BRPI0915804B1 - Elementos helicoidais para máquinas helicoidais de vários eixos, uso de elementos helicoidais e processo para a produção de elementos helicoidais - Google Patents

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Thomas König
Ulrich Liesenfelder
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Abstract

"elementos helicoidais para máquinas helicoidais de vários eixos, uso de elementos helicoidais e processo para produção de elementos helicoidais". a presente invenção refere-se a novos elementos helicoidais para máquinas helicoidais de vários eixos com eixos helicoidais de raspagem exata aos pares e no mesmo sentido aos pares.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para ELEMENTOS HELICOIDAIS PARA MÁQUINAS HELICOIDAIS DE VÁRIOS EIXOS, USO DE ELEMENTOS HELICOIDAIS E PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE ELEMENTOS HELICOIDAIS.
[001] A presente invenção refere-se a elementos helicoidais para máquinas helicoidais de vários eixos com eixos helicoidais de raspagem exata aos pares e no mesmo sentido aos pares, ao uso dos elementos helicoidais em máquinas helicoidais de vários eixos para produção dos elementos helicoidais.
[002] Máquinas de dois ou eventualmente vários eixos girando no mesmo sentido, cujos rotores se varrem exatamente em sentido contrário, são conhecidas há muito tempo (ver, por exemplo, DP 862 668). Na fabricação e no processamento de polímeros, máquinas helicoidais, que se baseiam no princípio de perfis de raspagem exata, sofrem um múltiplo desgaste. Isso se deve, sobretudo ao fato de que massas fundidas de polímero aderem a superfícies e se degradam com o tempo sob temperaturas de processamento usuais, o que é impedido pelo efeito de autorraspagem das espirais de raspagem exata. Regras para a produção de perfis helicoidais de raspagem exata são apresentadas, por exemplo, em [1] ([1] = “Klemens Kohlgrüber: Der gleichlaufige Doppelschneckenextruder, Hanser Verlag München 2007, S. 96 tf”). Aí é também descrito que um perfil helicoidal predeterminado no 1° eixo de um dispositivo de extrusão helicoidal duplo determina o perfil helicoidal sobre o 2° eixo de um dispositivo de extrusão helicoidal duplo. O perfil helicoidal no 1° eixo do dispositivo de extrusão helicoidal duplo é, portanto, denominado o perfil helicoidal gerador. O perfil helicoidal no 2° eixo do dispositivo de extrusão helicoidal duplo decorre do perfil helicoidal do 1° eixo do dispositivo de extrusão helicoidal duplo e é designado, portanto, o perfil helicoidal gerado. Em um dispositivo de extrusão de vários eixos, o perfil helicoidal gerador e o perfil helicoidal gePetição 870190004493, de 15/01/2019, pág. 4/44
2/29 rado são empregados sempre alternadamente em eixos vizinhos.
[003] Modernos dispositivos de extrusão helicoidal duplos dispõem de um sistema de construção em caixa, em que diversos elementos helicoidais podem ser aplicados sobre um eixo nuclear. Com isso, o especialista pode adaptar o dispositivo de extrusão helicoidal duplo à respectiva tarefa de processo.
[004] Elementos helicoidais conhecidos do estado atual da técnica, com exceção de discos circulares excentricamente dispostos são caracterizados pelo fato de que a curva de perfil apresenta em seção transversal ao menos uma inflexão (ver p.ex. fig. 1), que ocorre na transição entre a raspagem helicoidal e os flancos de rosca. A raspagem consiste em um arco de círculo com raio = diâmetro externo do perfil e o ponto de rotação do perfil como ponto central. A inflexão na transição para o flanco do perfil forma uma aresta no elemento helicoidal. Uma das funções essenciais cumpridas em máquinas de múltiplos eixos é a dispersão de fases líquidas ou massas fundidas, que não são homogeneamente miscíveis entre si, ou a dispersão de sólidos em massas fundidas de polímeros. Da literatura técnica é sabido (ver p.ex. Chang Dae Han: “Multiphase Flow in Polymer Processing, Academic Press, New York 1981”) que uma combinação de fluxo de cisalhamento e fluxo de dilatação é ótima para difíceis tarefas de dispersão.
[005] Uma forma de fluxo de cisalhamento desse tipo se apresenta em um canal helicoidal, onde a massa, de um lado, é cisalhada pela rotação dos eixos e, de outro lado, simultaneamente dilatada pela convergência do canal helicoidal no sentido da raspagem. Na região da raspagem helicoidal existe, todavia, um mero fluxo de cisalhamento, que com difíceis tarefas de dispersão mal pode contribuir para a dispersão. De outro lado, na fenda entre a raspagem helicoidal e o alojamento ou o eixo vizinho é dissipada a maior parte da energia alimentada. Por isso, essa região contribui decisivamente para o aquecimenPetição 870190004493, de 15/01/2019, pág. 5/44
3/29 to da massa de polímero e, com isso, potencialmente para o dano térmico, sem prestar uma contribuição à tarefa processual da dispersão. [006] Constituem uma exceção discos circulares excentricamente dispostos, que, sabidamente, podem ser dispostos com exata raspagem. Eles não apresentam região de raspagem com mero fluxo de cisalhamento. São conhecidos por seu excelente efeito de dispersão, mas apresentam igualmente uma elevada introdução de energia, porque produzem uma fenda muito estreita por uma grande faixa periférica. Além disso, são limitados a um número inteiro Z = 1.
[007] Assim sendo, a partir do estado atual da técnica, constitui objetivo da invenção disponibilizar elementos helicoidais para máquinas helicoidais de vários eixos, que apresentam um efeito de dispersão aperfeiçoado em comparação com o estado atual da técnica com introdução de energia tão reduzida quanto possível.
[008] Surpreendentemente se verificou que esse objetivo é atingido por elementos helicoidais, cujo perfil pode ser representado por toda a seção transversal por uma curva de perfil continuamente diferenciável. Objetos da invenção são, portanto, elementos helicoidais para máquinas helicoidais de vários eixos com eixos helicoidais de raspagem exata aos pares e no mesmo sentido aos pares com dois ou mais passos helicoidais, caracterizados pelo fato de que o perfil helicoidal gerador e o gerado são representáveis respectivamente por uma curva de perfil continuamente diferenciável por toda a seção transversal.
[009] A invenção não está limitada a elementos helicoidais da modalidade de construção modular hoje usual de uma espiral de elementos helicoidais e eixos de núcleo, mas sim também aplicável a espirais em modalidade de construção massiva. Portanto, pelo termo elementos helicoidais devem ser entendidos também helicoidais em modalidade de construção massiva.
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4/29 [0010] Os perfis de seção transversal - a seguir denominados também apenas perfis ou mesmo perfis helicoidais - de elementos helicoidais segundo a invenção podem ser descritos inequivocamente por uma disposição de arcos de círculo.
[0011] O perfil helicoidal de elementos helicoidais geradores e gerados conforme a invenção é composto em sua totalidade de n arcos de círculo, sendo n maior ou igual a quatro. Cada um dos n arcos de círculo possui um ponto inicial e um terminal. Os n arcos de círculo apresentam tangencialmente transição mútua em seus pontos iniciais e terminais, de modo que conforme a invenção forma uma curva de perfil continuamente diferenciável.
[0012] A posição de cada arco de círculo j ( j = 1 a n) é inequivocamente fixável pela indicação de dois pontos diferentes. Convenientemente, a posição de um arco de círculo é fixada por indicação do ponto central e do ponto inicial ou terminal. A magnitude de um arco de círculo individual j é fixada pelo raio rj e pelo ângulo aj em torno do ponto central entre ponto inicial e terminal, sendo que o raio rj é maior do que 0 e menor do que a distância axial a entre os eixos e o ângulo aj na medida do arco é maior ou igual a 0 e menos ou igual a 2π, sendo π o número de círculo.
