位于兩個(gè)區(qū)域(即通道區(qū)域)中并且通過(guò)在雙頭螺紋的Erdmenger螺桿輪 廓的原始齒頂區(qū)域中的“縫隙”不形成值得一提的附加的行程(Gang)。在優(yōu)選的實(shí)施形式中，在齒頂區(qū)域中進(jìn)行“除去，，和在齒根區(qū)域中進(jìn)行“補(bǔ)充”，使 得得到如下的螺桿輪廓所述螺桿輪廓不僅關(guān)于χ軸而且關(guān)于y軸對(duì)稱(chēng)。為了完全限定這 種對(duì)稱(chēng)的螺桿輪廓，只須知道該螺桿輪廓的第一個(gè)四分之一，因?yàn)槁輻U輪廓的其余部分可 以通過(guò)關(guān)于軸線(xiàn)進(jìn)行鏡像而獲得。令人驚訝地發(fā)現(xiàn)的是，從根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件的螺桿輪廓的四分之一出發(fā)可以 獲得根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件的其它螺桿輪廓。出發(fā)點(diǎn)是螺桿輪廓的如下四分之一所述四分之一被置于xy坐標(biāo)系的第一象限 中并且通過(guò)所述四分之一關(guān)于X軸和y軸進(jìn)行鏡像而得到根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件的螺桿輪 廓。通過(guò)將所述的四分之一的邊緣區(qū)域和齒根區(qū)域關(guān)于y軸進(jìn)行鏡像獲得由邊緣區(qū)域和齒 根區(qū)域構(gòu)成的第一通道區(qū)域。通過(guò)將第一通道區(qū)域關(guān)于χ軸進(jìn)行鏡像獲得由邊緣區(qū)域和齒 根區(qū)域構(gòu)成的第二通道區(qū)域。在兩個(gè)通道區(qū)域之間的區(qū)域通過(guò)齒頂區(qū)域或者通過(guò)齒根區(qū)域 和邊緣區(qū)域序列、優(yōu)選地通過(guò)齒頂區(qū)域-邊緣區(qū)域-齒頂區(qū)域序列來(lái)補(bǔ)充，使得得到閉合的 螺桿輪廓。這樣的區(qū)域也被稱(chēng)為閉合區(qū)域。相對(duì)于螺桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)的在閉合區(qū)域的起點(diǎn) 和終點(diǎn)之間的角度被稱(chēng)作閉合角(Schliesswinkel)。在優(yōu)選的實(shí)施形式中，第二通道區(qū)域通過(guò)將第一通道區(qū)域順時(shí)針?lè)较虻鼗蛘吣鏁r(shí) 針?lè)较虻貒@螺桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)在η到Ji-[ji/2-2*arCCOS(0. 5*a/ra)]范圍中的角 度而獲得。方括弧中的項(xiàng)等于帶有雙頭螺紋的Erdmenger螺桿輪廓的螺桿元件的頂錐角。 通過(guò)將第一通道區(qū)域轉(zhuǎn)動(dòng)小于η的角度得到的是，在由邊緣區(qū)域和齒根區(qū)域構(gòu)成的兩個(gè) 區(qū)域之間的兩個(gè)閉合區(qū)域大小不等。轉(zhuǎn)動(dòng)一角度，使得這兩個(gè)閉合區(qū)域之一的閉合角優(yōu)選 地比帶有相對(duì)應(yīng)的螺桿外半徑的雙頭螺紋的Erdmenger螺桿輪廓的頂錐角的1. 2倍更大， 特別優(yōu)選地比帶有相對(duì)應(yīng)的螺桿外半徑的雙頭螺紋的Erdmenger螺桿輪廓的頂錐角的1. 6 倍更大，并且最優(yōu)選地比殼體張角更大，該殼體張角通過(guò)2*arccOS(0.5^/ra)來(lái)計(jì)算。在 這些情況下，這兩個(gè)閉合區(qū)域中的第二閉合區(qū)域特別優(yōu)選地由齒頂區(qū)域構(gòu)成，由此所獲得的螺桿輪廓由總共3個(gè)齒頂區(qū)域構(gòu)成。令人驚訝地發(fā)現(xiàn)的是，由邊緣區(qū)域和齒根區(qū)域構(gòu)成的第一通道區(qū)域能由螺桿輪 廓的兩個(gè)不同的四分之一組成。第二通道區(qū)域可以由第一通道區(qū)域的兩個(gè)四分之一中的 一個(gè)或者由第一通道區(qū)域的兩個(gè)四分之一的組合組成。也可能的是，第二通道區(qū)域由一個(gè) 或兩個(gè)其它的四分之一組成。尤其可能的是，四分之一中的一個(gè)或多個(gè)基于雙頭螺紋的 Erdmenger螺桿輪廓。在所有上述情況下，能生成根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件的輪廓。利用所介紹的用于生成根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件的螺桿輪廓的簡(jiǎn)單方法不僅能生 成對(duì)稱(chēng)的螺桿輪廓而且能生成不對(duì)稱(chēng)的螺桿輪廓。此外，能生成如下螺桿輪廓在所述螺桿 輪廓的情況下，被生成的螺桿輪廓在轉(zhuǎn)動(dòng)η/2之后與生成的螺桿輪廓相同或不同于生成 的螺桿輪廓。根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件的歸一化到軸距上的螺桿外半徑優(yōu)選地在0. 51到0. 66的 范圍中并且特別優(yōu)選地在0. 52到0. 575的范圍中。本發(fā)明并不限于由目前通用的帶有各個(gè)螺桿元件和芯軸的螺桿的模塊構(gòu)造構(gòu)成 的螺桿元件，而是也可以應(yīng)用于實(shí)體構(gòu)造的螺桿。因而，概念“螺桿元件”也可以被理解為 實(shí)體構(gòu)造的螺桿。根據(jù)本發(fā)明要使用的螺桿元件可以用作輸送元件、捏合元件和/或混合元件。眾所周知地，輸送元件的特征在于(例如參見(jiàn)[1]，第227-248頁(yè))，螺桿輪廓在軸 向上連續(xù)地螺旋狀轉(zhuǎn)動(dòng)并延伸。在此，該輸送元件可以為右旋的或左旋的。該輸送元件的 導(dǎo)程(Steigimg)優(yōu)選地在0. 1倍至10倍軸距的范圍中，其中“導(dǎo)程”被理解為該螺桿輪廓 完整轉(zhuǎn)動(dòng)一周所需的軸向長(zhǎng)度，并且輸送元件的軸向長(zhǎng)度優(yōu)選地在0. 1倍至10倍軸距的范 圍中。眾所周知地，捏合元件的特征在于(例如參見(jiàn)[1]，第227-248頁(yè))，螺桿輪廓在軸 向上以捏合盤(pán)的形式逐步地前進(jìn)。可以左旋地或者右旋地或者中立地布置捏合盤(pán)。捏合盤(pán) 的軸向長(zhǎng)度優(yōu)選地在0. 05倍至10倍軸距的范圍中。在兩個(gè)相鄰捏合盤(pán)之間的軸向距離優(yōu) 選地在0. 002倍至0. 1倍軸距的范圍中。眾所周知地，混合元件通過(guò)以下方式來(lái)形成(例如參見(jiàn)[1]，第227-248頁(yè))在螺 桿嚙合部中實(shí)施了具有開(kāi)口的輸送元件。所述混合元件可以是右旋的或左旋的。所述混合 元件的導(dǎo)程優(yōu)選地在0. 1倍至10倍軸距的范圍中，并且所述元件的軸向長(zhǎng)度優(yōu)選地在0. 1 倍至10倍軸距的范圍中。所述開(kāi)口優(yōu)選地具有u形或V形槽的形狀，所述槽優(yōu)選地反向輸 送地或者軸平行地被布置。本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的是，直接去除的螺桿輪廓不能直接在雙螺桿擠出機(jī)中被采 用，更確切地說(shuō)，在螺桿之間需要間隙。對(duì)此在[1]的第觀頁(yè)以及之后描述了各種可能的 策略。對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件的螺桿輪廓，可以使用相對(duì)于螺桿輪廓的直徑在0.001 至0. 1的范圍內(nèi)的間隙，優(yōu)選地在0. 002至0. 05的范圍中、并且特別優(yōu)選地在0. 004至 0. 02的范圍中的間隙。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的那樣，在螺桿和殼體之間以及在螺桿和 螺桿之間的間隙可以是大小不同的或者相同的。間隙也可以是恒定的或者在給定界限內(nèi)是 可變的。也可能在該間隙之內(nèi)使螺桿輪廓移位?？赡艿拈g隙策略是在[1]的第觀頁(yè)以及 之后所描述的軸距增大、縱截面等距離或者空間等距離的可能性，這些可能性全部是本領(lǐng) 域技術(shù)人員所公知的。在軸距增大中，構(gòu)造較小直徑的螺桿輪廓，并且該螺桿輪廓被拉開(kāi)
10(auseinanderruecken)螺桿之間的間隙的量。在縱截面等距離的方法中，縱截面輪廓曲線(xiàn) (與軸線(xiàn)平行)被向內(nèi)移位了一半的螺桿-螺桿間隙。在空間等距離的方法中，從所述螺桿 元件被清潔的空間曲線(xiàn)出發(fā)，螺桿元件在垂直于精確去除的輪廓的平面的方向上縮小了螺 桿與螺桿之間的間隙的一半。優(yōu)選地，使用縱截面等距離和空間等距離，特別優(yōu)選地使用空 間等距離。根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件的輪廓可以根據(jù)在PCT/EP2009/003M9中所描述的方法 來(lái)構(gòu)造。以下描述了一種可能的方法。用于生成緊密?chē)Ш系摹⒆郧鍧嵉?、同向轉(zhuǎn)動(dòng)的、在生成的和被生成的螺桿輪廓的轉(zhuǎn) 動(dòng)軸之間具有可選的軸距a的螺桿輪廓的方法的特征在于，生成的螺桿輪廓由η個(gè)圓弧形 成而被生成的螺桿輪廓由η’個(gè)圓弧形成，其中
一生成的螺桿輪廓和被生成的螺桿輪廓在一個(gè)平面中，
一生成的螺桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)軸和被生成的螺桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)軸均垂直于螺桿輪廓的所述 的平面，其中生成的螺桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與所述平面的交點(diǎn)被稱(chēng)作生成的螺桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng) 點(diǎn)，而被生成的螺桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與所述平面的交點(diǎn)被稱(chēng)作被生成的螺桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)， 一選擇生成的螺桿輪廓的圓弧數(shù)目η，其中η是大于或者等于1的整數(shù)， 一選擇生成的螺桿輪廓的外半徑ra，其中ra可以取大于0 (ra>0)且小于或者等于軸 距(ra彡a)的值，
一選擇生成的螺桿輪廓的內(nèi)半徑ri，其中ri可以取大于或等于0 (ri ^ 0)且小于或 等于ra (ri ( ra)的值，
一生成的螺桿輪廓的圓弧順時(shí)針?lè)较虻鼗蛘吣鏁r(shí)針?lè)较虻貒@生成的螺桿輪廓的轉(zhuǎn) 動(dòng)軸根據(jù)隨后的布置規(guī)則來(lái)布置，使得
〇生成的螺桿輪廓的所有圓弧彼此相切地過(guò)渡，使得得到閉合的凸?fàn)畹穆輻U輪廓，其 中半徑等于0的圓弧優(yōu)選地如半徑等于eps的圓弧那樣被處理，其中印s是非常小的趨向 于0的正實(shí)數(shù)(印s l，eps — 0)，
〇生成的螺桿輪廓的每個(gè)圓弧在外半徑為ra和內(nèi)半徑為ri的圓環(huán)的邊界之內(nèi)或之 上，該圓環(huán)的圓心在生成的螺桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)上，
〇生成的螺桿輪廓的圓弧中的至少一個(gè)圓弧與生成的螺桿輪廓的外半徑ra相切， 〇生成的螺桿輪廓的圓弧中的至少一個(gè)圓弧與生成的螺桿輪廓的內(nèi)半徑ri相切， 一生成的螺桿輪廓的第一圓弧的通過(guò)角度和半徑r_l確定的量被選擇為使 得單位為弧度的角度α _1大于或等于0且小于或等于2 π，其中π應(yīng)被理解為圓周率 (π 3. 14159)，并且半徑1~_1大于或等于0且小于或等于軸距a，而且生成的螺桿輪廓的 第一圓弧的通過(guò)定位該第一圓弧的兩個(gè)不同的點(diǎn)而得到的位置根據(jù)所述的布置規(guī)則來(lái)確 定，其中第一圓弧的第一待定位的點(diǎn)優(yōu)選是與該第一圓弧相關(guān)聯(lián)的起點(diǎn)，并且其中第一圓 弧的第二待定位的點(diǎn)優(yōu)選是與第一圓弧相關(guān)聯(lián)的中心點(diǎn)，
一生成的螺桿輪廓的其它n-2個(gè)圓弧的通過(guò)角度α_2、-,α_(η-1)和半徑r_2、…、 r_(n-l)確定的量被選擇為使得單位為弧度的角度α_2、-,α_(η-1)大于或等于0且小 于或等于2π，并且半徑1>_2、-,r_(n-l)大于或等于0且小于或等于軸距a，而且生成的 螺桿輪廓的其它n-2個(gè)圓弧的位置根據(jù)所述的布置規(guī)則來(lái)確定，
