CN105612041B

CN105612041B - 用于多轴螺杆式机器的螺杆元件

Info

Publication number: CN105612041B
Application number: CN201480046897.XA
Authority: CN
Inventors: T.科尼格
Original assignee: Covestro Deutschland AG
Current assignee: Covestro Deutschland AG
Priority date: 2013-06-24
Filing date: 2014-06-20
Publication date: 2018-12-18
Anticipated expiration: 2034-06-20
Also published as: WO2014206865A1; ES2673922T3; JP6513647B2; KR102209445B1; KR20160023805A; RU2673517C2; JP2019093724A; EP3013551B1; CA2916429C; RU2016102063A; JP2016522108A; CA2916429A1; EP3013551A1; SA515370304B1; CN105612041A; US20160136861A1

Abstract

本发明涉及用于具有成对地向同样的方向旋转的螺杆轴（W、W'）的多轴螺杆式机器的螺杆元件（10、10'），其中，所述螺杆元件精确地刮擦彼此并且由所述螺杆元件组成的螺杆轴具有两头或更多螺杆螺纹，螺杆轮廓（11、11'）在整个横截面上能由相应的轮廓曲线表示，每条轮廓曲线（11、11'）均在其发展中具有至少一个拐点（K、K'），拐点（K、K'）位于轮廓曲线的外半径（RA、RA'）之内。拐点被认为是螺距突变的位置或者轮廓曲线的螺距的几何不连续位置。本发明进一步涉及用于生产螺杆元件（10、10'）的方法，其中，圆的圆弧（1‑5）组合成曲线以形成螺杆轮廓（11、11'），该曲线在其发展中具有至少一个拐点（K、K'）或者该曲线的螺距的一个不连续点，所述点（K、K'）位于轮廓曲线的外半径（RA、RA'）之内。额外地，本发明涉及具有根据本发明的螺杆元件的螺杆式机器。本发明进一步涉及使用根据本发明的螺杆元件来挤压成型塑性材料。

Description

用于多轴螺杆式机器的螺杆元件

技术领域

本发明涉及用于带有成对地同向旋转的螺杆轴的多轴螺杆机器的螺杆元件，所述螺杆元件在多轴螺杆机器中的使用以及使用这些螺杆元件挤压成型塑性复合物的方法以及生产所述螺杆元件的方法。

背景技术

同向旋转的双轴或者可能地多轴机器，其转子完全地彼此擦拭，已经被知晓了相当长的时间（如例如DP862668）。在聚合物制备和加工中，基于完全地擦拭轮廓的原理的螺杆机器已经被用于不同的使用。这尤其基于下述事实：聚合物熔体粘附到表面并且在惯用的加工温度下，聚合物熔体随时间降解，所述降解通过所述完全擦拭的螺杆的自清洁效应被避免。生产完全擦拭的螺杆轮廓的规则被提出，例如，在[1]（[1] = Klemens Kohlgrüber: "Der gleichläufige Doppelschneckenextruder" [共同运转的双螺杆挤出机]，Hanser Verlag 慕尼黑，2007，第 96 到 109页）中。[1]还描述了在双螺杆挤出机的第一轴上的预定的螺杆轮廓确定了在所述双螺杆挤出机的第二轴上的螺杆轮廓（[1]，第97页）。在所述第一轴上的螺杆轮廓因此被称为母螺杆轮廓。在所述第二轴上的螺杆轮廓遵循所述双螺杆挤出机的所述第一轴的螺杆轮廓并且因此被称为生成的螺杆轮廓。在多轴挤出机的情况下，所述母螺杆轮廓和所述生成的螺杆轮廓总是在相邻的轴上交替地使用。现代双螺杆挤出机具有模块系统，在所述模块系统中，不同的螺杆元件能被安装到芯轴上。这允许本领域的技术人员调整所述双螺杆挤出机以适于相应的加工任务。