[0013] Elementos helicoidais conforme a invenção são caracterizados pelo fato de que
- o perfil helicoidal gerador e o perfil helicoidal gerado se situam em um plano,
- o eixo de rotação do perfil helicoidal gerador e o eixo de rotação do perfil helicoidal gerado estão a uma distância a (distância axial) respectivamente perpendiculares sobre o referido plano dos perfis helicoidais, sendo que o ponto de interseção do eixo de rotação do perfil helicoidal gerador com o referido plano é designado como ponto de rotação do perfil helicoidal gerador e o ponto de interseção do eixo
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5/29 de rotação do perfil helicoidal gerado com o referido plano é designado como ponto de rotação do perfil helicoidal gerado,
- o número dos arcos de círculo de todo o perfil helicoidal gerador n é maior ou igual a quatro (n > 4),
- o raio externo ra do perfil helicoidal gerador é maior do que zero (ra > 0) e menor do que a distância axial (ra < a),
- o raio de núcleo ri do perfil helicoidal gerador é maior do que zero (ri > 0) e menor ou igual a ra (ri < ra),
- todos os arcos de círculo do perfil helicoidal gerador apresentam transição mútua tangencial,
- os arcos de círculo formam um perfil helicoidal fechado, isto é, a soma do ângulo aj de todos os arcos de círculo j é igual a 2π, sendo π o número de círculo (π * 3,14159),
- os arcos de círculo formam um perfil helicoidal convexo,
- cada um dos arcos de círculo do perfil helicoidal gerador se situa dentro ou nos limites de um anel de círculo com o raio externo ra e o raio de núcleo ri, cujo ponto central se situa no ponto de rotação do perfil helicoidal gerador,
- ao menos um dos arcos de círculo do perfil helicoidal gerador toca o raio externo ra do perfil helicoidal gerador em um ponto
Pa,
- ao menos um dos arcos de círculo do perfil helicoidal gerador toca o raio de núcleo ri do perfil helicoidal gerador em um ponto Pi,
- o número dos arcos de círculo ri do perfil helicoidal gerado é igual ao número dos arcos de círculo n do perfil helicoidal gerador,
- o raio externo ra’ do perfil helicoidal gerado é igual à diferença de distância axial e raio de núcleo ri do perfil helicoidal gerado (ra’ = a - ri),
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6/29
- o raio de núcleo ri' do perfil helicoidal gerado é igual à diferença de distância axial e raio externo ra do perfil helicoidal gerador (ri' = a - ra),
- o ângulo aj do j'-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerado é igual ao ângulo aj do j-ésimo do arco de círculo do perfil helicoidal gerado, sendo j e j' números inteiros, que atravessam em conjunto todos os valores na faixa de 1 até ao número dos arcos de círculo n ou n',
- a soma de raio rj ‘ do j'-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerado e radio rj do j-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerador é igual à distância axial a, sendo j e j' números inteiros, que atravessam em conjunto todos os valores na faixa de 1 até ao número dos arcos de círculo n ou n',
- o ponto central do j-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerado tem uma distância do ponto central do j-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerado, que é igual à distância axial a, e o ponto central do j'-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerado tem uma distância do ponto de rotação do perfil helicoidal gerado, que é igual à distância do ponto central do j-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerador do ponto de rotação do perfil helicoidal gerador, e a linha de união entre o ponto central do j'-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerado e o ponto central do j-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerador é uma paralela para com uma linha de união entre o ponto de rotação do perfil helicoidal gerado e o ponto de rotação do perfil helicoidal gerador, sendo j e j' números inteiros, que atravessam em conjunto todos os valores na faixa de 1 até ao número dos arcos de círculo n ou n',
- um ponto inicial do j'-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerado se situa em uma direção com relação ao ponto central do j'-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerado, que é contraposPetição 870190004493, de 15/01/2019, pág. 9/44
7/29 ta àquela direção que possui um ponto inicial do j-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerador relativamente ao ponto central do jésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerador, sendo j e j' números inteiros, que atravessam em conjunto todos os valores na faixa de 1 até ao número dos arcos de círculo n ou n'.
[0014] Os perfis de elementos helicoidais conforme a invenção são caracterizados pelo fato de que podem ser construídos apenas com régua de esquadro e compasso. Assim, a transição tangencial entre o j-ésimo e o (j+1)-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerador é construído na medida em que em torno do ponto terminal do j-ésimo arco de círculo é traçado um círculo com o raio rj+1 e o ponto de interseção desse círculo com as retas, posicionado mais próximo do ponto de rotação do perfil helicoidal gerado, que é definido pelo ponto central e o ponto terminal do j-ésimo arco de círculo, é o ponto central do (j+1)-ésimo arco de círculo. Praticamente, em lugar de régua de esquadro e compasso pode ser empregado um programa de computador para a construção dos perfis helicoidais.
[0015] Os elementos helicoidais segundo a invenção podem ser assimétricos ou simétricos; elementos helicoidais segundo a invenção são preferencialmente simétricos. Elementos helicoidais simétricos podem ser axialmente simétricos ou pontualmente simétricos; elementos helicoidais segundo a invenção são preferencialmente axialmente simétricos.
[0016] Um perfil helicoidal axialmente simétrico com número de passos Z pode ser dividido em 2Z partes simétricas, sendo que as partes simétricas podem ser transpostas mutuamente por espelhamento nos eixos de simetria. Devido a sua simetria, o perfil de um elemento helicoidal axialmente simétrico com um número de passos Z, portanto devido a um segmento de perfil em um recorte de 360 o / (2-Z), que se situa entre dois eixos de simetria do perfil, é completamente definido.
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O perfil restante resulta por espelhamento do segmento de perfil nos Z eixos de simetria, que se interceptam no ponto de rotação e subdividem o ângulo de 360 o no ponto de rotação em 2-Z ângulos da magnitude 360 o / (2-Z). Com elementos helicoidais axialmente simétricos, além disso, os perfis helicoidais correspondentes em eixos vizinhos (perfil gerador e gerado) são iguais ou podem ser levados a coincidir por rotação [1].
[0017] Isso se aplica analogamente a perfis helicoidais pontualmente simétricos, em que as partes simétricas podem ser mutuamente transpostas respectivamente por espelhamento pontual no centro de simetria.
[0018] A seguir será descrita uma forma de execução especial de elementos helicoidais segundo a invenção, que é caracterizada pelo fato de que os elementos helicoidais são axialmente simétricos.
[0019] O número de passos Z desses elementos helicoidais axialmente simétricos segundo a invenção importa de preferência em 2 a 8; especialmente de preferência importa em 2 a 4.
[0020] A curva de perfil da seção transversal de elementos helicoidais axialmente simétricos segundo a invenção pode ser subdividida em 2-Z segmentos de perfil, que podem ser transpostos mutuamente por espelhamento axial nos eixos de simetria do perfil. O número dos arcos de círculo n, que formam um dos segmentos de perfil, importa de preferência em 2 a 8, especialmente de preferência 2 a 4.
[0021] O perfil de elementos helicoidais axialmente simétricos, segundo a invenção, com um número de passos Z se caracteriza pelo fato de que dentro de um segmento de perfil em um recorte de 360 o/ (2-Z) há apenas um único ponto PA, que tem uma distância do ponto de rotação, que corresponde ao raio externo ra do elemento helicoidal. Expresso de outra maneira, há apenas um ponto PA dentro do segmento de perfil, que se situa em um círculo em torno do ponto de rotaPetição 870190004493, de 15/01/2019, pág. 11/44
9/29 ção com o raio externo ra (círculo externo).
[0022] Enquanto que em perfis helicoidais, segundo o estado atual da técnica, todos os pontos na região do ângulo de raspagem KW varrem o alojamento com uma fenda (ver, por exemplo, figura 1), no perfil de elementos helicoidais axialmente simétricos conforme a invenção é apenas o ponto Pa traçado sobre o raio externo (ver por exemplo a figura 2a).
[0023] Por motivos práticos, a descrição a seguir se baseará em um sistema de coordenadas cartesiano, cuja origem é constituída pelo ponto de rotação D de um elemento helicoidal. O eixo x do sistema de coordenadas cartesiano se estende pelo ponto Pa; o eixo y no ponto de rotação D é perpendicular ao eixo x. Na figura 2a está mostrado tal sistema de coordenadas.