一生成的螺桿輪廓的最后的圓弧的通過(guò)角度α_η和半徑r_n確定的量通過(guò)以下方式來(lái)給定生成的螺桿輪廓的η個(gè)圓弧的單位為弧度的η個(gè)角度之和等于2 π，其中單位為弧 度的角度α _η大于或等于0且小于或等于2 π，并且半徑r_n使生成的螺桿輪廓閉合，其中 半徑r_n大于或等于0且小于或等于軸距a，并且生成的螺桿輪廓的最后的圓弧的位置根據(jù) 所述的布置規(guī)則來(lái)確定，
一被生成的螺桿輪廓的η’個(gè)圓弧由生成的螺桿輪廓的η個(gè)圓弧通過(guò)如下方式得到 〇被生成的螺桿輪廓的圓弧數(shù)目η’等于生成的螺桿輪廓的圓弧數(shù)目η，其中η’是整
數(shù)，
〇被生成的螺桿輪廓的外半徑ra’等于軸距減生成的螺桿輪廓的內(nèi)半徑ri之差 (ra， =a-ri),
〇被生成的螺桿輪廓的內(nèi)半徑ri’等于軸距減生成的螺桿輪廓的外半徑ra之差 (ri， =a-ra),
〇被生成的螺桿輪廓的第i’圓弧的角度α」’等于生成的螺桿輪廓的第i圓弧的 角度0_1，其中1和i’是共同遍歷在1直至圓弧數(shù)目η或η’的范圍中的所有值的整數(shù)
(α = α _1, α _η，= α _η),
〇被生成的螺桿輪廓的第i’圓弧的半徑r_i’與生成的螺桿輪廓的第i圓弧的半徑r_ i之和等于軸距a，其中i和i’為共同遍歷在1直至圓弧數(shù)目η或η’的范圍中的所有值的 整數(shù)(r_l，+r_l=a,…，r_n，+r_n=a)，
〇被生成的螺桿輪廓的第i’圓弧的中心點(diǎn)具有距生成的螺桿輪廓的第i圓弧的中心 點(diǎn)的等于軸距a的距離，并且被生成的螺桿輪廓的第i’圓弧的中心點(diǎn)具有距被生成的螺桿 輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)的與生成的螺桿輪廓的第i圓弧的中心點(diǎn)距生成的螺桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)的距 離相等的距離，并且在被生成的螺桿輪廓的第i’圓弧的中心點(diǎn)與生成的螺桿輪廓的第i圓 弧的中心點(diǎn)之間的連線(xiàn)是在被生成的螺桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)與生成的螺桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)之間 的連線(xiàn)的平行線(xiàn)，其中i和i’為共同遍歷在1直至圓弧數(shù)目η或η’的范圍中的所有值的 整數(shù)(i，=i)，
〇被生成的螺桿輪廓的第i’圓弧的起點(diǎn)在相對(duì)于被生成的螺桿輪廓的第i’圓弧的中 心點(diǎn)的如下方向上該方向與生成的螺桿輪廓的第i圓弧的起點(diǎn)相對(duì)于生成的螺桿輪廓的 第i圓弧的中心點(diǎn)具有的方向相反，其中i和i’為共同遍歷在1直至圓弧數(shù)目η或η’的 范圍中的所有值的整數(shù)(i’ =i)。根據(jù)本發(fā)明，生成的和被生成的螺桿輪廓的圓弧被選擇或被相互協(xié)調(diào)為使得螺桿 元件對(duì)的所有頂錐角之和大于或者等于0且小于2* Ji -8*arccos (0. 5*a/ra)，螺桿元件對(duì) 的齒頂區(qū)域的數(shù)目大于4并且螺桿元件對(duì)的每個(gè)螺桿元件都具有兩個(gè)螺桿輪廓區(qū)域，這 兩個(gè)螺桿輪廓區(qū)域分別由邊緣區(qū)域和齒根區(qū)域構(gòu)成并且其中側(cè)面角和槽角之和分別大于
31 /2。根據(jù)所描述的用于生成平面的、緊密?chē)Ш系?、自清潔的、同向轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿輪廓的方 法，對(duì)于被生成的螺桿輪廓得到
一被生成的螺桿輪廓是閉合的， 一被生成的螺桿輪廓是凸?fàn)畹模?br> 一被生成的螺桿輪廓的每個(gè)圓弧都相切地過(guò)渡到被生成的螺桿輪廓的后續(xù)的圓弧，其 中半徑等于0的圓弧優(yōu)選地如半徑等于eps的圓弧一樣被處理，其中印s是非常小的趨向于0的正實(shí)數(shù)(印s l，印s — 0)，
一被生成的螺桿輪廓的每個(gè)圓弧在外半徑為ra’和內(nèi)半徑為ri’的圓環(huán)的邊界之內(nèi)或 者之上，該圓環(huán)的圓心在被生成的螺桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)上，
一被生成的螺桿輪廓的圓弧中的至少一個(gè)圓弧與被生成的螺桿輪廓的外半徑ra’相
切，
一被生成的螺桿輪廓的圓弧中的至少一個(gè)圓弧與被生成的螺桿輪廓的內(nèi)半徑ri’相切。此外，根據(jù)所描述的用于生成平面的、緊密?chē)Ш系?、自清潔的、同向轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿輪 廓的方法得到的是只有在生成的螺桿輪廓的內(nèi)半徑ri等于軸距a減生成的螺桿輪廓的外 半徑ra之差的情況(ri=a-ra)下，被生成的螺桿輪廓的外半徑ra’才等于生成的螺桿輪廓 的外半徑ra，并且被生成的螺桿輪廓的內(nèi)半徑ri’等于生成的螺桿輪廓的內(nèi)半徑ri。如果生成的螺桿輪廓具有半徑為r_i=0的圓弧，則螺桿輪廓在該圓弧的位置具有 大小通過(guò)角度a_i來(lái)表征的折點(diǎn)。如果被生成的螺桿輪廓具有半徑為r_i’=0的圓弧，則 螺桿輪廓在該圓弧的位置具有大小通過(guò)角度a_i’來(lái)表征的折點(diǎn)。此外，所描述的用于生成平面的、緊密?chē)Ш系?、自清潔的、同向轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿輪廓的 方法的特征在于，該方法能單獨(dú)地利用角度平尺和圓規(guī)來(lái)實(shí)施。這樣，通過(guò)以下方式構(gòu)造了 生成的螺桿輪廓的第i圓弧和第(i+Ι)圓弧之間的相切過(guò)渡圍繞第i圓弧的終點(diǎn)作半徑
的圓并且該圓與通過(guò)第i圓弧的中心點(diǎn)和終點(diǎn)限定的直線(xiàn)的更接近于生成的螺 桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)的交點(diǎn)是第(i+Ι)圓弧的中心點(diǎn)。實(shí)踐中，代替角度平尺和圓規(guī)使用計(jì)算 機(jī)程序來(lái)構(gòu)造螺桿輪廓。根據(jù)通用方法生成的螺桿輪廓與螺紋頭數(shù)ζ無(wú)關(guān)。被生成的螺桿輪廓可以不等同于生成的螺桿輪廓。如本領(lǐng)域技術(shù)人員借助實(shí)施形 式而容易理解的那樣，所描述的方法尤其是適于生成不同螺紋頭數(shù)的螺桿元件之間的過(guò)渡 元件。基于ζ頭螺紋螺桿輪廓，可能的是，生成的和被生成的螺桿輪廓逐步驟地改變來(lái)使得 最后獲得螺紋頭數(shù)Z’不等于Z的螺桿輪廓。在這種情況下允許的是，圓弧的數(shù)目在過(guò)渡期 間減小或者增大。在對(duì)稱(chēng)的輪廓的情況下，該方法可以通過(guò)僅僅構(gòu)造螺桿輪廓的部分并且通過(guò) 由所構(gòu)造的部分的對(duì)稱(chēng)操作來(lái)生成缺少的部分的方式來(lái)簡(jiǎn)化。這被詳細(xì)描述在PCT/ EP2009/003549 中。推薦的是，在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行用于生成螺桿輪廓的方法。螺桿元件的尺寸接著以如 下形式存在其中這些尺寸可以被輸送給CAD銑床來(lái)生成螺桿元件。在以所描述的方式生成輪廓之后，根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件例如可以利用銑床來(lái)生 成。用于生成螺桿元件的優(yōu)選材料是鋼、尤其是滲氮鋼和不銹鋼。此外，本發(fā)明的主題還是根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件在多軸螺桿擠出機(jī)中的應(yīng)用。優(yōu) 選地，根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件在雙軸螺桿擠出機(jī)中被采用。螺桿元件在多軸螺桿擠出機(jī)中 以捏合元件或者輸送元件的形式存在。同樣可能的是，捏合元件和輸送元件在螺桿擠出機(jī) 中彼此組合。根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件也可以與其它現(xiàn)有技術(shù)中公知的螺桿元件組合。根據(jù)本發(fā)明的新型的螺桿元件在雙軸螺桿擠出機(jī)中的應(yīng)用的特征在于通過(guò)減小 的齒頂區(qū)域而使齒頂區(qū)域中的產(chǎn)品熱負(fù)荷最小化。通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)效率在壓力建立時(shí)的提高并且通過(guò)更小的能量輸入而使產(chǎn)品變暖最小化。此外，本發(fā)明的主題是一種用于在使用根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件的情況下在雙螺桿 擠出機(jī)或者多軸擠出機(jī)中擠出塑性材料的方法，其特征在于，
-螺桿元件對(duì)的所有頂錐角之和大于或等于0且小于2* JI -8*arccos (0. 5*a/ra)， -螺桿元件對(duì)的齒頂區(qū)域的數(shù)目大于4，
-螺桿元件對(duì)的每個(gè)螺桿元件都具有兩個(gè)螺桿輪廓區(qū)域，這兩個(gè)螺桿輪廓區(qū)域分別由 邊緣區(qū)域和齒根區(qū)域構(gòu)成并且其中側(cè)面角和槽角之和分別大于η /2。根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件對(duì)的所有頂錐角之和優(yōu)選地小于0. 8* (2* 31 -8*arccos (0. 5*a/ra))并且特別優(yōu)選地小于 0. 6* (2* π _8*arccos (0. 5*a/ra))和最 優(yōu)選地小于 0. 4* (2*31 -8*arccos (0. 5*a/ra))。根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件對(duì)的齒頂區(qū)域的數(shù)目?jī)?yōu)選地等于6并且特別優(yōu)選地等于 8。根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件的齒頂區(qū)域的數(shù)目?jī)?yōu)選地等于2并且特別優(yōu)選地等于4。由邊緣區(qū)域和齒根區(qū)域構(gòu)成的螺桿輪廓區(qū)域的角度之和優(yōu)選地大于2* π /3。在根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件的情況下，生成的螺桿輪廓單獨(dú)地被構(gòu)型。尤其是，形成 齒頂區(qū)域邊界的邊緣被成圓形。根據(jù)本發(fā)明能夠高效地在同時(shí)小心翼翼地處理產(chǎn)品的情況下被擠出的塑性材料 例如是懸浮液、糊狀物、玻璃、陶瓷材料、熔體形式的金屬、塑料、塑料熔體、聚合物溶液、彈 性體和橡膠材料。優(yōu)選地采用塑料和聚合物溶液，特別優(yōu)選地是熱塑性聚合物。作為熱塑性聚合物 優(yōu)選地采用以下系列中的至少一個(gè)聚碳酸酯、聚酰胺、聚酯、尤其是聚對(duì)苯二甲酸丁二酯 和聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚醚、熱塑性聚氨酯、聚縮醛、含氟聚合物、尤其是聚偏氟乙烯、聚 醚砜、聚烯烴、尤其是聚乙烯和聚丙烯、聚酰亞胺、聚丙烯酸酯、尤其是聚(甲基)丙烯酸甲酯 (PolyOnethyDmethacrylat)、聚苯醚、聚苯硫醚、聚醚酮、聚芳醚酮、苯乙烯聚合物、尤其是 聚苯乙烯、苯乙烯共聚物、尤其是苯乙烯一丙烯腈共聚物和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共 聚物和聚氯乙烯。同樣優(yōu)選地采用所列舉的塑料的所謂的共混物，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)將所 述共混物理解為兩種或多種塑料的組合。其它優(yōu)選的進(jìn)料材料是橡膠。作為橡膠優(yōu)選地采用了以下系列中的至少一個(gè)丁 苯橡膠、天然橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠、三元乙丙橡膠、乙丙橡膠、丁腈橡膠、氫化丁腈橡 膠、丁基橡膠、商化丁基橡膠、氯丁橡膠、乙烯一醋酸乙烯酯橡膠、聚氨酯橡膠、熱塑性聚氨 酯、古塔膠、丙烯酸酯橡膠、氟橡膠、硅橡膠、硫化橡膠、氯磺酰聚乙烯橡膠。自然也可能組合 所列舉的橡膠中的兩種或多種、或者將一種或多種橡膠與一種或多種塑料組合。這些熱塑性塑料和彈性體可以以純的形式或者作為與填料和尤其是如玻璃纖維 的增強(qiáng)材料的混合物、作為相互之間或與其它聚合物的混合物或者作為與常見(jiàn)的聚合物添 加劑的混合物而被采用。在優(yōu)選的實(shí)施形式中，塑性材料、尤其是聚合物熔體和聚合物熔體混合物被混合 了添加劑。這些添加劑可以作為固體、液體或溶液與聚合物共同被給到擠出機(jī)中，或者但是 至少一部分添加劑或者所有的添加劑通過(guò)側(cè)流而被輸送到擠出機(jī)中。添加劑可以給聚合物賦予多種特性。這例如可以是著色劑、色素、加工助劑、填 料、抗氧化劑、增強(qiáng)材料、紫外線(xiàn)吸收劑和光穩(wěn)定劑、金屬減活劑、過(guò)氧化物清除劑、基本穩(wěn)