在现有技术中，已知下述螺杆元件：在所述螺杆元件中，所述螺杆的螺纹棱面处的横截面轮廓中出现扭结并且所述扭结与所述螺纹的侧面一起形成突然过渡，所述螺纹棱面包括半径=所述轮廓的外部直径并且以所述轮廓的旋转点为中心点的圆弧。在到所述轮廓的所述侧面的过渡处的这个扭结形成了在所述螺杆元件上边缘。在多轴机器上进行的主要任务之一是分散不能均匀地彼此混合的液相或熔体或者在聚合物熔体中分散固体。从技术文献（如例如，Chang Dae Han: “聚合物加工中的多相流（Mutiphase Flow in PolymerProcessing）”，学术出版社，纽约1981）可知，对于困难的分散任务，剪切流和拉伸流的结合是最佳的。这样形式的流存在于螺杆通道中，其中，所述材料一方面通过所述轴的旋转被剪切并且同时另一方面通过所述螺杆通道朝向所述螺纹棱面的会聚被拉伸。在所述螺杆的所述螺纹棱面的区域中，然而，有纯剪切流，在困难的分散任务的情况下所述纯剪切流将对所述分散几乎没有贡献。另一方面，所引入的能量的最大部分被耗散在所述螺杆的所述螺纹棱面和筒或者和相邻的轴之间的间隙中。因此，这个区域对所述聚合物复合物的加热做出了显著地贡献，并且从而潜在地对热降解做出了显著地贡献，而没有对分散的加工任务提供任何贡献。偏心地布置的圆盘代表一例外，对于所述圆盘已知的是它们能以完全擦拭的方式被布置。它们不具有任何带有纯剪切流的螺纹棱面区域。它们因其卓越的分散效应而闻名，但是同样地它们具有高的能量输入，这是因此它们产生了遍及大的周向区域的极窄的间隙。另外，它们受限于螺纹数量Z＝1。

国际专利申请WO 2009/152968 A1 和 WO 2011/069896 A1也描述了用于带有同向旋转的螺杆轴对的多轴螺杆机器的螺杆元件，WO 2009/152968 A1 和 WO 2011/069896A1的全部内容通过引用在此被并入在本申请中。这些螺杆元件被开发为在轴向横截面中具有能由连续可微分的轮廓曲线表示的轮廓，以便解决前面所提及的问题。然而，这仍然未能在所有的应用领域中实现所述螺杆元件的最佳性能。

欧洲专利申请EP 1093905 A2尤其公开了双螺杆挤出机，其已经利用高的分散和分布混合效应解决了避免要被挤压成型的材料的消耗性加热的问题，但是仅给出了不充分的解决方案。

德国专利申请DE 102008026862 A1也关注在多轴挤出机情况下改善所述分散和分布混合效应，但是未解决所述要被挤压成型的材料的消耗性加热的问题。

尽管欧洲专利申请EP 087536 A2一方面致力于改善在多轴挤出机情况下的所述分散和分布混合效应并且另一方面致力于温和加工，但是它并未致力于在温和加工的同时改善所述分散和分布混合效应。

欧洲专利申请EP 0002131 A1公开了带有对塑料有改善的揉捏作用的多轴挤出机。然而，这个专利申请既没有解决所述分散或分布混合效应的改善，也没有解决所述要被挤压成型的材料的消耗性加热问题。