[0024] Além disso, é conveniente empregar índices característicos sem dimensão, para simplificar a possibilidade de transposição para distintos tamanhos de construção do dispositivo de extrusão. Como tamanhos de referência para grandezas geométricas como, por exemplo, comprimentos ou raios, propõe-se a distância axial, pois essa grandeza não pode ser alterada em um dispositivo de extrusão. Para as figuras aplicam-se as seguintes convenções: As coordenadas x e y têm sua origem no ponto de rotação de um dos eixos. Todos os dados angulares ocorrem em medida de arco. Todos os demais dados de medida são padronizados à distância axial e representados por letras maiúsculas: A = a/a; Rj = rj /a; RA = ra/a; RI = ri/a , etc..
[0025] O segmento de perfil de um elemento helicoidal axialmente simétrico segundo a invenção é caracterizado pelo fato de que compõe entre o ponto Pa, que se situa no raio externo do perfil, e um ponto Pi, que se situa sobre o raio de núcleo do perfil, de arcos de círculo com transição mútua tangencial, sendo que as retas DPa e DPi, que correm pelos pontos PA e PI e se interceptam no ponto de rotação D,
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10/29 formam um ângulo de 360 o/ (2-Z).
[0026] Em uma forma de execução especial, o segmento de perfil de um elemento helicoidal segundo a invenção se compõe entre os pontos Pa e Pi de precisamente dois arcos de círculo. Os arcos de círculo apresentam transição mútua em um ponto Pfp e formam, segundo a invenção, por todo o segmento de perfil uma curva continuamente diferenciável. No ponto Pfp, os arcos de círculo tangenciam uma reta FP. A reta FP se estende a uma distância do ponto de rotação, que corresponde à meia distância axial A, e possui uma inclinação (na medida de arco em radianos) de -1/tan (p/(2xZ). O ponto Pfp tem uma distância do ponto de interseção de uma tangente no círculo externo no ponto Pa com as retas FP, que corresponde à distância entre o ponto de interseção e Pa. Uma ortogonal, que é formada do ponto Pfp para a reta FP, corta a reta DPa, que passa pelo ponto Pa e pelo ponto de rotação, no ponto central M1 de um primeiro arco de círculo 1 gerador de perfil, enquanto corta a reta DPI, que passa pelo ponto PI e pelo ponto de rotação, no ponto central M1 do outro arco de círculo 1' gerador de perfil (ver para ilustração figura 2a). O raio R12K do arco de círculo 1 gerador de perfil corresponde assim ao trecho M1PA; o raio Rr2K do arco de círculo 1' corresponde ao trecho M1 Pi.
[0027] Em outra forma de execução especial, o segmento de perfil de um elemento helicoidal segundo a invenção se compõe entre os pontos Pa e Pi de exatamente três arcos de círculo. Obtém-se assim um grau de liberdade adicional e o perfil na região do ponto Pa, que varre a parede do cilindro, pode ser configurado por seleção de um raio pequeno, com o que é ainda mais reduzida a dissipação de energia.
[0028] A figura 2b mostra, a título de exemplo, um segmento de perfil de um elemento helicoidal de dois passos segundo a invenção consistindo em três arcos de círculo. O raio R1 do arco de círculo 1,
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11/29 que se conecta no ponto Pa, é livremente selecionável nos limites 0 < Ri < R12K. Seu ponto central M' se situa no trecho de união D-Pa.
[0029] O raio do arco de círculo 3, que se segue no ponto Pi, tem um raio de R3 = A - Ri. Seu ponto central M3 se situa no trecho D-Pi. [0030] Entre esses dois arcos de círculo se seguem continuamente diferenciável um arco de círculo 2 com o raio R2 = A/2. Seu ponto central M2 se encontra na distância A / 2-Ri do ponto Pi e na distância R3 = A /2 do ponto M3.
[0031] O arco de círculo 1 é limitado por Pa de um lado e pelo ponto de interseção com as retas por P1 e P2 de outro lado.
[0032] O arco de círculo 3 é limitado por Pi de um lado e pelo ponto de interseção com as retas M2 e M3 de outro lado.
[0033] Graças à liberdade de seleção de um dos raios R1 ou R3 é possível construir para a distância axial A dada diversos perfis helicoidais de raspagem exata segundo a invenção. Assim é também possível construir perfis helicoidais assimétricos segundo a invenção, na medida em que em recortes respectivamente correspondentes da magnitude 360 o/ (2-Z) do perfil helicoidal em ambos os eixos é previsto o mesmo perfil helicoidal; mas recortes da grandeza 360 o/ (2-Z) em um eixo são configurados distintamente. Tais construções são então convenientes quando ao material de transporte no âmbito de tarefas de dispersão devem ser aplicadas deformações especiais, por exemplo, uma lenta compressão seguida de uma rápida expansão.
[0034] Elementos helicoidais, que se compõem dentro de um segmento de perfil da magnitude 360 o/ (2-Z) de mais de três arcos de círculo, se incluem igualmente no objeto da presente invenção. Conforme a invenção, os arcos de círculo apresentam transição mútua tangencial em seus pontos iniciais e terminais.
[0035] A relação RA = ra / a do raio externo ra do elemento helicoidal para a distância axial a importa para espirais de dois passos sePetição 870190004493, de 15/01/2019, pág. 14/44
12/29 gundo a invenção, de preferência, entre 0,54 e 0,7 e, especialmente de preferência, entre 0,58 e 0,63, para espirais de três passos de preferência entre 0,53 e 0,57 e, de modo especialmente preferencial, entre 0,54 e 0,56, bem como para espirais de quatro passos de preferência entre 0,515 e 0,535.
[0036] Os elementos helicoidais segundo a invenção podem ser executados como elementos de transporte ou elementos de amassar ou elementos de misturar.
[0037] Um elemento de transporte se destaca, sabidamente, pelo fato de que (ver, por exemplo, [1], páginas 227 - 248) o perfil helicoidal em direção axial é continuamente torcido e em forma de parafuso avançado. O elemento de transporte pode então ter passo à direita ou à esquerda. A inclinação t do elemento de transporte pode,por exemplo, assumir valores de 0,1 a 10 vezes o diâmetro externo, sendo que pela inclinação se entende o comprimento axial, que é necessário para uma completa rotação do perfil helicoidal. De preferência, a inclinação t se situa na faixa de 0,3 a 3 vezes o diâmetro externo. O comprimento axial de um elemento de transporte é expresso, por motivos práticos, de preferência em múltiplos inteiros de t/Z.
[0038] Um elemento de amassar se destaca sabidamente pelo fato de que (ver por exemplo [1], páginas 227 - 248) o perfil helicoidal em direção axial é avançado escalonadamente em forma de discos de amassar. A disposição dos discos de amassar pode se dar em passo à direita ou à esquerda ou neutro. O comprimento axial dos discos de amassar se situa de preferência na faixa de 0,02 a 2 vezes o diâmetro externo. A distância entre dois discos de amassar vizinhos se situa, de preferência, na faixa de 0,001 a 0,1 vez o diâmetro externo.
[0039] Elementos de mistura são formados sabidamente (ver, por exemplo, [1], páginas 227 - 248) pelo fato de que elementos de transporte são executados com aberturas nas raspagens de espiral. Os
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13/29 elementos de mistura podem ter passos à direita ou à esquerda. Sua inclinação t se situa de preferência na faixa de 0,1 a 10 vezes o diâmetro externo. O comprimento axial de um elemento de mistura é executado analogamente aos elementos de transporte de preferência em múltiplos inteiros de t/Z. As aberturas têm de preferência a forma de uma ranhura em forma de u ou de v. Sendo o elemento de mistura executado a partir de um elemento ativo em transporte, então as ranhuras ficam dispostas de preferência transportando em sentido contrário ou axialmente paralelas.
[0040] Constitui ainda objeto da presente invenção um processo para produção dos elementos helicoidais segundo a invenção. Elementos helicoidais segundo a invenção se destacam por um perfil, que pode ser representado por uma curva continuamente diferenciável. O processo segundo a invenção para produção de elementos helicoidais para máquinas helicoidais de múltiplos eixos com eixos helicoidais de igual sentido aos pares e de raspagem exata aos pares em uma distância a com dois ou mais passos de espiral é caracterizado pelo fato de que os perfis helicoidais são formados na seção transversal total de n arcos de círculo, sendo n um número inteiro maior ou igual a 4.