14定齊 、成核劑、用作穩(wěn)定劑或抗氧化劑的苯并呋喃和吲哚啉酮、脫模劑、阻燃添加劑、抗靜電 劑、染料制劑(Faerbemittel)和熔體穩(wěn)定劑。對(duì)于這些添加劑示例性地是炭黑、玻璃纖維、 粘土、云母、石墨纖維、二氧化鈦、碳纖維、碳納米管、離子液體與天然纖維。


以下參照附圖示例性地詳細(xì)地闡述本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于此。所有附圖借助 計(jì)算機(jī)程序生成。有意義的是，使用無(wú)量綱的特征值用于生成和/或描述螺桿輪廓和螺桿元件，以 便簡(jiǎn)化到不同的擠出機(jī)結(jié)構(gòu)大小的可轉(zhuǎn)用性。軸距a適合于作為譬如長(zhǎng)度或半徑的幾何量 的參考量，因?yàn)閿D出機(jī)上的量不能被改變。對(duì)于無(wú)量綱的軸距，遵循A=a/a=l。對(duì)于螺桿輪 廓的無(wú)量綱的螺桿外半徑遵循RA=ra/a。螺桿輪廓的無(wú)量綱的內(nèi)半徑被計(jì)算為RI=ri/a。螺 桿輪廓的無(wú)量綱的螺紋深度被計(jì)算為H=h/a=RA-RI。在這些附圖中，所有幾何量都使用其無(wú)量綱的形式。所有角度以弧度為單位進(jìn)行 說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式圖Ia和2a、圖3至6、圖8和9以及圖1 分別以橫截面示出了根據(jù)本發(fā)明的螺 桿元件的螺桿輪廓的四分之一。所有這些附圖都具有相同的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)在下文中詳細(xì) 描述。xy坐標(biāo)系處于圖的中心，螺桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)位于該坐標(biāo)系的原點(diǎn)。螺桿輪廓的圓弧 通過(guò)粗實(shí)線(xiàn)表征，該粗實(shí)線(xiàn)標(biāo)有相應(yīng)的圓弧編號(hào)。圓弧的中心點(diǎn)通過(guò)小圓示出。圓弧的中 心點(diǎn)利用細(xì)實(shí)線(xiàn)不僅與相關(guān)聯(lián)的圓弧的起點(diǎn)而且與該相關(guān)聯(lián)的圓弧的終點(diǎn)相連。直線(xiàn)FP 通過(guò)細(xì)點(diǎn)劃線(xiàn)示出。螺桿外半徑RA通過(guò)細(xì)虛線(xiàn)表征，該螺桿外半徑RA的數(shù)值在該圖右下 部用四個(gè)有效位來(lái)說(shuō)明。在這些圖的右側(cè)，針對(duì)每個(gè)圓弧，半徑R、角度α和圓弧中心點(diǎn)的 χ坐標(biāo)Mx和y坐標(biāo)My分別用四個(gè)有效位來(lái)說(shuō)明。通過(guò)這些數(shù)據(jù)明確地限定了螺桿輪廓。 螺桿輪廓分別關(guān)于X軸和y軸鏡像對(duì)稱(chēng)，使得整個(gè)螺桿輪廓會(huì)通過(guò)將所示的四分之一關(guān)于 χ軸和y軸進(jìn)行鏡像而得到。在下文中將其中螺桿輪廓的四分之一由總共η個(gè)圓弧構(gòu)成的螺桿輪廓稱(chēng)作η圓螺 桿輪廓。對(duì)圖Ia和2a、圖3至6、圖8和9以及圖15a中的η圓弧螺桿輪廓的圓弧進(jìn)行編 號(hào)來(lái)使得前η/2個(gè)圓弧以升序1至η/2來(lái)逐一編號(hào)并且后η/2個(gè)圓弧以降序(η/2)’至1’ 來(lái)逐一編號(hào)。圓弧η/2和圓弧(η/2)’分別與直線(xiàn)FP相切。螺桿輪廓的每個(gè)圓弧i都與螺 桿輪廓的圓弧i’對(duì)應(yīng)。圓弧i’的半徑由軸距減圓弧i的半徑之差來(lái)計(jì)算，即R_i’ =A-R_ i。圓弧i’的角度等于圓弧i的角度，8卩a_i’ =a_i。由此得到，具有圓弧j的齒頂區(qū)域 與具有圓弧j’的齒根區(qū)域相等。此外，由此得到具有圓弧j的齒根區(qū)域與具有圓弧j’的 齒頂區(qū)域相等。圖1 圖Ia示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的雙頭螺紋的Erdmenger螺桿輪廓的四分之一， 該四分之一由4個(gè)圓弧構(gòu)造。表征Erdmenger螺桿輪廓的是半徑R_1=RA，半徑R_2=0，半 徑[2，=A=I并且半徑[1，=A-RA=RI0角度α_1、α_2、α_2，和α_1，與螺桿外半徑和 軸距相關(guān)。角度α _1等于雙頭螺紋的Erdmenger螺桿輪廓的半個(gè)頂錐角。具有雙頭螺紋的Erdmenger螺桿輪廓的螺桿元件對(duì)的頂錐角之和由此被計(jì)算為8* α _1。Erdmenger螺桿 輪廓在半徑R_2的位置具有折點(diǎn)?！罢埸c(diǎn)的大小”通過(guò)角度α _2來(lái)給定，即圓弧1至圓弧2’ 的過(guò)渡通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)角度α_2來(lái)實(shí)現(xiàn)。在圖Ia中，無(wú)量綱的螺桿外半徑為RA = 0. 54。半個(gè)頂錐角為α _1=0. 3981并且 螺桿元件對(duì)的頂錐角之和為8* α _1=3. 1847。圖Ib示例性地示出了構(gòu)造為輸送元件的螺桿元件對(duì)，所述螺桿元件的螺桿輪廓 基于圖la。在兩個(gè)輸送元件之間的間隙為S=O. 008。在兩個(gè)輸送元件和殼體之間的間隙為 D = 0.004。輸送元件的導(dǎo)程為T(mén) = 1.08。輸送元件的長(zhǎng)度為0.54，這對(duì)應(yīng)于螺桿輪廓轉(zhuǎn) 動(dòng)角度η。殼體通過(guò)在兩個(gè)輸送元件的左邊和右邊的細(xì)實(shí)線(xiàn)來(lái)示出。此外，在兩個(gè)輸送元 件的表面上示出了可能的計(jì)算網(wǎng)格，該計(jì)算網(wǎng)格可以用于計(jì)算雙軸擠出機(jī)和多軸擠出機(jī)中 的流動(dòng)。在周向上的網(wǎng)格元件的數(shù)目等于160而在軸向上的網(wǎng)格元件的數(shù)目等于80。圖Ic示出了根據(jù)圖Ib的這對(duì)螺桿元件的俯視圖。輸送元件和殼體之間的自由體 積被配備有可能的用于計(jì)算雙軸擠出機(jī)和多軸擠出器中的流動(dòng)的計(jì)算網(wǎng)格。在周向上的網(wǎng) 格元件的數(shù)目等于160而在徑向上的網(wǎng)格元件的數(shù)目等于80。兩個(gè)螺桿元件的轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過(guò) 小圓來(lái)標(biāo)記。圖2 圖加示出了根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件的優(yōu)選的螺桿輪廓的四分之一，該四分 之一由8個(gè)圓弧構(gòu)造。無(wú)量綱的螺桿外半徑為RA = 0.54。半徑R_1等于0.8206。圓弧 1距螺桿外半徑的最大無(wú)量綱距離被計(jì)算為RA-(Mx+R_l)=0. 54-(-0. 2926+0. 8206)=0. 01 2。頂錐角α _1和α _2之和等于0. 3563。齒頂區(qū)域通過(guò)圓弧3給定，該圓弧3在螺桿外 半徑上。頂錐角α _3等于0.0419。齒根區(qū)域通過(guò)圓弧3’給定，該圓弧3’在內(nèi)半徑上。 頂錐角α_3’等于0.0419。根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件對(duì)的所有齒頂區(qū)域的頂錐角之和為 8*0. 0419=0. 3352并且由此僅僅約為具有雙頭螺紋的Erdmenger螺桿輪廓的螺桿元件對(duì)的 頂錐角之和的0. 105倍。由邊緣區(qū)域和齒根區(qū)域構(gòu)成的區(qū)域的一半通過(guò)圓弧4、4’、3’、2’ 和1，給定。相關(guān)聯(lián)的側(cè)面角和槽角的加倍的和為2. 3456并且大于2* π /3。圖2b示出了根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件對(duì)垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)軸的截面，所述螺桿元件的螺 桿輪廓基于圖2a。通過(guò)將圖加中的螺桿輪廓關(guān)于χ軸進(jìn)行鏡像并且接著通過(guò)將圖加中的 螺桿輪廓和圖加中的關(guān)于χ軸鏡像過(guò)的螺桿輪廓關(guān)于y軸進(jìn)行鏡像而獲得根據(jù)本發(fā)明的 螺桿元件對(duì)的生成的螺桿輪廓。通過(guò)將生成的螺桿輪廓旋轉(zhuǎn)η/2并且接著通過(guò)沿χ軸移 位A而獲得被生成的螺桿輪廓。根據(jù)生成的螺桿輪廓得到被生成的螺桿輪廓。生成的螺桿輪廓和被生成的螺桿輪 廓可彼此互換。由兩個(gè)互相貫穿的分別具有半徑RA=O. M且距離A=I的孔得到的螺桿殼體通過(guò)細(xì) 虛線(xiàn)示出。在兩個(gè)殼體孔的貫穿部之內(nèi)，兩個(gè)孔通過(guò)細(xì)點(diǎn)劃線(xiàn)表征。兩個(gè)殼體孔的中心點(diǎn)與 螺桿輪廓的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)相同并且分別通過(guò)小圓來(lái)表征。螺桿輪廓的圓弧通過(guò)粗實(shí)線(xiàn)表征。 左邊的螺桿輪廓(生成的螺桿輪廓)的圓弧連續(xù)地被逐一編號(hào)(1-32)，其中出于清楚的原因 省去了圓弧的編號(hào)2、4、13、15、18、20、29和31。圓弧2、4、13、15、18、20、29和31分別具有 半徑0。右邊的螺桿輪廓(被生成的螺桿輪廓)的圓弧連續(xù)地被逐一編號(hào)(1’ -32’)，其中出 于清楚的原因省去了圓弧的編號(hào)5，、7，、10，、12，、21，、23，、26，和28，。圓弧5，、7，、10，、 12’、21’、23’、26’和28’分別具有半徑0。生成的和被生成的螺桿輪廓的齒頂區(qū)域或者齒