国际专利申请WO 2001/006516 A1公开了带有改善的消耗性混合效应的多轴挤出机。然而，这个专利申请也没有解决所述要被挤压成型的材料的消耗性加热问题。

因此，在现有技术的基础上，目标是提供用于多轴螺杆机器的螺杆元件，所述螺杆元件与现有技术相比具有改善的分散效应以及需要尽可能少的能量输入。

发明内容

所述目标通过根据本发明的用于多轴螺杆机器的螺杆元件以及通过根据本发明的生产这些螺杆元件的方法被实现。还进一步具体说明了对于本发明的优选改进和应用。

已经出人意料地发现所述目标通过螺杆元件被实现，所述螺杆元件的轮廓能在整个横截面上被表示为轮廓曲线，所述轮廓曲线不是连续可微分的并且沿其自身具有扭结，所述扭结位于所述轮廓曲线的外半径之内，所述螺杆轮廓的曲率半径与所述轮廓的所述外半径的比率是0.05到0.95。这在点P_A处尤其适用，点P_A清洁所述筒。所述扭结被认为是所述轮廓曲线的斜率突然变化的位置或者是所述轮廓曲线的斜率的几何不连续处。另外，术语“在所述轮廓曲线的外半径之内”的意思是所述扭结不在所述轮廓曲线的所述外半径上，而是在某位置处，所述位置的半径始于所述旋转点或者始于相应的螺杆元件的旋转轴线且小于所述轮廓曲线的所述外半径。

在本发明的优选实施例中，所述螺杆轮廓的所述曲率半径与所述轮廓的所述外半径比率是0.2到0.8，优选地是0.3到0.7，尤其优选地是0.35到0.65。这在点P_A处尤其适用，点P_A清洁所述筒。如果所述轮廓曲线在多个部分中由不同的函数组成，那么所述曲率半径可以是不连续的，即，对于数值来说，在一个旋转方向上趋近一点时的所述曲线的半径的极限值不同于在相反的旋转方向上趋近一点时的所述曲线的半径的极限值。如果这样的过渡具体是在所述轮廓的所述外半径处，那么优选的范围优选地应用到所述两个极限值的至少一个。

因此本发明的主题是用于带有成对地同向旋转的螺杆轴的多轴螺杆机器的螺杆元件，这些螺杆元件成对地完全擦拭并且由这些螺杆元件组成的螺杆轴具有两个或更多螺杆螺纹，所述母螺杆轮廓和生成的螺杆轮廓能在各个情况下在整个横截面上被表示为轮廓曲线，所述轮廓曲线在所述轮廓曲线的斜率中具有至少一个扭结或者几何不连续，其特征在于所述至少一个扭结或者所述至少一个不连续不在所述轮廓曲线的所述外半径处，所述螺杆轮廓的曲率半径与所述轮廓的所述外半径的比率是0.05到0.95。这在点P_A处尤其适用，点P_A清洁所述筒。根据本发明的所述螺杆元件的目的在于当绕彼此平行且相距为a布置的两条旋转轴线以相同的转速、向相同的方向旋转时，所述螺杆元件在至少一个点处总是彼此相接触。

同时，本发明不受限于包括目前常见的由螺杆元件和芯轴组成的螺杆模块结构的螺杆元件，而是还能应用到实心结构的螺杆。因此，术语螺杆元件还应被理解为意味着实心结构的螺杆。尽管所述至少一个扭结在所述螺杆元件的所述轮廓中形成了边缘，但是所述扭结不在所述螺杆的螺纹棱面处，而是径向朝内地被偏置，以便所述扭结能对所述聚合物复合物的分散做出贡献而不对加热聚合物复合物做出可观的贡献。

在本发明的优选实施例中，根据本发明的所述螺杆元件的横截面轮廓（在此之后被简称为轮廓或者螺杆轮廓）在它们的整个长度上能被表示为连续可微分的曲线，除了所述至少一个扭结之外。优选地，所述连续可微的轮廓曲线的多个部分由在WO 2011/069896A1中所描述的方法生成。

正如上面参照母螺杆轮廓和生成的螺杆轮廓已经提及的那样，一个螺杆元件的所述横截面轮廓可以被预定，从而另一个螺杆元件的所述横截面轮廓容易地从这个预定的轮廓获得。为简单起见，所述螺杆轮廓或者螺杆元件在此也被称为对应轮廓或元件。在这种情况下，所述母轮廓或要被预定的轮廓仅必须符合一些容易满足的标准。所述对应螺杆元件的轮廓的获得或者生成要么图解地要么计算地以简单的方式发生。这允许构建极其多样的对应的螺杆元件。描述螺杆元件的横截面轮廓的曲线必须符合下述标准以便对应的螺杆元件的横截面轮廓能根据所述曲线被生成：所述曲线必须是封闭的，所述曲线必须是连续的，所述曲线必须是凸状的，所述曲线必须是部分地连续可微分的并且所述曲线必须在每个点处均具有小于或等于所述螺杆元件之间的中心线距离a的曲率半径。