[0041] O processo segundo a invenção é caracterizado pelo fato de que
- é selecionado um raio externo Ra do perfil helicoidal gerador maior do que 0 (ra > 0) e menor do que a distância axial (ra < a),
- é selecionado um raio de núcleo ri do perfil helicoidal gerador maior do que 0 (ri > 0) e menor ou igual a ra (ri < ra),
- os arcos de círculo são de tal maneira dispostos sucessivamente por fixação de sua posição e tamanho que todos os arcos de círculo do perfil helicoidal gerador apresentam transição mútua tangencialmente e os arcos de círculo formam um perfil helicoidal convexo, fechado, sendo que cada um dos arcos de círculo do perfil helicoiPetição 870190004493, de 15/01/2019, pág. 16/44
14/29 dal gerador se situa dentro ou nos limites de um anel circular com o raio externo ra e o raio de núcleo ri, cujos pontos centrais se situam no ponto de rotação do perfil helicoidal gerador, ao menos um dos arcos de círculo do perfil helicoidal gerador toca o raio externo ra do perfil helicoidal gerador em um ponto Pa e ao menos um dos arcos de círculo do perfil helicoidal gerador toca o raio de núcleo ri do perfil helicoidal gerador em um ponto P1,
- os n' arcos de círculo do perfil helicoidal gerado resultam dos n arcos de círculo do perfil helicoidal gerador pelo fato de que
- o número dos arcos de círculo n' do perfil helicoidal gerador é igual ao número dos arcos de círculo n do perfil helicoidal gerador
- raio externo ra' do perfil helicoidal gerador é igual à diferença de distância axial e raio de núcleo ri do perfil helicoidal gerador (ra' = a - ri),
- o raio de núcleo ri' do perfil helicoidal gerado é igual à diferença de distância axial a e raio externo ra do perfil helicoidal gerador (ri' = a - ra),
- o ângulo aj do j'-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerado é igual ao ângulo aj do j-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerador, sendo j e j' números inteiros, que em conjunto passam por todos os valores na faixa de 1 até ao número dos arcos de círculo n ou n',
- a soma de raio n' do j-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerado e raio rj do j-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerador é igual à distância axial a, sendo j e j' números inteiros, que em conjunto passam por todos os valores na faixa de 1 até ao número dos arcos de círculo n ou n',
- o ponto central do j-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerado possui uma distância do ponto central do j-ésimo arco de
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15/29 círculo do perfil helicoidal gerador, que é igual à distância axial a, e o ponto central do j-ésimo do perfil helicoidal gerado possui uma distância do ponto de rotação do perfil helicoidal gerado, que é igual à distância do ponto central do j-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerador do ponto de rotação do perfil helicoidal gerador, e a linha de união entre o ponto central do j-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerado e o ponto central do j-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerador é uma paralela a uma linha de união entre o ponto de rotação do perfil helicoidal gerado e o ponto de rotação do perfil helicoidal gerador, sendo j e j' números inteiros, que em conjunto atravessam todos os valores na faixa de 1 até ao número dos arcos de círculo n ou n',
- um ponto inicial do j-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerado se situa em uma direção com relação ao ponto central do j-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerado, que é contrária àquela direção que possui um ponto inicial do j-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerador com relação ao ponto central do j-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerador, sendo j e j' números inteiros, que atravessam em conjunto todos os valores na faixa de 1 até ao número dos arcos de círculo n ou n'.
[0042] O processo de acordo com a invenção é caracterizado pelo fato de que pode ser executado apenas com esquadro e compasso. Assim, a transição tangencial entre o j-ésimo e o (j + 1)-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerador é construída na medida em que em torno do ponto terminal do j-ésimo arco de círculo é aplicado um círculo com o raio rj+1 e o ponto de interseção desse círculo, posicionado mais próximo do ponto de rotação do perfil helicoidal gerador, com a reta, que é definida pelo ponto central e o ponto terminal do j-ésimo arco de círculo, é o ponto central do (j + 1)-ésimo arco de círculo.
[0043] Recomenda-se executar o processo para produção de perPetição 870190004493, de 15/01/2019, pág. 18/44
16/29 fis helicoidais em um computador. As dimensões dos elementos helicoidais se apresentam então em uma forma, em que podem ser aduzidas a uma máquina de fresar CAD para produção dos elementos helicoidais.
[0044] Objeto da presente invenção é assim também um produto de programa de computador, com meios de código de programa para execução do processo segundo a invenção para a produção de perfis helicoidais segundo a invenção em um computador. Em uma forma de execução preferida, o usuário do produto de programa de computador dispõe de uma superfície de usuário de preferência gráfica, com auxílio da qual pode alimentar os parâmetros a serem selecionados (número dos arcos de círculo do perfil helicoidal gerador e gerado, raios, ângulos). De preferência é auxiliado então pelo sistema de computador, que indica ao usuário quando por seleção dos valores de parâmetro resultam perfis helicoidais, que não são de raspagem exata aos pares. De preferência, quando da alimentação dos valores de parâmetro ele é auxiliado de tal maneira que são indicadas faixas de valores de parâmetros permitidas. Por valores de parâmetros permitidos se entendem aquelas combinações de valores de parâmetros, que levam a perfis helicoidais de raspagem exata aos pares.
[0045] Em uma forma de execução preferida, são construídos virtualmente no computador não apenas os perfis, mas também elementos helicoidais inteiros. O resultado da construção é indicado de preferência em forma de desenhos de construção em uma tela ou em uma impressora. É igualmente concebível indicar o resultado como arquivos eletrônicos que, em uma forma de execução preferida, são encaminhados a uma máquina de fresagem CAD para produção dos correspondentes elementos helicoidais.
[0046] Depois de o perfil ter gerado da maneira descrita, os elementos helicoidais, segundo a invenção, podem ser produzidos por
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17/29 exemplo com uma máquina de fresar. Materiais preferidos para produção dos elementos helicoidais são aços, especialmente aços nitrurados, aços ao cromo, aços de ferramentas e aços nobres, bem como materiais compostos metálicos, produzidos por metalurgia de pó, à base de ferro, níquel ou cobalto.
[0047] O processo, segundo a invenção, permite configurar o perfil de uma espiral basicamente de tal maneira que seja apropriado de maneira ótima para uma tarefa predeterminada. Os elementos helicoidais conhecidos do estado atual da técnica são configurados de maneira ótima na maior parte visando uma tarefa concreta. Antes pelo contrário, os fabricantes fornecem elementos helicoidais (elementos de transporte, de amassar e de mistura) de um sistema de construção em caixa fixo independentemente de uma tarefa concreta. Graças ao processo, segundo a invenção, é possível configurar o perfil de elementos helicoidais autorraspadores de modo quase totalmente livre e, assim, otimizá-los a uma aplicação através de mínima variação de parâmetros para o respectivo uso. Nesse particular, cabe assinalar que o número dos arcos de círculo para geração de perfil helicoidais não é limitado. É assim possível implementar perfis helicoidais, que não sejam formados de arcos de círculo e, portanto, não autorraspadores, por um número suficientemente elevado de arcos de círculo com uma precisão desejada. O perfil implementado por meio de arcos de círculo é naturalmente autorraspador.