16根區(qū)域的起始和結(jié)束通過(guò)細(xì)實(shí)線(xiàn)表征。生成的螺桿輪廓的每個(gè)圓弧i都與被生成的螺桿輪廓的圓弧i’對(duì)應(yīng)。圓弧’的 半徑由軸距減圓弧i的半徑之差、即R_i’ =A-R_i來(lái)計(jì)算。圓弧i’的角度等于圓弧i的角 度，g卩a_i’=a_i.由此得到，生成的螺桿輪廓的齒頂區(qū)域等于被生成的螺桿輪廓的齒根 區(qū)域。此外由此得到，生成的螺桿輪廓的齒根區(qū)域等于被生成的螺桿輪廓的齒頂區(qū)域。生成的螺桿輪廓由4個(gè)齒頂區(qū)域1Λ1、kb2, kb3和1Λ4構(gòu)成。被生成的螺桿輪廓 由4個(gè)齒根區(qū)域nbl，、rA2，、nb3，和nb4，構(gòu)成，這些齒根區(qū)域nbl，、ιΛ2，、nb3，和nb4，與 生成的螺桿輪廓的4個(gè)齒頂區(qū)域?qū)?yīng)。齒頂區(qū)域1Λ1由圓弧3構(gòu)成。齒頂區(qū)域1Λ2由圓弧 14構(gòu)成。齒頂區(qū)域1Λ3由圓弧19構(gòu)成。齒頂區(qū)域1Λ4由圓弧30構(gòu)成。齒根區(qū)域nbl，由 圓弧3’構(gòu)成。齒根區(qū)域nb2’由圓弧14’構(gòu)成。齒根區(qū)域nb3’由圓弧19’構(gòu)成。齒根區(qū) 域nb4，由圓弧30，構(gòu)成。生成的螺桿輪廓由4個(gè)齒根區(qū)域nbl、nb2、nb3和nb4構(gòu)成。被生成的螺桿輪廓 由4個(gè)齒頂區(qū)域kbl，、kb2，、kb3，和kb4，構(gòu)成，這些齒頂區(qū)域kbl，、kb2，、kb3，和kb4，與 生成的螺桿輪廓的4個(gè)齒根區(qū)域?qū)?yīng)。齒根區(qū)域nbl由圓弧6構(gòu)成。齒根區(qū)域nb2由圓弧 11構(gòu)成。齒根區(qū)域nb3由圓弧22構(gòu)成。齒根區(qū)域nb4由圓弧27構(gòu)成。齒頂區(qū)域1ΛΓ由 圓弧6，構(gòu)成。齒頂區(qū)域1Λ2，由圓弧11，構(gòu)成。齒頂區(qū)域1Λ3，由圓弧22’構(gòu)成。齒頂區(qū) 域kb4，由圓弧27，構(gòu)成。圖2b中所示的這對(duì)根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件的齒頂區(qū)域的數(shù)目總共為8并且根據(jù) 本發(fā)明大于4。所有齒頂區(qū)域的頂錐角之和為8*0. 0419=0. 3352并且由此僅僅約為帶有雙 頭螺紋的Erdmenger螺桿輪廓的螺桿元件對(duì)的頂錐角之和的0. 105倍。生成的螺桿輪廓的第一區(qū)域由圓弧4至13構(gòu)成，該生成的螺桿輪廓的第一區(qū)域由 邊緣區(qū)域和齒根區(qū)域構(gòu)成，并且在該生成的螺桿輪廓的第一區(qū)域中，側(cè)面角和槽角之和大 于π/2、優(yōu)選地大于2* π/3。側(cè)面角和槽角之和為2. 3456并且大于2* π/3。生成的螺桿 輪廓的第二區(qū)域由圓弧20至四構(gòu)成，該生成的螺桿輪廓的第二區(qū)域由邊緣區(qū)域和齒根區(qū) 域構(gòu)成，并且在該生成的螺桿輪廓的第二區(qū)域中，側(cè)面角和槽角之和大于η/2、優(yōu)選地大于 2* π /3。側(cè)面角和槽角之和為2. 3456并且大于2* Ji /3。被生成的螺桿輪廓的第一區(qū)域由圓弧12’至21’構(gòu)成，該被生成的螺桿輪廓的第 一區(qū)域由邊緣區(qū)域和齒根區(qū)域構(gòu)成，并且在該被生成的螺桿輪廓的第一區(qū)域中，側(cè)面角和 槽角之和大于η /2、優(yōu)選地大于2* π /3。側(cè)面角和槽角之和為2. 3456并且大于2* π /3。 被生成的螺桿輪廓的第二區(qū)域由圓弧28’至32’和1’至5’構(gòu)成，該被生成的螺桿輪廓的 第二區(qū)域由邊緣區(qū)域和齒根區(qū)域構(gòu)成，并且在被生成的螺桿輪廓的第二區(qū)域中，側(cè)面角和 槽角之和大于η /2、優(yōu)選地大于2* π /3。側(cè)面角和槽角之和為2. 3456并且大于2* π /3。圖3 圖3a和北分別示出了根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件的另一優(yōu)選的螺桿輪廓的四 分之一，該四分之一分別由8個(gè)圓弧構(gòu)造。在圖3a和北中，螺桿外半徑分別為RA=O. 54. 在圖3a中，半徑[1等于0.6976，而在圖北中，半徑[1等于0. 9995。在圖3a中，圓弧1 距螺桿外半徑的最大無(wú)量綱距離被計(jì)算為0. 008，而在圖北中，圓弧1距螺桿外半徑的最大 無(wú)量綱距離被計(jì)算為0.016。頂錐角α_1和α _2之和在這兩個(gè)圖中均等于0.3563。齒頂 區(qū)域在這兩個(gè)圖中通過(guò)圓弧3給定，該圓弧3在所有情況下在螺桿外半徑上。頂錐角α_3 在所有情況下等于0.0419。齒根區(qū)域在這兩個(gè)圖中分別通過(guò)圓弧3’給定，該圓弧3’在所有情況下在內(nèi)半徑上。槽角α _3’在所有情況下等于0.0419。根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件對(duì)的 所有齒頂區(qū)域的頂錐角之和對(duì)于圖3a和北而言分別為8*0. 0419=0. 3352并且由此僅僅約 為帶有雙頭螺紋的Erdmenger螺桿輪廓的螺桿元件對(duì)的頂錐角之和的0. 105倍。由邊緣區(qū) 域和齒根區(qū)域構(gòu)成的區(qū)域的一半在所有情況下通過(guò)圓弧4、4’、3’、2’和1’給定。相關(guān)聯(lián)的 側(cè)面角和槽角的加倍的和在所有情況下為2. 3456并且大于2* π /3。通過(guò)改變半徑R_1和通過(guò)使圓弧1的中心點(diǎn)的χ坐標(biāo)Mx_l移位能在齒頂區(qū)域的 頂錐角保持恒定的情況下調(diào)節(jié)圓弧1距螺桿外半徑的最大無(wú)量綱距離。圖4 圖如和4b分別示出了根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件的另一優(yōu)選的螺桿輪廓的四 分之一，該四分之一在所有情況下由8個(gè)圓弧構(gòu)造。在圖如和4b中，螺桿外半徑分別為 RA=O. 54。半徑R_1在圖4a中等于0.6990而在圖4b中等于0.9981。在圖4a中，圓弧1距 螺桿外半徑的最大無(wú)量綱距離被計(jì)算為0. 004，而在圖4b中，該圓弧1距螺桿外半徑的最 大無(wú)量綱距離被計(jì)算為0.008。頂錐角α_1和α _2之和在這兩個(gè)圖中都等于0.2531。齒 頂區(qū)域在這兩個(gè)圖中都通過(guò)圓弧3給定，該圓弧3在所有情況下在螺桿外半徑上。頂錐角 α _3在所有情況下等于0. 1450。齒根區(qū)域在這兩個(gè)圖中分別通過(guò)圓弧3’給定，該圓弧3’ 在所有情況下在內(nèi)半徑上。槽角α _3’在所有情況下等于0. 1450。根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件 對(duì)的所有齒頂區(qū)域的頂錐角之和對(duì)于圖如和4b而言分別為8*0. 1450=1. 1600并且由此僅 僅約為帶有雙頭螺紋的Erdmenger螺桿輪廓的螺桿元件對(duì)的頂錐角之和的0. 364倍。由邊 緣區(qū)域和齒根區(qū)域構(gòu)成的區(qū)域的一半在所有情況下通過(guò)圓弧4、4’、3’、2’和1’給定。相關(guān) 聯(lián)的側(cè)面角和槽角的加倍的和在所有情況下為2. 3456并且大于2* π /3。通過(guò)改變半徑R_1和通過(guò)使圓弧1的中心點(diǎn)的χ坐標(biāo)Mx_l移位，能在齒頂區(qū)域的 頂錐角保持恒定的情況下調(diào)節(jié)圓弧1距螺桿外半徑的最大無(wú)量綱距離。結(jié)合圖3a和北變 得清楚的是，也可以調(diào)節(jié)齒頂區(qū)域的頂錐角。直觀地，尤其通過(guò)如下方式可以獲得根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件的螺桿輪廓選擇圓 弧1的χ坐標(biāo)Mx_l和半徑R_1并且由此從雙頭螺紋的Erdmenger螺桿輪廓的齒頂區(qū)域“除 去”一區(qū)域。為了保證自清潔，接著在雙頭螺紋的Erdmenger螺桿輪廓的齒根區(qū)域中又必須 “補(bǔ)充”一區(qū)域。這通過(guò)圓弧2’和1’實(shí)現(xiàn)。通過(guò)自由選擇齒頂區(qū)域的頂錐角的大小可以有目的地調(diào)節(jié)在根據(jù)本發(fā)明的螺桿 元件中的產(chǎn)品熱負(fù)荷并且相對(duì)于雙頭螺紋的Erdmenger螺桿輪廓降低了在根據(jù)本發(fā)明的 螺桿元件中的產(chǎn)品熱負(fù)荷?？傊?，降低了能量輸入而提高了用于壓力建立的效率。此外，圖3a和4b的特征在于圓弧1的起點(diǎn)的位置和圓弧1’的終點(diǎn)的位置分別 相同。通過(guò)將圖3a關(guān)于χ軸鏡像并且通過(guò)將鏡像過(guò)的圖3a和圖4b關(guān)于y軸鏡像而且通過(guò) 將圖4b、關(guān)于y軸鏡像過(guò)的圖4b、關(guān)于χ軸和y軸鏡像過(guò)的圖3a以及關(guān)于χ軸鏡像過(guò)的圖 3a中的螺桿輪廓組合得到了根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件的螺桿輪廓，其中齒頂區(qū)域的頂錐角大 小不同。允許的是，螺桿輪廓的每個(gè)四分之一和由此相應(yīng)的齒頂區(qū)域的頂錐角彼此獨(dú)立地 被構(gòu)型并且被組合成根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件的螺桿輪廓，只要圓弧1的起點(diǎn)和圓弧1’的終 點(diǎn)分別相同。圖5 圖如至5d分別示出了根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件的另一優(yōu)選的螺桿輪廓的 四分之一，該四分之一在所有情況下由8個(gè)圓弧構(gòu)造。在圖如至5(1中，螺桿外半徑分別 為RA=O. M。半徑R_1在這四個(gè)圖中分別等于0. 95并且距螺桿外半徑的最大無(wú)量綱距離分別被計(jì)算為0. 0075。在這四個(gè)圖中，齒頂區(qū)域通過(guò)圓弧3給定，該圓弧3在所有情況 下在螺桿外半徑上。頂錐角α _3在0.0461到0.1458之間變化。齒根區(qū)域在這四個(gè)圖 中分別通過(guò)圓弧3’給定，該圓弧3’在所有情況下在內(nèi)半徑上。槽角α_3’在0.0461到 0. 1458之間變化。根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件對(duì)的所有齒頂區(qū)域的頂錐角之和對(duì)于圖如至5(1 而言在8*0. 0461=0. 3688到8*0. 1458=1. 1664之間變化并且由此僅約為帶有雙頭螺紋的 Erdmenger螺桿輪廓的螺桿元件對(duì)的頂錐角之和的0. 116倍到0. 366倍。由邊緣區(qū)域和齒 根區(qū)域構(gòu)成的區(qū)域的一半在所有情況下通過(guò)圓弧4、4’、3’、2’和1’給定。相關(guān)聯(lián)的側(cè)面角 和槽角的加倍的和在2. 3456到2. 4626之間變化并且在所有情況下大于2* π /3。在圖fe中，齒頂區(qū)域以折點(diǎn)開(kāi)始并且以該折點(diǎn)結(jié)束，即圓弧2和4分別具有為0 的半徑。在圖恥中，齒頂區(qū)域以成圓形的部分(Abrimdimg)開(kāi)始并且以折點(diǎn)結(jié)束，即圓弧2 具有大于0的半徑而圓弧4具有為0的半徑。在圖5c中，齒頂區(qū)域以折點(diǎn)開(kāi)始并以成圓形 的部分結(jié)束，即圓弧2具有為0的半徑并且圓弧4具有大于0的半徑。在圖5d中，齒頂區(qū) 域以成圓形的部分開(kāi)始并且以該成圓形的部分結(jié)束，即圓弧2和4分別具有大于0的半徑。通過(guò)旋轉(zhuǎn)單倍的或多倍的π /2和/或通過(guò)關(guān)于χ軸和/或y軸進(jìn)行鏡像，可以將 圖如至5(1組合成根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件的其它的優(yōu)選的螺桿輪廓。由此，例如可能的是， 生成根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件的螺桿輪廓，該螺桿輪廓的齒頂區(qū)域大小不同。由此，例如此外 還可能的是，生成根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件的如下的螺桿輪廓該螺桿輪廓的齒頂區(qū)域在螺 桿元件的轉(zhuǎn)動(dòng)方向上被成圓形或者該螺桿輪廓的齒頂區(qū)域逆著螺桿元件的轉(zhuǎn)動(dòng)方向被成 圓形。以下將以圖5d中的螺紋輪廓的區(qū)段為例闡述用于生成平面的、緊密?chē)Ш系?、自?潔的并且同向轉(zhuǎn)動(dòng)的、螺紋頭數(shù)為ζ的螺桿輪廓的方法。根據(jù)本發(fā)明，螺桿輪廓和由此螺桿輪廓的所示出的區(qū)段也處于一個(gè)平面中。出于 簡(jiǎn)潔的原因，該平面被置于笛卡爾坐標(biāo)系的xy平面中。同樣，出于簡(jiǎn)潔原因，螺桿輪廓的轉(zhuǎn) 動(dòng)點(diǎn)被置于笛卡爾坐標(biāo)系的原點(diǎn)(x=0，y=0)。螺紋頭數(shù)ζ根據(jù)本發(fā)明被選擇為ζ大于或等于1。在本例中，螺紋頭數(shù)被選擇為 z=2。螺桿輪廓的圓弧數(shù)目η被選擇為η為4 的整數(shù)多倍ρ。在本例中，圓弧數(shù)目被選擇 為n=32，由此得到p=4。螺桿輪廓的無(wú)量綱的螺桿外半徑RA被選擇為使得該無(wú)量綱的螺桿 外半徑RA大于0且小于或等于無(wú)量綱的軸距A。在本例中，螺桿輪廓的無(wú)量綱的螺桿外半 徑被選擇為RA=O. M。螺桿輪廓的無(wú)量綱的內(nèi)半徑RI被選擇為使得該無(wú)量綱的內(nèi)半徑RI 大于或等于0且小于或等于無(wú)量綱的螺桿外半徑RA。在本例中，螺桿輪廓的無(wú)量綱的內(nèi)半 徑被選擇為RI=A-RA=O. 46。螺桿輪廓的圓弧可以順時(shí)針?lè)较虻鼗蛘吣鏁r(shí)針?lè)较虻貒@螺桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)軸布 置。在本例中，圓弧逆時(shí)針?lè)较虻貒@螺桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)軸布置。