在本发明的优选实施例中，所述一个螺杆元件的所述母横截面轮廓通过曲线在平面中形成，曲线是连续的，部分地连续可微分的，封闭且凸状的，以及另一个螺杆元件的所述生成的横截面轮廓由根据下述关系（1）的曲线形成：

(1),

其中

-曲线在每个点处均具有曲率半径ρ，曲率半径ρ小于或等于所述螺杆元件之间的中心线距离a，

-对于在连续可微分的部分之内的所述曲线的每个点，存在长度为l的标准化法向矢量，法向矢量在相应的点处垂直于曲线的切线并且指向属于曲线的所述相应的点的曲率中心点的方向，

- 是矢量，在所述横截面平面中从所述母轮廓的旋转点指向所述生成的轮廓的旋转点并且其长度为a。

就这点而言，曲线在多个部分中可以用单一的数学函数描述。可能作为例子被提及的函数是那些对本领域的技术人员而言已知的函数，比如圆函数或者椭圆函数、抛物线函数或者双曲线函数。例如，还可能的是代表下述形式的函数：

其中，取决于函数f(s)的形式，当在半径为r₀的筒和所述旋转的螺杆元件之间真正地提供螺杆元件时，可自由选择的形式的间隙被获得。函数f(s)可以是，例如，s的线性函数或二次函数，双曲线函数或者指数函数。

还被提及的是其函数值由控制点确定的函数，比如例如B-样条函数，贝兹（Bezier）函数，有理贝兹函数和非均匀有理B样条（NURBS）。贝兹函数、有理贝兹函数和NURBS是优选函数，这是因为它们经常被用于利用CAD系统（CAD=计算机辅助设计）的构造中，其中，它们特别被用于通过改变控制点以几何图形的形式限定任何所需形式。尤其优选的是二次和三次（即，其中n=2和n=3）贝兹函数和三次有理贝兹函数。

贝兹函数将在此作为例子被引用。众所周知，贝兹函数具有下述形式：

其中，是所述控制点的坐标，以及是伯恩斯坦（Bernstein）多项式。

众所周知，例如在M. S. Floater：“有理贝兹函数的导数”，计算机辅助图形设计9，1992，161-174中所描述的n阶有理贝兹函数具有下述形式

其中，表示所述函数的所述控制点的坐标，以及表示他们的权重。

类似地，曲线在多个部分中能通过不同的数学函数被描述，基于部分的函数优选地与在先前段落中所提及的函数相对应。通过数学函数的所述基于部分的描述的特殊情况由使用圆的圆弧的描述代表。也就是说，可以通过圆弧描述一部分曲线或者整条曲线-并且进而描述所述一个螺杆元件的所述母横截面轮廓或其一部分。它遵从上述关系（1），具体地，在这种情况下，曲线也由圆的圆弧组成，并且进而另一个螺杆元件的所述生成的横截面轮廓也由圆的圆弧组成。

曲线至少在多个部分上必须是连续可微分的。在由多个部分限定的曲线的多个部分的边界处，各个部分因此不必以连续可微分的方式融入到另一个部分中。如果曲线的两个部分在扭结点处彼此相遇，对于所述扭结点或扭结的位置的切向矢量和法向矢量没有被定义。据此，上述关系（1）未直接给出对于所述一个螺杆元件的所述轮廓的扭结位置的所述另一个螺杆元件的曲线的对应的部分。