[0048] Cabe assinalar também que de um perfil helicoidal (gerador ou gerado) pode ser calculado o perfil de corte longitudinal correspondente. De preferência, cada arco de círculo de um perfil helicoidal é utilizado para se calcular por meio de uma função explícita uma parte do corte longitudinal pertencente a esse arco de círculo. Para o cálculo da distância s de um ponto de um arco de círculo de um perfil helicoidal, em uma primeira etapa, o ponto de interseção (Sx, Sy) de uma
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18/29 reta g é determinado sendo caracterizado pelo fato de que a referida reta está no plano do perfil helicoidal, passa pelo ponto de rotação do perfil helicoidal, e a orientação da reta é dada pelo ângulo □ □□ com um arco de círculo Kb sendo caracterizado por seu raio r e pela posição de seu ponto central (Mx, My). Em uma segunda etapa, a distância do ponto de interseção (Sx, Sy) do ponto de rotação do perfil helicoidal é calculada. O cálculo de um ponto de interseção de uma reta com um arco de círculo pode ser representado por uma função explícita. O mesmo é válido para o cálculo de distância. Para a distância vale, portanto, s = s( φ, r, Mx, My). O ângulo φ pode ser convertido com inclinação t conhecida de um elemento helicoidal por p2Pt, em uma posição axial z_ax, de modo que se tem para a distância s=s(z_ax, r, Mx, My)=s(p2Pt, r, Mx, My). A função s(z_ax, r, Mx, My) descreve o desejado corte longitudinal para um arco de círculo do perfil helicoidal.
[0049] Constitui ainda objeto da presente invenção o uso dos elementos helicoidais, segundo a invenção, em máquinas helicoidais de múltiplos eixos. De preferência, os elementos helicoidais, segundo a invenção, são empregados em máquinas helicoidais de dois eixos. Os elementos helicoidais podem se apresentar nas máquinas helicoidais de vários eixos em forma de elementos de amassar, de mistura ou de transporte. É igualmente possível combinar entre si elementos de amassar, de transporte e de mistura em uma máquina helicoidal. Os elementos helicoidais, segundo a invenção, podem também ser combinados com outros elementos helicoidais, que são conhecidos por exemplo do estado atual da técnica.
[0050] Os elementos helicoidais, segundo a invenção, formam em máquinas helicoidais de múltiplos eixos com eixos helicoidais de igual sentido aos pares e de raspagem exata aos pares um canal circulando por toda a sua periferia. O canal apresenta então alternadamente larPetição 870190004493, de 15/01/2019, pág. 21/44
19/29 gura de canal crescente e decrescente. Um tal canal é aqui designado como canal convergente-divergente. Em um tal canal convergentedivergente ocorre em operação por todo o seu comprimento uma combinação de fluxo de cisalhamento e fluxo de dilatação, que tem um efeito de dispersão muito bom. A entrada de energia é reduzida em comparação com elementos helicoidais convencionais, conhecidos do estado atual da técnica, com uma flexão no perfil.
[0051] Discos circulares excentricamente dispostos formam um canal convergente-divergente. Os elementos helicoidais, segundo a invenção, apresentam, contudo, uma faixa periférica menor, em que há uma fenda muito estreita, como discos circulares excentricamente dispostos. Por isso, a entrada de energia quando do uso de elementos helicoidais, segundo a invenção, em máquinas helicoidais de múltiplos eixos é reduzida em comparação com o uso de discos circulares excentricamente dispostos.
[0052] A invenção será detalhadamente explicada a seguir a título de exemplo com base nas figuras, sem contudo se limitar às mesmas. [0053] Convenientemente, trabalha-se com números característicos sem dimensões, para facilitar a possibilidade de transposição para distintos tamanhos de construção de dispositivo de extrusão. Como grandezas de referência para grandezas geométricas, como por exemplo comprimentos ou raios, se oferece a distância axial a, pois essa grandeza não pode ser alterada em um dispositivo de extrusão. [0054] Para as figuras, são válidas as seguintes convenções: as coordenadas x e y têm sua origem no ponto de rotação de um dos eixos. Todos os dados de ângulo ocorrem na medida de arco. Todos os demais dados de massa são normatizados na distância axial e representados por letras maiúsculas: A = a/a; Rj = η/a; RA = ra/a; RI = ri/a T = t/a etc. Mx e My são as coordenadas x e y do ponto central de círculo de um arco de círculo gerador de perfil, R é o raio normatizado à
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20/29 distância axial a e α o ângulo de arco do arco de círculo. Além disso, significam RG = raio de alojamento normatizado, RV = raio de alojamento virtual normatizado, RA = raio externo normatizado do perfil de raspagem exata, RF = raio externo normatizado da espiral a ser produzida, S = folga normatizada das espirais entre si (fenda), D = folga normatizada das espirais para com o alojamento, VPR = valor normatizado do deslocamento de perfil, VPW = ângulo do deslocamento de perfil em medida de arco, VLR = valor normatizado do deslocamento do eixo esquerdo, VLW = ângulo do deslocamento do eixo esquerdo, VRR = valor normatizado do deslocamento do eixo direito, VRW = ângulo do deslocamento do eixo direito.
[0055] A figura 1 mostra em seção transversal dois elementos helicoidais dispostos a uma distância A entre si, de raspagem exata, de dois passos, segundo o estado atual da técnica. Os elementos helicoidais dispõem do mesmo perfil axialmente simétrico. O elemento helicoidal direito é girado em 90 o com relação ao esquerdo. Os pontos caracterizados com 1-1 indicam os pontos de rotação dos eixos, em que estão dispostos os elementos helicoidais. O perfil mostrado se compõe de vários segmentos simétricos. Nas transições dos segmentos ocorrem dobras (uma das dobras é caracterizada por uma seta com 1-2). Na região do ângulo de raspagem KW, o produto quando da operação de uma máquina helicoidal de múltiplos eixos com elementos helicoidais desse tipo está sujeito a um elevado cisalhamento sem dilatação.
[0056] Essa desvantagem é evitada por um elemento helicoidal, segundo a invenção, com um perfil conforme a figura 2. A figura 2a mostra em seção transversal um quarto do perfil de um elemento helicoidal de raspagem exata, de dois passos (elemento helicoidal gerador). O perfil é axialmente simétrico aos eixos x e y, de modo que todo o perfil resultaria por espelhamento do quarto mostrado nos eixos x e
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y. O perfil do elemento helicoidal (gerado) correspondente resulta então por rotação do perfil do elemento helicoidal gerador em torno de um ângulo de 90 o. A origem de coordenada marca nesta e em todas as demais figuras o ponto de rotação D do eixo. Com o raio externo RA foi então registrado um círculo tracejado em torno do perfil. A perfuração de alojamento é representada por um círculo a ele concêntrico com um raio RG ampliado com relação ao raio externo pela folga S (RG = RA + S). O perfil helicoidal, segundo a figura 2a, consiste em dois arcos de círculo, que apresentam transição mútua sem dobra. As coordenadas dos arcos de círculo estão indicadas na figura 2a. O ponto central M1 do círculo 1 se situa na horizontal pelo ponto de rotação e o ponto central do círculo 1' na vertical pelo ponto de rotação (M1y = 0; M1'x = 0). A transição do círculo 1 para o círculo 1' ocorre no ponto PFP, em que ambos os círculos tangenciam a reta FP.
[0057] A construção do segmento de perfil mostrado pode ocorrer pelas seguintes etapas:
- fixação de um ponto Pa a uma distância do ponto de rotação D do elemento helicoidal, que corresponde ao raio externo RA do elemento helicoidal,
- fixação de um ponto P1 a uma distância do ponto de rotação D do elemento helicoidal, que corresponde ao raio interno RI do elemento helicoidal, sendo que ponto P1 se situa em uma reta DP1 pelo ponto D, que forma com uma reta DPa pelos pontos Pa e D um ângulo de 360 o / (2-Z),
- fixação de uma reta FP com uma distância do ponto de rotação D, que corresponde à meia-distância axial A do elemento helicoidal, e com uma inclinação na medida de arco de -1/tan(p/(2-Z)),
- fixação do ponto de interseção da tangente Ta no ponto Pa no círculo externo com raio RA em torno do ponto de rotação D com a reta FP e fixação do ponto Pfp na reta FP, que guarda a mesma disPetição 870190004493, de 15/01/2019, pág. 24/44
22/29 tância do ponto de interseção que Pa e que tem do ponto de rotação uma distância menor do que corresponde ao raio RA,
- fixação do ponto central M1, que se situa no ponto de interseção da ortogonal para com a reta FP no ponto Pfp com a reta DPa,
- fixação do ponto central M1- , que se situa no ponto de interseção da ortogonal para com a reta FP no ponto Pfp com a reta DP1,
- geração de um arco de círculo 1 em torno do ponto central M1, entre os pontos Pa e Pfp,
- geração de um arco de círculo 1' em torno do ponto de interseção M1’, entre os pontos P1 e Pfp.