螺桿輪廓被分成2 個(gè)區(qū)段，這些區(qū)段的特征在于，每個(gè)區(qū)段都通過(guò)兩條直線(xiàn)形 成邊界，這兩條直線(xiàn)彼此形成單位為弧度的η/ζ的角度并且在螺桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)相交，其 中這兩條直線(xiàn)被稱(chēng)作區(qū)段邊界(Abschnittsgrenzen)。在本例中得到的是，將螺桿輪廓?jiǎng)澐?成四個(gè)區(qū)段。出于簡(jiǎn)潔的原因，所有區(qū)段邊界被置于坐標(biāo)系的χ軸和y軸上。在本例中，下 面僅僅考慮螺桿輪廓的在正χ方向和正1方向上的區(qū)段。螺桿輪廓的區(qū)段被劃分成第一部分和第二部分，其中第一部分由ρ個(gè)圓弧構(gòu)成而第二部分由P’個(gè)圓弧構(gòu)成，其中P’ =P。在本例中得到的是，P’ =4。螺桿輪廓的區(qū)段的第 一部分的圓弧可以以升序或以降序來(lái)編號(hào)。螺桿輪廓的區(qū)段的第二部分的圓弧以與螺桿輪 廓的區(qū)段的第一部分的圓弧相反的順序被編號(hào)。在本例中，螺桿輪廓的區(qū)段的第一部分的 圓弧以升序編號(hào)，而螺桿輪廓的區(qū)段的第二部分的圓弧相對(duì)應(yīng)地以降序編號(hào)。螺桿輪廓的區(qū)段的第一部分的第一圓弧的角度α_1被選擇為使得以弧度為單位 的該角度α _1大于或等于0且小于或等于πΛ2^)。在本例中，第一圓弧的角度被選擇 為α_1=0. 1222。螺桿輪廓的區(qū)段的第一部分的第一圓弧的無(wú)量綱的半徑R_1被選擇為使 得該無(wú)量綱的半徑R_1大于或者等于0且小于或者等于軸距A。在本例中，第一圓弧的無(wú)量 綱的半徑被選擇為R_1=0. 9500。螺桿輪廓的區(qū)段的第一部分的第一圓弧的位置被選擇為 使得該第一圓弧在具有無(wú)量綱的螺桿外半徑RA和無(wú)量綱的內(nèi)半徑RI的圓環(huán)的邊界之內(nèi)或 之上，該圓環(huán)的圓心在螺桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)上。該位置優(yōu)選地通過(guò)對(duì)第一圓弧的起點(diǎn)和中心 點(diǎn)進(jìn)行定位來(lái)確定。第一圓弧的起點(diǎn)和中心點(diǎn)在區(qū)段邊界之一上，由此根據(jù)中心點(diǎn)和無(wú)量 綱的半徑R_1的位置得到起點(diǎn)。在本例中，第一圓弧的中心點(diǎn)被置于坐標(biāo)Μχ_1=-0. 4175， My_l=0. 0000上并且起點(diǎn)由此在坐標(biāo)x=0. 5325，y=0. 0000上。螺桿輪廓的區(qū)段的第一部分的其它p-2個(gè)圓弧(即其它兩個(gè)圓弧)的角度
α_2.....α_(ρ-1)被選擇為使得以弧度為單位的這些角度大于或等于0且小于或等于
π/(2*ζ)0在本例中，其它兩個(gè)圓弧的角度被選擇為α_2=0. 1712和α_3=0.0461。螺桿
輪廓的區(qū)段的第一部分的其它兩個(gè)圓弧的無(wú)量綱的半徑R_2.....R_(p-1)被選擇為使得
這些無(wú)量綱的半徑R_2.....R_ (p-1)大于或者等于0并且小于或等于無(wú)量綱的軸距Α。在
本例中，其它兩個(gè)圓弧的無(wú)量綱的半徑被選擇為R_2=0. 2414和R_3=0. M00。根據(jù)布置規(guī) 則，圓弧被布置為使得這些圓弧彼此相切地過(guò)渡，使得得到閉合的凸?fàn)盥輻U輪廓，其中無(wú)量 綱的半徑等于0的圓弧優(yōu)選地如無(wú)量綱的半徑等于eps的圓弧那樣被處理，其中印s是非 常小的趨向于0的正實(shí)數(shù)(印s l，印s —0)。由該布置規(guī)則得出，圓弧的終點(diǎn)等于其隨 后的圓弧的起點(diǎn)。在第一圓弧與隨后的第二圓弧之間的所要求的相切過(guò)渡通過(guò)如下方式 來(lái)滿(mǎn)足該隨后的第二圓弧的中心點(diǎn)置于通過(guò)第一圓弧的終點(diǎn)和中心點(diǎn)給定的直線(xiàn)上，使 得該隨后的第二圓弧的中心點(diǎn)距該第一圓弧的終點(diǎn)的距離等于該隨后的第二圓弧的半徑 并且螺桿輪廓是凸?fàn)畹摹０霃降扔?的圓弧優(yōu)選地如具有非常小的半徑eps (其中印s趨 向于0)的圓弧那樣被處理，使得能繼續(xù)構(gòu)造相切過(guò)渡?？商鎿Q地，半徑等于0的圓弧可以 被處理為使得螺桿輪廓在該圓弧的位置處具有折點(diǎn)，其中折點(diǎn)的大小通過(guò)該圓弧的角度給 定。在本例中，由所描述的布置規(guī)則得到其它兩個(gè)圓弧的中心點(diǎn)的如下位置Mx_2=0. 2859, My_2=0. 0864和Mx_3=0. 0000, My_3=0. 0000。第3圓弧在無(wú)量綱的螺桿外半徑RA上并且 滿(mǎn)足以下布置規(guī)則至少一個(gè)圓弧與無(wú)量綱的螺桿外半徑RA相切。根據(jù)本發(fā)明由此得到螺桿輪廓的區(qū)段的第一部分的最后的圓弧的角度α_4 螺 桿輪廓的該區(qū)段的第一部分的四個(gè)圓弧的以弧度為單位的角度之和等于πΛ2^)，其中單 位為弧度的角度α _4大于或等于0且小于或等于πΛ2^)。在本例中，最后的圓弧的角 度為α_4=0.4459。螺桿輪廓的該區(qū)段的第一部分的最后的圓弧的無(wú)量綱的半徑R_4根據(jù) 本發(fā)明由此得到最后的圓弧的終點(diǎn)與直線(xiàn)FP相切于一點(diǎn)，其中直線(xiàn)FP垂直于該區(qū)段的兩 個(gè)區(qū)段邊界的角平分線(xiàn)并且朝向該區(qū)段方向具有距螺桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)的等于半個(gè)軸距的 距離，其中角平分線(xiàn)如區(qū)段邊界那樣通過(guò)螺桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)。直線(xiàn)FP在圖5d中被繪制為點(diǎn)劃線(xiàn)。螺桿輪廓的區(qū)段的第一部分的第4圓弧通過(guò)如下方式來(lái)構(gòu)造在第3圓弧的終點(diǎn) 處作第3圓弧的切線(xiàn)，該切線(xiàn)與直線(xiàn)FP的交點(diǎn)是半徑等于在第3圓弧的終點(diǎn)和該切線(xiàn)與直 線(xiàn)FP的交點(diǎn)之間的距離的長(zhǎng)度的圓的圓心，并且該圓與直線(xiàn)FP的朝向所選的順時(shí)針?lè)较?的方向的交點(diǎn)為第4圓弧的終點(diǎn)與直線(xiàn)FP的所尋找的接觸點(diǎn)。在第4圓弧的終點(diǎn)處向直 線(xiàn)FP作垂線(xiàn)。該垂線(xiàn)與通過(guò)第3圓弧的終點(diǎn)和中心點(diǎn)給定的直線(xiàn)的交點(diǎn)是第4圓弧的中 心點(diǎn)。在本例中，第4圓弧的中心點(diǎn)的位置被計(jì)算為Mx_4=3858，My_4=0. 1362，并且第4圓 弧的無(wú)量綱的半徑為R_4=0. 1309。螺桿輪廓的區(qū)段的第二部分的角度α_ρ’、…、α_1'通過(guò)如下方式來(lái)確定該區(qū) 段的第二部分的第j’圓弧的角度a _j’等于該區(qū)段的第一部分的第j圓弧的角度a_j，其 中j和j’是共同遍歷在1直至圓弧數(shù)目P或P’的范圍中的所有值的整數(shù)(α_Γ =α_1、···、 a_p' =a_p)D在本例中，該區(qū)段的第二部分的角度被計(jì)算為α_Γ=α_1=0.1222、 α _2，= α _2=0· 1712、α _3，= α _3=0· 0461 以及 α _4，= α _4=0· 4459。螺桿輪廓的區(qū)段的第二部分的無(wú)量綱的半徑R_p’、《"、R_l’通過(guò)如下方式來(lái)確定 區(qū)段的第二部分的第j’圓弧的無(wú)量綱的半徑R_j’與區(qū)段的第一部分的第j圓弧的無(wú)量綱 的半徑R_j之和等于無(wú)量綱的軸距A，其中j和j’是共同遍歷在1直至圓弧數(shù)目ρ或ρ’的 范圍中的所有值的整數(shù)([1’+[1=々=1、《"、1 _ ’+1 _ =4=1)。在本例中，該區(qū)段的第二部分 的無(wú)量綱的半徑被計(jì)算為 R_l，=A-R_1=0. 0500、R_2，=A-R_2=0. 7586、R_3，=A-R_3=0. 4600 和 R_4，=A-R_4=0. 8691。螺桿輪廓的區(qū)段的第二部分的圓弧的位置根據(jù)本發(fā)明由此得到圓弧彼此相切地 過(guò)渡并且螺桿輪廓是凸?fàn)畹?。在本例中，得到螺桿輪廓的區(qū)段的第二部分的四個(gè)圓弧的中 心點(diǎn)的隨后的坐標(biāo):Mx_l‘ =0. 0000，My_l' =0. 4175、Mx_2，=- 0. 0864，My_2' =-0. 2859, Mx_3，=0. 0000，My_3' =0. 0000 和 Mx_4，= - 0. 1362，My_4' =-0. 3858。螺桿輪廓的區(qū)段 的第二部分的第3圓弧在無(wú)量綱的內(nèi)半徑RI上并且如下布置規(guī)則被滿(mǎn)足至少一個(gè)圓弧與 無(wú)量綱的內(nèi)半徑RI相切。圖6 圖6a至6c分別示出了根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件的另一優(yōu)選的螺桿輪廓的四 分之一，該四分之一在所有情況下由8個(gè)圓弧構(gòu)造。在圖6a中，螺桿外半徑為RA=O. 58，在 圖乩中適用RA=O. 56以及在圖6c中為RA=O. 52。在圖6a至6c中，圓弧1距螺桿外半徑 的最大無(wú)量綱的距離在0. 006到0. 02之間變化。在這三個(gè)圖中，齒頂區(qū)域通過(guò)圓弧3給 定，該圓弧3在所有情況下在螺桿外半徑上。頂錐角α _3在0. 0270到0. 0698之間變化。 齒根區(qū)域在這四個(gè)圖中分別通過(guò)圓弧3’給定，該圓弧3’在所有情況下在內(nèi)半徑上。槽角 α _3’在0. 0270到0. 0698之間變化。根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件對(duì)的所有齒頂區(qū)域的頂錐角 之和對(duì)于圖 6a 至 6c 而言在 8*0. 0270=0. 2160 (RA=O. 58)到 8*0. 0698=0. 5584 (RA=O. 56) 之間變化并且由此僅約為帶有雙頭螺紋的Erdmenger螺桿輪廓的螺桿元件對(duì)的頂錐角之 和的0. 106倍(RA=O. 58)到0. 219倍(RA=O. 56)。由邊緣區(qū)域和齒根區(qū)域構(gòu)成的區(qū)域的一 半在所有情況下通過(guò)圓弧4、4’、3’、2’和1’給定。相關(guān)聯(lián)的側(cè)面角和槽角的加倍的和在 2.1272 (RA=O. 52)到2. 6338 (RA=O. 58)之間并且在所有情況下大于2* π/3。圖7 圖7示出了垂直于優(yōu)選的一對(duì)根據(jù)本發(fā)明的具有不對(duì)稱(chēng)的螺桿輪廓的螺桿 元件的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的截面。由兩個(gè)相互貫穿的分別具有半徑RA=O. 54和距離A=I的孔得到的螺 桿殼體通過(guò)細(xì)虛線(xiàn)示出。在兩個(gè)殼體孔的貫穿部之內(nèi)，兩個(gè)孔通過(guò)細(xì)點(diǎn)劃線(xiàn)表征。兩個(gè)殼
