[发明专利]在压力建立时具有减小的能量输入的螺杆元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于具有成对同向转动的且成对精确去除（abschaben）的螺杆轴的多轴螺杆挤出机的螺杆元件，该螺杆元件具有新型的、紧密啮合的、自清洗的、同向转动的螺杆轮廓，涉及所述螺杆元件在多轴螺杆挤出机中的应用以及一种用于生成螺杆元件的方法。

背景技术

长期以来已经公知了同向转动的其转子彼此被精确地去除的双轴机器或者必要时为多轴机器（参见例如DP 862 668）。在聚合物制造和聚合物处理中，基于精确去除的轮廓的原理的螺杆挤出机已经历了多种应用。这尤其是基于：聚合熔融物粘附在表面上并且在通常的处理温度的情况下随着时间的过去而退化，这通过精确去除的螺杆的自清洁的作用来抑制。用于生成精确去除的螺杆轮廓（Schneckenprofil）的规则例如在公开物[1]的第96-109页上示出（[1]=Klemens Kohlgrueber：Der gleichlaeufige Doppelschneckenextruder，Hanser出版，慕尼黑，2007年）。在此，也描述的是：双螺杆挤出机的第1轴上的预给定的螺杆轮廓确定了双螺杆挤出机的第2轴上的螺杆轮廓。双螺杆挤出机的第1轴上的螺杆轮廓因而被称作生成的（erzeugend）螺杆轮廓。双螺杆挤出机的第2轴上的螺杆轮廓由双螺杆挤出机的第1轴的螺杆轮廓得出并且因而称作被生成的（erzeugt）螺杆轮廓。在多轴挤出机的情况下，生成的螺杆轮廓和被生成的螺杆轮廓在相邻的轴上始终交替地被采用。现代双螺杆挤出机具有其中不同的螺杆元件可以被安装在芯轴上的模块构件系统。对此，本领域技术人员可以使双螺杆挤出机与相应的处理任务相匹配。

如本领域技术人员所知晓的那样并且如例如在[1]的第96-109页上被查阅的那样，公知的紧密啮合的、自清洁的、同向转动的Erdmenger螺杆轮廓通过说明三个量、即螺纹头数z、螺杆外半径ra和轴距a来明确地限定。螺纹头数z是大于或等于1的整数。螺杆轮廓的另一重要参数是内半径ri。螺杆轮廓的另一重要参数是螺纹深度h。

螺杆轮廓的与螺杆外半径相等的区域被称作齿顶区域（Kammbereich）。螺杆轮廓的与内半径相等的区域被称作齿根区域（Nutbereich）。螺杆轮廓的小于螺杆外半径且大于内半径的区域被称作边缘区域。多轴挤出机的两个壳体孔渗透到其中的区域被称作楔形部区域（Zwickelbereich）。两个壳体孔的两个交点被称作壳体楔形部。

z头螺纹的Erdmenger螺杆轮廓的顶锥角（Kammwinkel）δ_kw被计算为δ_kw=π/z-2*arccos(0.5*a/ra)，其中π被理解为圆周率（π≈3.14159）[1]。根据用于计算顶锥角的式子得到：1头螺纹和2头螺纹的Erdmenger螺杆轮廓的顶锥角在等轴距的情况下并且在等螺杆外半径的情况下相差π/2。如果壳体半径rg等于外半径ra，则两个壳体楔形部之间的张角δ_gz被计算为δ_gz=2*arccos(0.5*a/ra)。对于单头螺纹Erdmenger螺杆轮廓由此得到：针对螺杆外半径与轴距的比小于约0.707的情况，楔形部区域通过螺杆轮廓的齿顶区域来密封。

在两个壳体楔形部的周围的壳体区域被称作壳体楔形部区域。在以下实施方案的范围中，该区域在每个壳体孔中从两个壳体楔形部的每个壳体楔形部出发具有相对于壳体孔的中心点的角度δ_gb，该角度δ_gb由单头螺纹Erdmenger螺杆轮廓的顶锥角减两个壳体楔形部之间的张角之差来计算：δ_gb=π-4*arccos(0.5*a/ra)。

此外，在[1]中详细地阐述了双轴挤出机和多轴挤出机的结构、功能和运行。特有的章节（第227-248页）专注于螺杆元件及其作用方式。在此，详细地阐述了输送元件、捏合元件和混合元件的结构和功能。为了能够实现在不同的螺纹头数的螺杆元件之间的过渡，常常将垫圈用作隔离物（Distanzhuelse）。在特殊情况下，采用所谓的过渡元件，这些过渡元件能够实现在不同螺纹头数的两个螺杆轮廓之间的连续过渡，其中在过渡的每个点上都存在自清洁的螺杆轮廓对。

在专利DP 813154中示出了单头螺纹的、紧密啮合的、自清洁的、同向转动的螺杆轮廓。这样的螺杆轮廓具有如下优点：齿顶区域将楔形部区域密封，由此基于该螺杆轮廓的输送元件具有高的压力建立能力。这样的螺杆轮廓具有如下缺点：齿顶区域非常大，由此得到待处理的粘性的流体的不希望的热负荷和机械负荷。