[0058] A figura 2b mostra, a título de exemplo, um segmento de perfil de um elemento helicoidal de dois passos segundo a invenção, formado de três círculos. O ponto D caracteriza o ponto de rotação do elemento helicoidal (elemento helicoidal gerador). À distância A do ponto de rotação D se encontra o ponto de rotação do elemento helicoidal correspondente (elemento helicoidal gerado). Em torno do ponto de rotação D está registrado um círculo (círculo interno) com o raio de núcleo RI e um círculo (círculo externo) com o raio externo RA do elemento helicoidal. Círculo interno e círculo externo formam um anel circular. Todos os pontos do segmento de perfil bem como do perfil total assim resultante do elemento helicoidal, segundo a invenção, se situam nesse anel circular. Ponto PA caracteriza um ponto inicial de um primeiro arco de círculo 1 com o raio R1 e o ponto central M1, que se situa no trecho de união D-Pa. O ponto Pa se situa no círculo externo. Ponto P1 caracteriza um ponto inicial de um arco de círculo 3 com o raio R3 = A - R1. Seu ponto central M3 se situa no trecho D-P1. Entre o arco de círculo 1 e o arco de círculo 3 se conecta de modo continuamente diferenciável um arco de círculo 2 com o raio R2 = A/2.
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23/29 [0059] Seu ponto central M2 se encontra à distância (A/2)-Ri do ponto P1 e à distância R3 = (A /2) do ponto M3. Mediante progressivo espelhamento do segmento de perfil mostrado em uma reta, que se estende pelos pontos D e PA, e em uma reta, que se estende pelos pontos D e P1, pode ser construído o perfil total do elemento helicoidal segundo a invenção (elemento helicoidal gerador). O perfil do elemento helicoidal correspondente (elemento helicoidal gerado) resulta aqui simplesmente mediante rotação do perfil do perfil helicoidal gerador em um ângulo de 90 o em torno do ponto de rotação D.
[0060] A figura 2c mostra um exemplo de elementos helicoidais, segundo a invenção, em que os segmentos de perfil caracterizados pelas linhas tracejadas não podem ser levados a coincidir mediante espelhamento axial com os segmentos de perfil caracterizados por linhas cheias. Em lugar disso, os perfis são pontualmente simétricos ao eixo de rotação.
[0061] Uma forma de execução especial de elementos helicoidais, segundo a invenção, está representada a título de exemplo na figura 3. Ela é caracterizada pelo fato de que as perfurações de alojamento são executadas com um raio maior do que o raio externo dos perfis helicoidais e os perfis helicoidais são deslocados aos pares relativamente aos pontos centrais das perfurações de alojamento, mas os pontos de rotação (representados por círculos pequenos) são mantidos nos centros das perfurações de alojamento. Resulta assim, surpreendentemente, maior redução nítida da entrada de energia. Os elementos helicoidais dessa maneira excentricamente rotativos podem ser deslocados à vontade dentro das perfurações de alojamento. Na figura 3 está representado o caso a ser particularmente destacado, de que os dois perfis são deslocados paralelamente no mesmo montante em direção de uma reta, que guia os dois pontos de rotação, como perpendicularmente à mesma, até tocarem o contorno do alojamento. ConseguePetição 870190004493, de 15/01/2019, pág. 26/44
24/29 se assim que as espirais se varram mutuamente de modo exato, mas apenas uma das duas raspagens helicoidais de cada eixo raspa exatamente o alojamento. Essa disposição apresenta uma completa raspagem de todas as superfícies com entrada de energia simultaneamente reduzida.
[0062] Até aqui se tratou apenas de perfis helicoidais de raspagem exata. Em máquinas tecnicamente executadas, contudo, é necessário desviar da geometria de raspagem exata na medida em que fendas exatamente definidas são observadas quando da raspagem. Isso é necessário para impedir “grimpagem” mecânica, para compensar tolerâncias de fabricação e evitar excessiva dissipação de energia nas fendas. Para a produção de fendas uniformes são possíveis diversas estratégias. A mais difundida é a produção de fendas, que sejam equidistantes em um corte longitudinal pela máquina. O procedimento para produção dos perfis helicoidais correspondentes foi representado em [1] nas páginas 103 ss.
[0063] As regras para produção de perfis helicoidais com fendas definidas são aplicáveis aos elementos helicoidais segundo a invenção.
[0064] A figura 4 mostra exemplos de perfis de elementos helicoidais, segundo a invenção, com fendas (folgas). Na figura 4a, a fenda S foi selecionada na raspagem das espirais entre si de igual tamanho que a fenda D na raspagem do alojamento. Na figura 4b, a fenda S é menor do que D e nas figuras 4c e 4d, inversamente, D é menor do que S.
[0065] Com a figura 5 se mostra que perfis excêntricos são também obtidos, conforme a invenção, pelo fato de que é construído um perfil helicoidal com fendas e em seguida os perfis são deslocados dentro das fendas. Os perfis da figura 5 a-d são idênticos ao perfil da figura 4d. O deslocamento ocorre com relação a uma reta pelos pontos
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25/29 de rotação dos elementos helicoidais na figura 5a no ângulo de 0 o, na figura 5b no ângulo de 30 o, na figura 5c no ângulo de 60 o e na figura 5d no ângulo de 90 o.
[0066] A figura 5 mostra exemplos, em que ambos os eixos são deslocados com o mesmo vetor de deslocamento. Basicamente também é possível deslocar ambos os eixos dentro das folgas com um vetor distinto. Obtêm-se então perfis, que se raspam com uma fenda, que varia durante uma rotação dos eixos.
[0067] O efeito de transporte de um par de perfis é obtido como se sabe pelo fato de que os perfis são torcidos em forma de parafuso continuamente em direção axial. Dessa maneira, resulta uma rosca de transporte, como representada a título de exemplo na figura 6a.
[0068] Elementos de amassar com potência de dispersão elevada com relação à rosca de transporte são obtidos na medida em que discos prismáticos de perfis autorraspadores são dispostos sobre o eixo torcidos mutuamente em torno de um ângulo de deslocamento. Um exemplo para um elemento de amassar com sete discos de amassar, que estão dispostos com um ângulo de deslocamento de 30 o sobre o eixo, é mostrado na figura 6b.
[0069] Nas figuras 1 a 6 foram tratados exclusivamente elementos helicoidais de dois passos. Os mesmos princípios podem, contudo, ser aplicados também a elementos helicoidais com três ou mais passos. A figura 7 mostra em seção transversal dois elementos helicoidais de três passos, segundo o estado atual da técnica (ver por exemplo [1] p. 103). O perfil de três passos na figura 7 consiste em três segmentos simétricos. Nas transições dos segmentos surgem dobras, e o perfil forma a raspagem helicoidal (marcada, por exemplo, pela seta com 71). Aí, o perfil gira com estreita distância do alojamento e estabelece com as desvantagens descritas da massa fundida de polímero um mero cisalhamento.
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26/29 [0070] A figura 8 mostra, pelo contrário, um segmento de perfil de um elemento helicoidal de três passos, segundo a invenção. Como o perfil é axialmente simétrico com relação a três retas dispostas a um ângulo de 60 o entre si (S1, S2, S3), que passam pela origem de coordenada, está aqui mostrado apenas um recorte de 60 o. Todo o perfil resulta por espelhamento progressivo da curva de perfil mostrada nas retas de espelho S1, S2 e S3. A curva de perfil está formada no segmento mostrado entre as retas S1 e S3 de dois arcos de círculo. Para as espirais resulta um canal convergente-divergente, que aplica por toda a sua periferia ao material de mistura uma combinação de fluxo de cisalhamento e de dilatação. A transição tangencial entre os círculos geradores de perfil 1 e 1' ocorre no local, em que o perfil tangencia a reta FP. Para perfis de três passos, a reta FP se estende a uma distância de meia distância axial do ponto de rotação com uma inclinação de -1,73. A construção mostrada na figura 8 pode ser aplicada, de maneira análoga, a todas as relações de raio externo de espiral para distância axial de 0,5 a 0,577.