21體孔的中心點(diǎn)與螺桿輪廓的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)相同并且分別通過(guò)小圓來(lái)表征。兩個(gè)螺桿輪廓的各 32個(gè)圓弧通過(guò)粗實(shí)線(xiàn)表征。左邊的螺桿輪廓(生成的螺桿輪廓)的圓弧連續(xù)地被逐一編號(hào) (1-16)，其中出于清楚的原因省去了圓弧的編號(hào)17至32。右邊的螺桿輪廓(被生成的螺桿 輪廓)的圓弧連續(xù)地被逐一編號(hào)(1’ -16’)，其中出于清楚的原因省去了圓弧的編號(hào)17’至 32’。相應(yīng)的前16個(gè)圓弧的中心點(diǎn)通過(guò)小圓示出。相應(yīng)的前16個(gè)圓弧的中心點(diǎn)用細(xì)實(shí)線(xiàn) 既與相關(guān)聯(lián)的圓弧的起點(diǎn)又與相關(guān)聯(lián)的圓弧的終點(diǎn)相連。在該圖下部，針對(duì)每個(gè)圓弧，半徑 R、角度α和圓弧中心點(diǎn)的χ坐標(biāo)Mx和y坐標(biāo)My分別用四個(gè)有效位來(lái)說(shuō)明。通過(guò)這些數(shù) 據(jù)明確地限定了該螺桿輪廓。盡管針對(duì)每個(gè)螺桿輪廓將詳細(xì)示出的圓弧減小到16個(gè)，但由于借助計(jì)算機(jī)程序 來(lái)生成圖而造成部分會(huì)出現(xiàn)圓弧的編號(hào)重疊，參見(jiàn)例如圓弧6和7以及圓弧14’和15’。 盡管各個(gè)編號(hào)的部分可讀性差，但輪廓的結(jié)構(gòu)在上下文中結(jié)合本說(shuō)明書(shū)仍舊清楚。生成的螺桿輪廓由4個(gè)齒頂區(qū)域構(gòu)成。生成的螺桿輪廓的齒頂區(qū)域由圓弧1、12、 17和觀構(gòu)成。在兩個(gè)與圓弧1和觀相關(guān)聯(lián)的齒頂區(qū)域之間的邊緣區(qū)域大于在兩個(gè)與圓弧 12和17相關(guān)聯(lián)的齒頂區(qū)域之間的邊緣區(qū)域。被生成的螺桿輪廓由4個(gè)齒根區(qū)域構(gòu)成，這4 個(gè)齒根區(qū)域與生成的螺桿輪廓的4個(gè)齒頂區(qū)域?qū)?yīng)。被生成的螺桿輪廓的齒根區(qū)域由圓弧 1，、12，、17，和 28，構(gòu)成。生成的螺桿輪廓由4個(gè)齒根區(qū)域構(gòu)成。被生成的螺桿輪廓由4個(gè)齒頂區(qū)域構(gòu)成， 這4個(gè)齒頂區(qū)域與生成的螺桿輪廓的4個(gè)齒根區(qū)域?qū)?yīng)。生成的螺桿輪廓的齒根區(qū)域由圓 弧4、9、20和25構(gòu)成。被生成的螺桿輪廓的齒頂區(qū)域由圓弧4’、9’、20’和25’構(gòu)成。圖7中所示的這對(duì)根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件的齒頂區(qū)域的數(shù)目總共為8并且根據(jù)本 發(fā)明大于4。所有齒頂區(qū)域的頂錐角之和為4*0. 0419+4*0. 1450=0. 7476并且由此僅僅約為 具有帶有相對(duì)應(yīng)的螺桿外半徑的雙頭螺紋的Erdmenger螺桿輪廓的螺桿元件對(duì)的頂錐角 之和的0. 235倍。生成的螺桿輪廓的第一區(qū)域由圓弧2至11構(gòu)成，該生成的螺桿輪廓的第一區(qū)域由 邊緣區(qū)域和齒根區(qū)域構(gòu)成，并且在該生成的螺桿輪廓的第一區(qū)域中，側(cè)面角和槽角之和大 于π/2、優(yōu)選地大于2* π/3。側(cè)面角和槽角之和為2. 3456并且大于2* π/3。生成的螺桿 輪廓的第二區(qū)域由圓弧18至27構(gòu)成，該生成的螺桿輪廓的第二區(qū)域由邊緣區(qū)域和齒根區(qū) 域構(gòu)成，并且在該生成的螺桿輪廓的第二區(qū)域中，側(cè)面角和槽角之和大于η/2、優(yōu)選地大于 2* π /3。側(cè)面角和槽角之和為2. 3456并且大于2* Ji /3。被生成的螺桿輪廓的第一區(qū)域由圓弧10’至19’構(gòu)成，該被生成的螺桿輪廓的第 一區(qū)域由邊緣區(qū)域和齒根區(qū)域構(gòu)成，并且在該被生成的螺桿輪廓的第一區(qū)域中，側(cè)面角和 槽角之和大于η/2、優(yōu)選地大于2* π/3。側(cè)面角和槽角之和為2. 1709并且大于2* π/3。 被生成的螺桿輪廓的第二區(qū)域由圓弧26’至32’和1’至3’構(gòu)成，該被生成的螺桿輪廓的 第二區(qū)域由邊緣區(qū)域和齒根區(qū)域構(gòu)成，并且在該被生成的螺桿輪廓的第二區(qū)域中，側(cè)面角 和槽角之和大于η /2、優(yōu)選地大于2* π /3。側(cè)面角和槽角之和為2. 5199并且大于2* π /3。直觀地，尤其可以通過(guò)如下方式獲得根據(jù)圖7的根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件的螺桿輪 廓(對(duì)稱(chēng)的)螺桿輪廓的第一四分之一的邊緣區(qū)域和齒根區(qū)域關(guān)于y軸鏡像。(對(duì)稱(chēng)的)螺 桿輪廓的第二四分之一的邊緣區(qū)域和齒根區(qū)域關(guān)于y軸鏡像并且順時(shí)針?lè)较虻鼗蛘吣鏁r(shí) 針?lè)较虻貒@螺桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)在η至Ji-[ji/2-2*arCCOS(0. 5*A/RA)]的范圍中轉(zhuǎn)動(dòng)。
22方括號(hào)中的項(xiàng)等于帶有雙頭螺紋的Erdmenger螺桿輪廓的螺桿元件的頂錐角。在圖7中選擇根據(jù)圖4b的第一四分之一的邊緣區(qū)域和齒根區(qū)域。圖7中的圓弧 2、3、4、5和6對(duì)應(yīng)于圖4b中的圓弧4、4’、3’、2’和1’。第二四分之一的邊緣區(qū)域和齒根區(qū) 域基于圖加。圓弧18、19、20、21和22對(duì)應(yīng)于圖加中的圓弧4、4，、3，、2，和1，。在兩個(gè)邊 緣區(qū)域和齒根區(qū)域之間的區(qū)域通過(guò)齒頂區(qū)域或者通過(guò)齒頂區(qū)域和邊緣區(qū)域序列、優(yōu)選地通 過(guò)齒頂區(qū)域-邊緣區(qū)域-齒頂區(qū)域序列來(lái)補(bǔ)充，使得得到閉合的螺桿輪廓。這樣的區(qū)域在 下文被稱(chēng)作閉合區(qū)域。相對(duì)于螺桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)的在閉合區(qū)域的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的角度被 稱(chēng)作閉合角。在圖7中，第一閉合區(qū)域由圓弧12、13、14、15、16和17構(gòu)成，該第一閉合區(qū)域由齒 頂區(qū)域和邊緣區(qū)域構(gòu)成。第二閉合區(qū)域由圓弧觀、29、30、31、32和1構(gòu)成。通過(guò)將螺桿輪廓 的第二四分之一轉(zhuǎn)動(dòng)小于或大于η得到的是，在由邊緣區(qū)域和齒根區(qū)域構(gòu)成的兩個(gè)區(qū)域 之間的兩個(gè)閉合區(qū)域大小不同。轉(zhuǎn)動(dòng)角度使得兩個(gè)閉合區(qū)域之一的閉合角優(yōu)選地大于1.2 倍的帶有相對(duì)應(yīng)的螺桿外半徑的雙頭螺紋的Erdmenger螺桿輪廓的頂錐角，特別優(yōu)選地大 于1. 6倍的帶有相對(duì)應(yīng)的螺桿外半徑的雙頭螺紋的Erdmenger螺桿輪廓的頂錐角，并且最 優(yōu)選地大于通過(guò)2*arccOS(0. 5*A/RA)來(lái)計(jì)算的殼體張角。在這些情況下，這兩個(gè)閉合區(qū)域 中的第二閉合區(qū)域特別優(yōu)選地由齒頂區(qū)域構(gòu)成，由此螺桿輪廓由總共3個(gè)齒頂區(qū)域構(gòu)成。圖8 圖8a和8b分別示出了根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件的優(yōu)選的螺桿輪廓的四分之 一，該四分之一在所有情況下由4個(gè)圓弧構(gòu)造。在這兩個(gè)圖中，螺桿外半徑為RA=O. 54。圓弧 1距螺桿外半徑的最大無(wú)量綱的距離在圖8a中被計(jì)算為0. 02而在圖8b中被計(jì)算為0. 016。 在這兩個(gè)圖中，齒頂區(qū)域通過(guò)圓弧2給定，該圓弧2在所有情況下在螺桿外半徑上。頂錐角 α _2在所有情況下等于0。齒根區(qū)域分別通過(guò)圓弧2’與內(nèi)半徑的接觸點(diǎn)給定。該接觸點(diǎn) 同圓弧2’與通過(guò)螺桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)(坐標(biāo)原點(diǎn))和圓弧2’的中心點(diǎn)確定的直線(xiàn)的交點(diǎn)相 同。槽角在所有情況下等于0。根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件對(duì)的所有齒頂區(qū)域的頂錐角之和對(duì) 于圖8a和8b而言分別為0。由邊緣區(qū)域和齒根區(qū)域構(gòu)成的區(qū)域的一半在所有情況下通過(guò)圓弧2、2’和1’給 定。這樣的區(qū)域在下文被稱(chēng)作通道區(qū)域。相對(duì)于螺桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)的在通道區(qū)域的起點(diǎn)和 終點(diǎn)之間的角度被稱(chēng)作通道角(Kanalwinkel)。閉合區(qū)域的一半通過(guò)圓弧1和2給定。圓弧2不僅與閉合區(qū)域相關(guān)聯(lián)而且與通道區(qū)域相關(guān)聯(lián)。通過(guò)如下方式將圓弧2的 角度劃分到閉合區(qū)域和通道區(qū)域上圓弧2被設(shè)想為具有半徑EPS (EPS 1, EPS — 0)的 圓弧并且該圓弧與通過(guò)螺桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)和圓弧2的中心點(diǎn)給定的直線(xiàn)相交。圓弧2的 部分和由此圓弧2的角度的在交點(diǎn)之下的部分與閉合區(qū)域相關(guān)聯(lián)，其它部分與通道區(qū)域相 關(guān)聯(lián)。通過(guò)螺桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)和通過(guò)圓弧2的中心點(diǎn)的直線(xiàn)在這兩個(gè)圖中分別具有導(dǎo)程 角arctan (My_2/Mx_2) =0. 3980。整個(gè)通道區(qū)域的總角度在所有情況下為π-2*導(dǎo)程角 =2. 3456并且在所有情況下大于2* π /3。表征圖和8b的是齒頂區(qū)域和齒根區(qū)域分別通過(guò)在螺桿外半徑或內(nèi)半徑上的 點(diǎn)給定。螺桿輪廓在螺桿外半徑的接觸點(diǎn)上具有折點(diǎn)，即圓弧2在所有情況下具有為0的 半徑。圖9 圖9a和9b分別示出了根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件的另一優(yōu)選的螺桿輪廓的四 分之一，該四分之一在所有情況下由4個(gè)圓弧構(gòu)造。在這兩個(gè)圖中，螺桿外半徑為RA=O. 54。圓弧1距螺桿外半徑的最大無(wú)量綱的距離在圖9a中被計(jì)算為0. 0148而在圖9b中被計(jì)算為 0.0122。在這兩個(gè)圖中的齒頂區(qū)域分別通過(guò)圓弧2與螺桿外半徑的接觸點(diǎn)給定。該接觸點(diǎn) 同圓弧2與通過(guò)螺桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)(坐標(biāo)原點(diǎn))和圓弧2的中心點(diǎn)確定的直線(xiàn)的交點(diǎn)相同。 槽角在所有情況下等于0。齒根區(qū)域分別通過(guò)圓弧2’與內(nèi)半徑的接觸點(diǎn)給定。該接觸點(diǎn)同 圓弧2’與通過(guò)螺桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)(坐標(biāo)原點(diǎn))和圓弧2’的中心點(diǎn)確定的直線(xiàn)的交點(diǎn)相同。 槽角在所有情況下等于0。根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件對(duì)的所有齒頂區(qū)域的頂錐角之和對(duì)于圖 9a和9b而言分別為0。通道區(qū)域的一半在所有情況下通過(guò)圓弧2的部分以及圓弧2’和1’給定。通過(guò)圓 弧2的中心點(diǎn)和通過(guò)螺桿輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)的直線(xiàn)在圖9a中具有導(dǎo)程角arctan (My_2/Mx_2) =0. 3597而在圖9b中具有導(dǎo)程角0. 3610。整個(gè)通道區(qū)域的總角度在圖9a中為π -2*導(dǎo)程 角=2. 4223并且在圖9b中為2. 4195而且分別大于2* π /3。表征圖9a和9b的是齒頂區(qū)域和齒根區(qū)域分別通過(guò)在螺桿外半徑或內(nèi)半徑上的 點(diǎn)給定。螺桿輪廓在螺桿外半徑的接觸點(diǎn)上不具有折點(diǎn)，即圓弧2在所有情況下具有大于 0的半徑。圓弧2因此與螺桿外半徑相切。圖10 圖IOa和IOb示出了根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件的其它的優(yōu)選的螺桿輪廓，所 述螺桿輪廓的所有齒頂區(qū)域的頂錐角之和等于0。這些圖的結(jié)構(gòu)類(lèi)似圖7并且在那里已詳 細(xì)闡述。螺桿外半徑在圖IOa中為RA=O. 54而在圖IOb中為RA=O. 63。左邊的螺桿輪廓(生成的螺桿輪廓)的齒頂區(qū)域分別由圓弧2、7、10和15構(gòu)成。右 邊的螺桿輪廓(被生成的螺桿輪廓)的齒頂區(qū)域分別由圓弧3’、6’、11’和14’構(gòu)成。