[0071] Para os perfis de três passos podem ser construídos perfis de rotação excêntrica. Tais perfis helicoidais são mostrados na figura 9 a-d. O procedimento é análogo ao procedimento nos perfis de dois passos. O raio externo do perfil é reduzido relativamente ao raio de alojamento e o perfil é deslocado aos pares, sendo que o ponto de rotação é mantido centralizado ao alojamento. Especialmente interessantes são perfis helicoidais, em que as helicoidais se raspam completamente entre si e onde o alojamento é raspado apenas com uma de três raspagens. Na figura 9a está mostrada a produção de um perfil desse tipo, na medida em que o perfil é deslocado horizontalmente para a direita, até que a raspagem helicoidal direita chegue ao contorno do alojamento. Nessa disposição, resultam passos de espiral simétricos entre o perfil e o alojamento. Outras disposições, em que uma
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27/29 das três raspagens helicoidais raspa o alojamento, são obtidas com um deslocamento dos perfis em um ângulo de 20 o (figura 9b) ou 40 o com relação a uma reta, que se estende pelos pontos de rotação (figura 9). Nesses perfis, o passo de espiral resultante é assimétrico. Resultam com crescente deslocamento uma região com cisalhamento mais intenso (nas figuras 9b e 9c acima) e uma região com cisalhamento menos intenso (nas figuras 9b e 9c abaixo). Com deslocamento do perfil em um ângulo de 60 o com relação a uma reta, que se estende pelos pontos de rotação (figura 9d), pode ser produzida uma disposição, em que duas das três raspagens raspam o alojamento. A assimetria é aqui máxima. Resultam duas regiões com carga de cisalhamento muito intensa (na figura 9d acima) e uma região com pequena carga de cisalhamento (na figura 9d abaixo). A massa a ser processada é assim exposta a solicitações fortemente alternadas, o que ajuda em tarefas de dispersão.
[0072] A produção de fendas na raspagem em sentido contrário dos perfis e na raspagem do alojamento ocorre em plena concordância com o procedimento nos perfis de dois passos.
[0073] Os perfis de três passos podem ser empregados segundo a invenção como rosca de transporte contínua segundo a figura 10a ou como disco de amassar segundo a figura 10b.
[0074] Perfis helicoidais de quatro passos axialmente simétricos são completamente definidos por um segmento de 45 o do perfil helicoidal. A figura 11 mostra um segmento de perfil de um elemento helicoidal de quatro passos, axialmente simétrico de acordo com a invenção, que se compõe de dois segmentos de círculo. A construção pode ser aplicada analogamente a todas as relações de raio externo helicoidal para com distância axial de 0,5 a 0,541.
[0075] A produção de perfis excêntricos e a produção de fendas na raspagem ocorre de modo semelhante aos perfis de dois e três
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28/29 passos e não é aqui mostrada.
[0076] Os perfis de quatro passos podem ser empregados como rosca de transporte contínua, segundo a figura 12a, ou como disco de amassar, segundo a figura 12b.
[0077] Perfis, segundo a invenção, com mais de quatro passos podem ser produzidos de maneira análoga. Igualmente de maneira análoga podem ser variadas as fendas e produzidos perfis excêntricos. [0078] Na figura 13a está esquematicamente representado um exemplo de um par de elementos helicoidais segundo a invenção em seção transversal. O perfil helicoidal gerador é representado pelo perfil helicoidal esquerdo. O perfil helicoidal gerado é representado pelo perfil helicoidal direito. Ambos os perfis helicoidais consistem em 16 arcos de círculo. Os arcos de círculo do perfil helicoidal gerador e gerado são caracterizados pelas linhas espessas, cheias, que são providas dos respectivos números dos arcos de círculo. Os pontos centrais dos arcos de círculo são representados por círculos pequenos. Os pontos centrais dos arcos de círculo são unidos com linhas finas, cheias, tanto com o ponto inicial como também com o ponto terminal do arco de círculo correspondente (linhas de limitação). O raio externo helicoidal é respectivamente de igual magnitude para o perfil helicoidal gerador e para o gerado. Na região do alojamento helicoidal, o raio externo helicoidal está caracterizado por uma linha fina tracejada, na região de cunha por uma linha fina pontilhada. Em função da pluralidade dos arcos de círculo e da produção das figuras por meio de um programa de computador pode ocorrer que os números de distintos arcos de círculo se sobreponham a linhas de limitação e, por isso, sejam de difícil leitura. Apesar da parcial dificuldade de leitura de distintos números, a estrutura dos perfis da do contexto relativo a essa descrição e aos dados de coordenadas fica ainda clara da figura 13b.
[0079] O par de perfis helicoidais, segundo a invenção, mostrado
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29/29 na figura 13a, é pontualmente simétrico, mas não axialmente simétrico. A reta FP (traçada pontilhada) não é tangenciada. Um elemento helicoidal desse tipo permite liberdades especialmente grandes para o efeito de dispersão, pois as regiões antes e depois das raspagens, que são determinantes para o efeito de dispersão, podem ser precisamente adaptadas à tarefa, sem que se precise considerar a restrição geométrica pela reta FP. A figura 13b mostra para todos os arcos de círculo da figura 13a as coordenadas x e y (Mx e My) dos pontos centrais, os raios R e os ângulos α dos arcos de círculo. Os dados de ângulo ocorrem na medida de arco; todos os demais dados de medida são normatizados na distância axial e, portanto, sem dimensão.
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Claims (12)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Elementos helicoidais para máquinas helicoidais de vários eixos com eixos helicoidais que giram em igual sentido aos pares e de raspagem exata aos pares e, com dois ou mais passos helicoidais, caracterizados pelo fato de que os perfis helicoidais podem ser representados em seção transversal total respectivamente por uma curva de perfil continuamente diferenciável e, sendo que o perfil helicoidal é composto em seção transversal total de quatro ou mais arcos de círculo, sendo que os arcos de círculo apresentam transição mútua tangencialmente em seus pontos iniciais e terminais, e onde,
    - um perfil helicoidal gerador e um perfil helicoidal gerado têm uma distância axial a entre si,
    - o número dos arcos de círculo do perfil helicoidal gerador é n,
    - o raio externo ra do perfil helicoidal gerador é maior do que 0 (ra > 0) e menor do que a distância axial (ra < a),
    - o raio de núcleo ri do perfil helicoidal gerador é maior do que 0 (ri > 0) e menor ou igual a ra (ri < ra),
    - todos os arcos de círculo do perfil helicoidal gerador apresentam transição mútua tangencial,
    - os arcos de círculo formam um perfil helicoidal fechado, isto é, a soma do ângulo aj de todos os arcos de círculo j é igual a 2π, sendo π o número de círculo (π * 3,14159),
    - os arcos de círculo formam um perfil helicoidal convexo,
    - cada um dos arcos de círculo do perfil helicoidal gerador se situa dentro ou nos limites de um anel de círculo com o raio externo ra e o raio de núcleo ri, cujo ponto central se situa no ponto de rotação do perfil helicoidal gerador,
    - ao menos um dos arcos de círculo do perfil helicoidal gerador toca o raio externo ra do perfil helicoidal gerador em um ponto
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  2. 2/7
    Pa,
    - ao menos um dos arcos de círculo do perfil helicoidal gerador toca o raio de núcleo ri do perfil helicoidal gerador em um ponto P1,
    - o número dos arcos de círculo n' do perfil helicoidal gerado é igual ao número dos arcos de círculo n do perfil helicoidal gerador,
    - o raio externo ra' do perfil helicoidal gerado é igual à diferença de distância axial e raio de núcleo ri do perfil helicoidal gerado (ra' = a - ri),
    - o raio de núcleo ri' do perfil helicoidal gerado é igual à diferença de distância axial e raio externo ra do perfil helicoidal gerador (ri' = a - ra),
    - o ângulo aj do j'-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerado é igual ao ângulo aj do j-ésimo do arco de círculo do perfil helicoidal gerado, sendo j e j' números inteiros, que atravessam em conjunto todos os valores na faixa de 1 até ao número dos arcos de círculo n ou n',
    - a soma de raio rj ‘ do j'-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerado e radio rj do j-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerador é igual à distância axial a, sendo j e j' números inteiros, que atravessam em conjunto todos os valores na faixa de 1 até ao número dos arcos de círculo n ou n',
    - o ponto central do j-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerado tem uma distância do ponto central do j-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerado, que é igual à distância axial a, e o ponto central do j'-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerado tem uma distância do ponto de rotação do perfil helicoidal gerado, que é igual à distância do ponto central do j-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerador do ponto de rotação do perfil helicoidal gerador, e a
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  3. 3/7 linha de união entre o ponto central do j’-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerado e o ponto central do j-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerador é uma paralela para com uma linha de união entre o ponto de rotação do perfil helicoidal gerado e o ponto de rotação do perfil helicoidal gerador, sendo j e j’ números inteiros, que atravessam em conjunto todos os valores na faixa de 1 até ao número dos arcos de círculo n ou n’,
    - um ponto inicial do j’-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerado se situa em uma direção com relação ao ponto central do j’-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerado, que é contraposta àquela direção que possui um ponto inicial do j-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerador relativamente ao ponto central do j-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerador, sendo j e j’ números inteiros, que atravessam em conjunto todos os valores na faixa de 1 até o número dos arcos de círculo n ou n’.