在圖 IOb中示出了以下特別之處圓弧3’至6’以及11’至14’彼此重合并且被生成的螺桿輪 廓僅僅具有兩個(gè)齒頂區(qū)域而且這對(duì)螺桿元件總共具有僅六個(gè)齒頂區(qū)域。生成的螺桿輪廓的第一通道區(qū)域分別通過(guò)圓弧2、3、4、5、6和7給定。生成的螺桿 輪廓的第二通道區(qū)域分別通過(guò)圓弧10、11、12、13、14和15給定。在生成的螺桿輪廓的兩個(gè) 通道區(qū)域之間的第一閉合區(qū)域通過(guò)圓弧7、8、9和10給定。在生成的螺桿輪廓的兩個(gè)通道 區(qū)域之間的第二閉合區(qū)域通過(guò)圓弧15、16、1和2給定。圓弧2、7、10和15分別不僅與通道區(qū)域相關(guān)聯(lián)而且與閉合區(qū)域相關(guān)聯(lián)。將圓弧的 角度劃分到通道區(qū)域和閉合區(qū)域已在圖8中予以闡述。生成的螺桿輪廓的兩個(gè)閉合區(qū)域的 閉合角在圖IOa中在所有情況下為0. 9600。閉合區(qū)域的閉合角由此大約為帶有相對(duì)應(yīng)的螺 桿外半徑的雙頭螺紋的Erdmenger螺桿輪廓的齒頂區(qū)域的1. 206倍。生成的螺桿輪廓的兩 個(gè)閉合區(qū)域的閉合角在圖IOb中分別為0. 5257。閉合區(qū)域的閉合角由此為帶有相對(duì)應(yīng)的螺 桿外半徑的雙頭螺紋的Erdmenger螺桿輪廓的頂錐角的2. 000倍。根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件對(duì)的螺桿輪廓的閉合區(qū)域的兩個(gè)閉合角優(yōu)選地分別大于 帶有相對(duì)應(yīng)的螺桿外半徑的雙頭螺紋的Erdmenger螺桿輪廓的頂錐角的1. 2倍，特別優(yōu)選 地分別大于帶有相對(duì)應(yīng)的螺桿外半徑的雙頭螺紋的Erdmenger螺桿輪廓的頂錐角的1. 6 倍。在這些情況下，對(duì)應(yīng)的螺桿輪廓的閉合區(qū)域優(yōu)選地由齒頂區(qū)域構(gòu)成。在這些圖中已示出了螺桿半徑為0. 52,0. 54,0. 56,0. 58和0. 63的螺桿輪廓。螺 桿外半徑絕不限于所示的值。更確切地說(shuō)，螺桿半徑優(yōu)選地在0. 51到0. 66的范圍中并且 特別優(yōu)選地在0. 52到0. 575的范圍中。在這些圖中，已示出了如下螺桿輪廓其中螺桿輪廓的四分之一由4個(gè)或者8個(gè)圓弧構(gòu)成，或者其中完整的螺桿輪廓由16個(gè)或者32個(gè)圓弧構(gòu)成。圓弧的數(shù)目絕不限于所示 的值。更確切地說(shuō)，螺桿輪廓的四分之一由至少兩個(gè)圓弧構(gòu)成而完整的螺桿輪廓由至少六 個(gè)圓弧構(gòu)成。構(gòu)成螺桿輪廓的或者構(gòu)成螺桿輪廓的部分的圓弧數(shù)目沒(méi)有上限。令人驚訝地發(fā)現(xiàn)的是，根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件對(duì)的螺桿輪廓可以通過(guò)限定的齒頂 區(qū)域、邊緣區(qū)域和齒根區(qū)域的序列生成。因而，本發(fā)明的主題是用于多軸的螺桿擠出機(jī)的新 型的螺桿元件，其特征在于，生成的和被生成的螺桿輪廓具有通道區(qū)域-閉合區(qū)域-通道 區(qū)域-閉合區(qū)域序列?！巴ǖ绤^(qū)域”被理解為邊緣區(qū)域和齒根區(qū)域的序列，優(yōu)選地被理解為 邊緣區(qū)域-齒根區(qū)域-邊緣區(qū)域-齒根區(qū)域-邊緣區(qū)域序列、特別優(yōu)選地被理解為邊緣區(qū) 域-齒根區(qū)域-邊緣區(qū)域序列?！伴]合區(qū)域”被理解為齒頂區(qū)域或者優(yōu)選地被理解為齒頂區(qū) 域和邊緣區(qū)域的序列，特別優(yōu)選地被理解為齒頂區(qū)域-邊緣區(qū)域-齒頂區(qū)域序列。圖中所示的所有螺桿輪廓能被分成通道區(qū)域一閉合區(qū)域一通道區(qū)域一閉合區(qū)域 序列。圖11至13示出了在8字形螺桿殼體內(nèi)的生成的和被生成的螺桿輪廓。在這兩個(gè) 螺桿輪廓之內(nèi)有如下螺桿量的數(shù)值數(shù)據(jù)
-RG 兩個(gè)殼體孔的半徑
-RV 小于等于殼體半徑RG的虛擬殼體半徑
-RA 緊密?chē)Ш系?、自清潔的螺桿輪廓的螺桿外半徑
-RF 待制造的螺桿輪廓的螺桿外半徑
-S 兩個(gè)待制造的螺桿輪廓之間的間隙
-D 待制造的螺桿輪廓和殼體之間的間隙
-T 輸送元件、混合元件或者過(guò)渡元件的導(dǎo)程
-VPR 平面的、緊密?chē)Ш系?、自清潔的螺桿輪廓的移位的大小，如果該螺桿輪廓偏心地 被布置
-VPff 平面的、緊密?chē)Ш系摹⒆郧鍧嵉穆輻U輪廓的移位的角度(方向數(shù)據(jù))，如果該螺桿 輪廓偏心地被布置
-VLR 左軸的待制造的螺桿輪廓在間隙內(nèi)的移位的大小 -VLW 左軸的待制造的螺桿輪廓在間隙內(nèi)的移位的角度 -VRR 右軸的待制造的螺桿輪廓在間隙內(nèi)的移位的大小 -VRff 右軸的待制造的螺桿輪廓在間隙內(nèi)的移位的角度。由兩個(gè)相互貫穿的分別具有半徑RG和距離A=I的孔得到的螺桿殼體通過(guò)細(xì)虛線(xiàn) 示出。在兩個(gè)殼體孔的貫穿部之內(nèi)通過(guò)細(xì)點(diǎn)化線(xiàn)表征這兩個(gè)孔。兩個(gè)殼體孔的中心點(diǎn)與螺 桿輪廓的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)相同并且分別通過(guò)小圓表征。緊密?chē)Ш系摹⒆郧鍧嵉穆輻U輪廓通過(guò)粗 實(shí)線(xiàn)表征。在制造中的螺桿輪廓通過(guò)細(xì)實(shí)線(xiàn)示出。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的是，在緊密?chē)Ш系?、自清潔的螺桿輪廓的螺桿外半徑 RA、虛擬的殼體半徑RV、兩個(gè)待制造的螺桿輪廓之間的間隙S與待制造的螺桿輪廓同螺桿 殼體之間的間隙D之間適用如下關(guān)系RA=RV-D+S/2。此外，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言公知的是，在待制造的螺桿輪廓的螺桿外半徑RF、 虛擬的殼體半徑RV和待制造的螺桿輪廓同螺桿殼體之間的間隙D之間適用如下關(guān)系 RF=RV-D。
通常，虛擬的殼體半徑RV等于所實(shí)施的殼體半徑RG。如果虛擬的殼體半徑RV被 選擇得小于殼體半徑RG，則在螺桿輪廓與殼體之間得到附加的間隙。該間隙可以用于在保 持自清潔的情況下使生成的和被生成的螺桿輪廓移位。偏心率通過(guò)移位的大小VI^R和角度 形式的移位方向VPW的數(shù)據(jù)來(lái)明確地表征。圖11 圖Ila至Ilc示出了根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件的螺桿輪廓的偏心定位的優(yōu)選 實(shí)施形式。圖Ila至Ilc中的螺桿輪廓基于圖加。虛擬的殼體半徑為RV=O. M并且小于殼 體半徑RG (RG=O. 55)。其它的幾何特征量可以由各個(gè)圖得知。在圖Ila至lib中，螺桿輪 廓分別被移位到那個(gè)程度，使得右邊的螺桿輪廓的恰好一點(diǎn)與殼體相切而左邊的螺桿輪廓 沒(méi)有點(diǎn)與殼體相切。對(duì)此所需的移位的大小與移位的方向有關(guān)。圖Ilc示出了特殊情況， 其中螺桿輪廓在大小和方向上被移位，使得兩個(gè)螺桿輪廓在正好一個(gè)點(diǎn)與殼體相切。移位 在此以η/4的角度進(jìn)行。此外，可以選擇螺桿輪廓的偏心定位，其中螺桿輪廓沒(méi)有點(diǎn)與殼 體相切。圖12 如本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的那樣，在實(shí)踐中，所有螺桿元件需要一定的間隙， 更確切地說(shuō)不僅螺桿元件彼此間而且螺桿元件相對(duì)于殼體都需要一定的間隙。圖1 至 12d示出了各種間隙策略。幾何特征量可由各個(gè)圖得知。在圖12a中示出了在待制造的螺 桿輪廓之間和在待制造的螺桿輪廓與殼體之間的間隙一樣大的間隙策略。在圖12b中示出 了在待制造的螺桿輪廓之間的間隙小于在待制造的螺桿輪廓和殼體之間的間隙的間隙策 略。在圖12c中示出了在待制造的螺桿輪廓之間的間隙大于在待制造的螺桿輪廓與殼體之 間的間隙的間隙策略。在圖12d中，示出了根據(jù)圖12c的具有特別大的間隙的另一實(shí)施形 式。通常，在實(shí)踐中出現(xiàn)的間隙針對(duì)待制造的螺桿輪廓之間的間隙在0. 002至0. 1的范圍 中。通常，在實(shí)踐中出現(xiàn)的間隙對(duì)于在待制造的螺桿輪廓與殼體之間的間隙在0. 002至0. 1 的范圍中。通常，在實(shí)踐中出現(xiàn)的間隙在螺桿輪廓的周長(zhǎng)上是恒定的。然而允許的是，不僅 在待制造的螺桿輪廓之間的間隙而且在待制造的螺桿輪廓與殼體之間的間隙在螺桿輪廓 的周長(zhǎng)上都變化。圖13 此外可能的是，待制造的螺桿輪廓在間隙之內(nèi)移位。圖13a至13d示出了 對(duì)可能的移位的選擇。幾何特征量可以由各個(gè)圖得知。在圖13a至13d中，對(duì)于相應(yīng)兩個(gè) 待制造的螺桿輪廓的移位的大小為VLR=VRR=O. 02。在圖13a至13d中，對(duì)于相應(yīng)兩個(gè)待制 造的螺桿輪廓的移位的方向在VLW=VRW=O到VLW=VRW= π /2之間逐步地變化。允許的是，兩 個(gè)待制造的螺桿輪廓彼此無(wú)關(guān)地在不同的方向上移位且移位了不同大小。圖1 示例性地示出了一對(duì)根據(jù)本發(fā)明的被構(gòu)造為輸送元件的螺桿元件，所述螺 桿元件的螺桿輪廓基于圖2a。殼體半徑為RG=O. 54。在兩個(gè)輸送元件之間的間隙為S=O. 02。 在兩個(gè)輸送元件和殼體之間的間隙為D=O. 01。輸送元件的導(dǎo)程為T(mén)=L 2。輸送元件的長(zhǎng)度 為1. 2，這對(duì)應(yīng)于螺桿輪廓轉(zhuǎn)動(dòng)了 2 π的角度。該殼體通過(guò)在兩個(gè)輸送元件左邊和右邊的細(xì) 實(shí)線(xiàn)示出。此外，在兩個(gè)輸送元件的表面上示出了可能的計(jì)算網(wǎng)格，該可能的計(jì)算網(wǎng)格可以 用于計(jì)算雙軸擠出機(jī)和多軸擠出機(jī)中的流動(dòng)。圖14b示例性地示出了一對(duì)根據(jù)本發(fā)明的被構(gòu)造為捏合元件的螺桿元件，所述螺 桿元件的螺桿輪廓基于圖加。殼體半徑為RG=O. 54。在兩個(gè)捏合元件的捏合盤(pán)之間的間隙 為S=O. 02。在兩個(gè)捏合元件的捏合盤(pán)和殼體之間的間隙為D=O. 01。捏合元件由7個(gè)捏合 盤(pán)構(gòu)成，所述7個(gè)捏合盤(pán)分別右旋地彼此錯(cuò)移π/6的角度。第一和最后的捏合盤(pán)具有0.09
26的長(zhǎng)度。中間的捏合盤(pán)具有0.18的長(zhǎng)度。在捏合盤(pán)之間的槽具有0.02的長(zhǎng)度。殼體通過(guò) 在兩個(gè)捏合元件左邊和右邊的細(xì)實(shí)線(xiàn)示出。此外，在兩個(gè)捏合元件的表面上示出了可能的 計(jì)算網(wǎng)格，該可能的計(jì)算網(wǎng)格可以用于計(jì)算雙軸擠出機(jī)和多軸擠出機(jī)中的流動(dòng)。例子