    2. Elementos helicoidais de acordo com a reivindicação 1, caracterizados pelo fato de que são pontualmente simétricos e a curva do perfil em um recorte de 360 o / (2-Z) é composta de ao menos dois arcos de círculo, sendo Z o número de passos dos elementos helicoidais.
    3. Elementos helicoidais de acordo com a reivindicação 1, caracterizados pelo fato de que são axialmente simétricos e a curva de perfil em um recorte de 360 o / (2-Z) é composta de ao menos dois arcos de círculo, sendo Z o número de passos dos elementos helicoidais.
  4. 4. Elementos helicoidais de acordo com a reivindicação 3, caracterizados pelo fato de que a curva de perfil na seção transversal é composta de dois arcos de círculo, sendo que os arcos de círculo apresentam transição mútua continuamente diferenciável em um ponto Pfp , sendo que o ponto Pfp se situa em uma reta FP, cuja ortogonal
    Petição 870190004493, de 15/01/2019, pág. 35/44
    4/7 no ponto Pfp se estende pelos pontos centrais de ambos os arcos de círculo.
  5. 5. Elementos helicoidais de acordo com a reivindicação 4, com um ponto de rotação D, um ponto Pa, que se situa em um círculo em torno do ponto de rotação com o raio externo ra do elemento helicoidal, um ponto P1, que se situa em um círculo em torno do ponto de rotação com o raio interno ri do elemento helicoidal, uma reta DPa, que se estende pelos pontos Pa e D e uma reta DPi, que se estende pelos pontos P1 e D, que com uso de um sistema de coordenadas cartesiano com o ponto D na origem e o ponto Pa no eixo x, caracterizados pelo fato de que a ortogonal corta a reta DPa no ponto central de um arco de círculo e a reta DPi no ponto central do outro arco de círculo, e pelo fato de que a reta FP possui uma distância correspondente à metade da distância axial a do ponto de rotação e uma inclinação na medida de arco de - l/ tan (π / (2 -Z)).
  6. 6. Elementos helicoidais de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, sendo que os elementos helicoidais são executados como elementos de mistura ou elementos de transporte.
  7. 7. Elementos helicoidais de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, sendo que os elementos helicoidais são executados como elementos de mistura ou elementos de amassar.
  8. 8. Uso de elementos helicoidais como definidos em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, em uma máquina helicoidal de vários eixos.
  9. 9. Uso de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que os elementos helicoidais varrem aos pares em toda a sua periferia com fenda constante.
  10. 10. Uso de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que os elementos helicoidais varrem aos pares com uma fenda, que não é constante por toda a periferia.
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    5/7
  11. 11. Uso de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que os perfis dos elementos helicoidais são deslocados aos pares relativamente ao ponto de rotação posicionado centralmente na perfuração de alojamento.
  12. 12. Processo para produção de elementos helicoidais para máquinas helicoidais de vários eixos com eixos helicoidais que giram aos pares em igual sentido e de raspagem exata aos pares, caracterizado pelo fato de que para formação dos perfis helicoidais arcos de círculo são compostos em uma curva continuamente diferenciável, onde,
    - um perfil helicoidal gerador e um perfil helicoidal gerado têm uma distância axial a entre si,
    - o número dos arcos de círculo do perfil helicoidal gerador é n,
    - o raio externo ra do perfil helicoidal gerador é maior do que 0 (ra > 0) e menor do que a distância axial (ra < a),
    - o raio de núcleo ri do perfil helicoidal gerador é maior do que 0 (ri > 0) e menor ou igual a ra (ri < ra),
    - todos os arcos de círculo do perfil helicoidal gerador apresentam transição mútua tangencial,
    - os arcos de círculo formam um perfil helicoidal fechado, isto é, a soma do ângulo aj de todos os arcos de círculo j é igual a 2π, sendo π o número de círculo (π 3,14159),
    - os arcos de círculo formam um perfil helicoidal convexo,
    - cada um dos arcos de círculo do perfil helicoidal gerador se situa dentro ou nos limites de um anel de círculo com o raio externo ra e o raio de núcleo ri, cujo ponto central se situa no ponto de rotação do perfil helicoidal gerador,
    - ao menos um dos arcos de círculo do perfil helicoidal gerador toca o raio externo ra do perfil helicoidal gerador em um ponto
    Petição 870190004493, de 15/01/2019, pág. 37/44
    6/7
    Pa,
    - ao menos um dos arcos de círculo do perfil helicoidal gerador toca o raio de núcleo ri do perfil helicoidal gerador em um ponto P1,
    - o número dos arcos de círculo n' do perfil helicoidal gerado é igual ao número dos arcos de círculo n do perfil helicoidal gerador,
    - o raio externo ra' do perfil helicoidal gerado é igual à diferença de distância axial e raio de núcleo ri do perfil helicoidal gerado (ra' = a - ri),
    - o raio de núcleo ri' do perfil helicoidal gerado é igual à diferença de distância axial e raio externo ra do perfil helicoidal gerador (ri' = a - ra),
    - o ângulo aj do j'-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerado é igual ao ângulo aj do j-ésimo do arco de círculo do perfil helicoidal gerado, sendo j e j' números inteiros, que atravessam em conjunto todos os valores na faixa de 1 até ao número dos arcos de círculo n ou n',
    - a soma de raio rj ‘ do j'-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerado e radio rj do j-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerador é igual à distância axial a, sendo j e j' números inteiros, que atravessam em conjunto todos os valores na faixa de 1 até ao número dos arcos de círculo n ou n',
    - o ponto central do j-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerado tem uma distância do ponto central do j-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerado, que é igual à distância axial a, e o ponto central do j'-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerado tem uma distância do ponto de rotação do perfil helicoidal gerado, que é igual à distância do ponto central do j-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerador do ponto de rotação do perfil helicoidal gerador, e a
    Petição 870190004493, de 15/01/2019, pág. 38/44
    7/7 linha de união entre o ponto central do j’-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerado e o ponto central do j-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerador é uma paralela para com uma linha de união entre o ponto de rotação do perfil helicoidal gerado e o ponto de rotação do perfil helicoidal gerador, sendo j e j’ números inteiros, que atravessam em conjunto todos os valores na faixa de 1 até ao número dos arcos de círculo n ou n’,
    - um ponto inicial do j’-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerado se situa em uma direção com relação ao ponto central do j’-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerado, que é contraposta àquela direção que possui um ponto inicial do j-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerador relativamente ao ponto central do j-ésimo arco de círculo do perfil helicoidal gerador, sendo j e j’ números inteiros, que atravessam em conjunto todos os valores na faixa de 1 até o número dos arcos de círculo n ou n’.
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