帶有根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的雙頭螺紋的Erdmenger螺桿輪廓的螺桿元件和根據(jù)本發(fā)明的帶 有新型的螺桿輪廓的螺桿元件的壓力建立能力和功率需求借助流動(dòng)仿真來(lái)計(jì)算。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知曉的那樣并且如在[1]的第1四-146頁(yè)上能被查閱的那 樣，如輸送元件、捏合元件和混合元件的螺桿元件的運(yùn)行特性通過(guò)壓力差一生產(chǎn)能力特征 和通過(guò)功率一生成能力特征來(lái)描述。為了減輕到不同的擠出機(jī)大小的可轉(zhuǎn)用性，使用無(wú)量 綱形式的量壓力差、功率和生產(chǎn)能力。在具有牛頓流動(dòng)特性的塑性材料的情況下，得到了 不僅在壓力差和生產(chǎn)能力之間而且在功率和生產(chǎn)能力之間的線(xiàn)性關(guān)系。在壓力差一生產(chǎn)能 力特征中，軸線(xiàn)交點(diǎn)用Al和A2表征([1]，第133頁(yè))。工作點(diǎn)Al表征螺桿元件的固有生 產(chǎn)能力。工作點(diǎn)A2表征在沒(méi)有生產(chǎn)能力的情況下的壓力建立能力。在功率一生產(chǎn)能力特 征中，軸線(xiàn)交點(diǎn)用Bl和B2表征([1]，第136頁(yè))。點(diǎn)Bl是所謂的渦輪點(diǎn)(Turbinenpunkt)。 如果生產(chǎn)能力大于Bi，則功率被發(fā)出給螺桿軸。工作點(diǎn)B2表征在沒(méi)有生產(chǎn)能力的情況下的 功率需求。在壓力建立區(qū)中，所引入的功率的僅僅一部分可以被轉(zhuǎn)換為流動(dòng)功率。所引入的 功率的剩余部分耗散。流動(dòng)功率被計(jì)算為生產(chǎn)能力與壓力差的乘積。如本領(lǐng)域技術(shù)人員容 易獲悉的那樣，在軸線(xiàn)交點(diǎn)Al和A2處的流動(dòng)功率分別等于0，因?yàn)閴毫Σ畹扔? (Al)或生 產(chǎn)能力等于0 (A2)。在Al和A2之間的區(qū)域中，不僅壓力差而且生產(chǎn)能力大于0并且得到 正的流動(dòng)功率。如果將由生產(chǎn)能力給定的工作點(diǎn)的流動(dòng)功率除以在該工作點(diǎn)由螺桿軸發(fā)出 的功率，則獲得用于在該工作點(diǎn)建立壓力的效率。通過(guò)將效率對(duì)生產(chǎn)能力求導(dǎo)并且接著尋 找零點(diǎn)能找到螺桿元件的最大效率。在螺桿元件對(duì)之內(nèi)的流動(dòng)通過(guò)商業(yè)上可獲得的版本為6. 3. 26的軟件Fluent來(lái)執(zhí) 行。用于雙軸螺桿的流動(dòng)仿真的介紹例如在[1]的第147-168頁(yè)中找到。在流動(dòng)仿真中，分別檢查如下螺桿元件，所述螺桿元件的長(zhǎng)度等于導(dǎo)程的一半。這 些螺桿元件在流動(dòng)仿真中在其軸向的起始部和其軸向的終止部配備有周期性的邊緣條件， 以便計(jì)算以流體動(dòng)力學(xué)方式進(jìn)入的流動(dòng)狀態(tài)。具有牛頓流動(dòng)特性的液體被用作塑性材料。例1 具有根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的雙頭螺紋的Erdmenger螺桿輪廓的輸送元件
輸送元件的幾何形狀可以從圖1和對(duì)圖1的描述中得到。與圖Ib和Ic中所示的計(jì)算 網(wǎng)格不同，針對(duì)流動(dòng)仿真使用如下計(jì)算網(wǎng)格該計(jì)算網(wǎng)格在每個(gè)方向上翻倍地具有多個(gè)計(jì) 算單元，即在周向上具有320個(gè)網(wǎng)格元件，在軸向上具有160個(gè)網(wǎng)格元件并且在徑向上具有 12個(gè)網(wǎng)格元件。軸線(xiàn)區(qū)段如下被計(jì)算A1=0. 1365、A2=18917、B1=0. 4273、B2=8084。在壓力建立時(shí) 的最大效率為9. 59%。例2 根據(jù)本發(fā)明的具有新型的螺桿輪廓的輸送元件
根據(jù)本發(fā)明的輸送元件的幾何形狀由圖15得知。圖15a示出了根據(jù)本發(fā)明的螺桿 元件的優(yōu)選的螺桿輪廓的四分之一，該四分之一由8個(gè)圓弧構(gòu)造。無(wú)量綱的螺桿外半徑為 RA=O. 54。半徑R_1等于0. 7647。圓弧1距螺桿外半徑的最大無(wú)量綱的距離被計(jì)算為0. 008。齒頂區(qū)域通過(guò)圓弧3給定，該圓弧3在螺桿外半徑上。頂錐角α _3等于0.0839。齒根區(qū)域 通過(guò)圓弧3’給定，該圓弧3’在內(nèi)半徑上。槽角α_3’等于0.0839。根據(jù)本發(fā)明的螺桿元 件對(duì)的所有齒頂區(qū)域的頂錐角之和為8*0. 0839=0. 6712并且由此僅僅約為帶有雙頭螺紋 的Erdmenger螺桿輪廓的螺桿元件對(duì)的頂錐角的之和的0. 211倍。圖1 示出了一對(duì)被構(gòu)造為輸送元件的螺桿元件，所述螺桿元件的螺桿輪廓基于 圖15a。在兩個(gè)輸送元件之間的間隙為S=O. 008。在兩個(gè)輸送元件和殼體之間的間隙為 D=O. 004。輸送元件的導(dǎo)程為T(mén)=L 08。輸送元件的長(zhǎng)度為0.54，這對(duì)應(yīng)于螺桿輪廓轉(zhuǎn)動(dòng)π 的角度。殼體通過(guò)在兩個(gè)輸送元件左邊和右邊的細(xì)實(shí)線(xiàn)來(lái)示出。此外，在兩個(gè)輸送元件的 表面上示出了可能的計(jì)算網(wǎng)格，該可能的計(jì)算網(wǎng)格可以用于計(jì)算在雙軸擠出機(jī)和多軸擠出 機(jī)中的流動(dòng)。周向上的網(wǎng)格元件的數(shù)目等于160而軸向上的網(wǎng)格元件的數(shù)目等于80。圖15c示出了根據(jù)圖15b的這對(duì)螺桿元件的俯視圖。在輸送元件和殼體之間的自 由體積配備有可能的計(jì)算網(wǎng)格，該可能的計(jì)算網(wǎng)格用于計(jì)算雙軸擠出機(jī)和多軸擠出機(jī)中的 流動(dòng)。周向上的網(wǎng)格元件的數(shù)目等于160而徑向上的網(wǎng)格元件的數(shù)目等于6。兩個(gè)螺桿元 件的轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過(guò)小圓來(lái)標(biāo)記。與圖1 和15c中所示的計(jì)算網(wǎng)格不同，針對(duì)流動(dòng)仿真使用如下計(jì)算網(wǎng)格該計(jì)算 網(wǎng)格在每個(gè)方向上加倍地具有多個(gè)計(jì)算單元，即在周向上具有320個(gè)網(wǎng)格元件，在軸向上 具有160個(gè)網(wǎng)格元件并且在徑向上具有12個(gè)網(wǎng)格元件。軸線(xiàn)區(qū)段如下被計(jì)算A1=0. 1324、A2=18721、B1=0. 3436、B2=6434。在壓力建立時(shí) 的最大效率得到為12. 11%。固有生產(chǎn)能力Al和壓力建立能力A2在大約1%或洲之內(nèi)與實(shí) 例1中的結(jié)果相一致。渦輪點(diǎn)Bl和功率需求B2的值與例1相比小大約20%。由此在根據(jù) 本發(fā)明的螺桿元件中與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的螺桿元件相比得到了用于壓力建立的效率提高大 約洸· 2%ο利用根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件提供了與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的螺桿元件相比具有更高的 效率的螺桿元件。同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件由于其減小的齒頂區(qū)域而具有比根據(jù)現(xiàn)有 技術(shù)的螺桿元件更低的熱學(xué)產(chǎn)品應(yīng)力。
權(quán)利要求
1.一種用于多軸的螺桿擠出機(jī)的螺桿元件，其具有成對(duì)同向的并且成對(duì)精確去除的 螺桿軸，其特征在于，-螺桿元件對(duì)的所有頂錐角之和大于或等于0且小于2* JI -8*arccos (0. 5*a/ra)，-螺桿元件對(duì)的齒頂區(qū)域的數(shù)目大于4，-螺桿元件對(duì)的每個(gè)螺桿元件具有兩個(gè)螺桿輪廓區(qū)域，所述螺桿輪廓區(qū)域分別由邊緣 區(qū)域和齒根區(qū)域構(gòu)成并且其中側(cè)面角和槽角之和分別大于η /2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺桿元件，其特征在于，一個(gè)或多個(gè)齒頂區(qū)域具有為0的頂 錐角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的螺桿元件，其特征在于，被生成的螺桿輪廓在轉(zhuǎn)動(dòng)η/2 之后與生成的螺桿輪廓相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的螺桿元件，其特征在于，被生成的螺桿輪廓在轉(zhuǎn)動(dòng)η/2 之后不同于生成的螺桿輪廓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的螺桿元件，其特征在于，生成的和被生成的螺桿輪 廓具有通道區(qū)域-閉合區(qū)域-通道區(qū)域-閉合區(qū)域序列。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的螺桿元件，其特征在于，螺桿元件對(duì)的螺桿輪廓的至少一個(gè) 閉合區(qū)域的閉合角大于雙頭螺紋的Erdmenger螺桿輪廓的1. 2倍的頂錐角。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的螺桿元件，其特征在于，所述螺桿元件的歸一化到 軸距上的螺桿外半徑在0. 51到0. 66的范圍中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的螺桿元件，其特征在于，螺桿元件通過(guò)螺桿輪廓在 軸向上螺旋狀地延伸而被構(gòu)造為輸送元件或者混合元件，或者螺桿元件通過(guò)螺桿輪廓在軸 向上逐區(qū)段錯(cuò)移地延伸而被構(gòu)造為捏合元件。
9.一種螺桿元件，其由根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的螺桿元件導(dǎo)出并且具有在螺桿 元件和殼體之間的和/或在相鄰的螺桿元件之間的間隙。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求1至9之一所述的螺桿元件在多軸螺桿擠出機(jī)、優(yōu)選地雙軸螺 桿擠出機(jī)中的應(yīng)用。
11.一種用于在雙螺桿擠出機(jī)或者多軸擠出機(jī)中使用根據(jù)本發(fā)明的螺桿元件擠出塑 性材料的方法，其特征在于，-螺桿元件對(duì)的所有頂錐角之和大于或等于0且小于2* JI -8*arccos (0. 5*a/ra)，-螺桿元件對(duì)的齒頂區(qū)域的數(shù)目大于4，-螺桿元件對(duì)的每個(gè)螺桿元件都具有兩個(gè)螺桿輪廓區(qū)域，所述螺桿輪廓區(qū)域分別由邊 緣區(qū)域和齒根區(qū)域構(gòu)成并且其中側(cè)面角和槽角之和分別大于η /2。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述塑性材料是熱塑性塑料或彈性體。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，作為熱塑性塑料采用聚碳酸酯、聚 酰胺、聚酯、尤其是聚對(duì)苯二甲酸丁二酯和聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚醚、熱塑性聚氨酯、聚縮 醛、含氟聚合物、尤其是聚偏氟乙烯、聚醚砜、聚烯烴、尤其是聚乙烯和聚丙烯、聚酰亞胺、聚 丙烯酸酯、尤其是聚(甲基)丙烯酸甲酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚醚酮、聚芳醚酮、苯乙烯聚合 物、尤其是聚苯乙烯、苯乙烯共聚物、尤其是苯乙烯一丙烯腈共聚物和丙烯腈-丁二烯-苯 乙烯嵌段共聚物、聚氯乙烯或所述熱塑性塑料的至少兩種的共混物。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，作為彈性體采用丁苯橡膠、天然橡 膠、順丁橡膠、異戊橡膠、三元乙丙橡膠、乙丙橡膠、丁腈橡膠、氫化丁腈橡膠、丁基橡膠、鹵 化丁基橡膠、氯丁橡膠、乙烯一醋酸乙烯酯橡膠、聚氨酯橡膠、熱塑性聚氨酯、古塔膠、丙烯 酸酯橡膠、氟橡膠、硅橡膠、硫化橡膠、氯磺酰聚乙烯橡膠或者所述彈性體的至少兩種的組合。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至14之一所述的方法，其特征在于，給塑性材料添加填料或者增 強(qiáng)材料或者聚合物添加劑或者有機(jī)或無(wú)機(jī)色素或者其混合物。
全文摘要
用于多軸的螺桿擠出機(jī)的螺桿元件，其具有成對(duì)同向的并且成對(duì)精確去除的螺桿軸，其中，螺桿元件對(duì)的所有頂錐角之和大于或等于0且小于2*pi-8*arccos(0.5*a/ra),螺桿元件對(duì)的齒頂區(qū)域的數(shù)目大于4，螺桿元件對(duì)的每個(gè)螺桿元件都具有兩個(gè)螺桿輪廓區(qū)域，所述螺桿輪廓區(qū)域分別由邊緣區(qū)域和齒根區(qū)域構(gòu)成并且其中側(cè)面角和槽角之和分別大于pi/2，所述螺桿元件的應(yīng)用和用于擠出的方法。
文檔編號(hào)B29C47/40GK102123845SQ200980132219
公開(kāi)日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2009年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
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