对于在所述一个螺杆元件的横截面轮廓中的每个扭结，均对应于在所述另一个螺杆元件的所述轮廓中的圆弧。圆弧的大小通过具体说明其中心角和其半径给出。在此之后，圆的圆弧的中心角被简称为圆弧的角。圆弧的位置通过其中心点的位置及其两个端部点的位置给出。与所述一个螺杆元件的所述横截面轮廓中的扭结相对应的在所述另一个螺杆元件的所述横截面轮廓中的圆弧总是具有在大小上与中心线距离a相对应的半径。另外，与扭结相对应的圆弧总是具有与曲线部分的切线在所述扭结点处相交形成的夹角相对应的角度。如果曲线的轮廓部分是半径为a的圆的圆弧，曲线的对应的轮廓部分是“扭结”，那么上述关系就对应地相反地适用。

在这种程度上，有利的是通过半径等于0的圆弧来描述扭结。在扭结处，第一曲线部分通过围绕半径为0的所述圆的所述圆弧的角度旋转过渡到第二曲线部分中。所述第一曲线部分在半径为0的所述圆的所述圆弧的中心点处的切线与所述第二曲线部分同样在所述圆的所述圆弧的所述中心点处的切线相交而形成角度与所述圆的所述圆弧的所述角度相对应。考虑到所述圆的所述圆弧，所有的相邻的曲线部分（第一曲线部分→半径为0的圆弧→ 第二曲线部分）均相切地融入彼此。姑且将半径为0的圆弧当做是半径等于eps的圆弧，其中，eps是趋近0的非常小的正实数（eps << l，eps → 0）。在所述对应的横截面轮廓上存在有具有相同的角度且其半径等于中心线距离的圆弧。这种情况在WO2011/069896 A1（WO2011/069896 A1，第8页，第5 - 11行）中被说明。

在本发明的优选实施例中，所述螺杆元件的轮廓因此还能惟一地通过圆弧的布置来描述。根据本发明的母螺杆元件和生成的螺杆元件的螺杆轮廓在其整体上由n条圆弧组成，其中，n大于或等于4。所述n条圆弧中的每一条均具有起始点和终止点。所述圆弧的一些可以在它们的起始点和终止点处相切地融入彼此中，以便它们部分地形成连续可微分的轮廓曲线。然而，在所述扭结位置处或者在所述轮廓曲线的斜率突变的位置处或者在所述轮廓曲线的斜率的几何不连续的位置处，相应的圆弧没有相切地融入彼此中而是彼此以一定角度相遇，优选地以在90° 和180°之间的角度相遇，更加优选地是在120° 和180°之间，以及仍然更加优选地是在140° 和180°之间。

每条圆弧j（j=1到n）的位置均能通过具体说明两个不同的点明确地被确定。姑且通过具体说明所述中心点和/或所述起始点或者终止点确定圆弧的位置。每条圆弧j的大小通过半径r_j和围绕在所述起始点和所述终止点之间的所述中心点的角度α_j被确定，半径r_j大于0且小于所述轴之间的中心线距离a，以及以弧度测量的角度α_j大于或等于0且小于或等于2π，其中，π是圆的常数。

在本发明的优选实施例中，所述螺杆元件的特征在于

- 所述母螺杆轮廓和所述生成的螺杆轮廓位于一个平面中，

- 所述母螺杆轮廓的旋转轴线和所述生成的螺杆轮廓的旋转轴线在各个情况下均垂直于所述螺杆轮廓的所述平面且彼此相距为a（中心线距离），所述母螺杆轮廓的所述旋转轴线与所述平面的交点被称为所述母螺杆轮廓的旋转点，以及所述生成的螺杆轮廓的所述旋转轴线与所述平面的交点被称为所述生成的螺杆轮廓的旋转点，

- 所述整个母螺杆轮廓的圆弧的数量n大于或等于4（n ≥ 4），

- 所述母螺杆轮廓的外半径ra大于0（ra > 0）且小于中心线距离a（ra < a），

- 所述母螺杆轮廓的核心半径ri大于0（ri > 0）且小于或等于外半径ra（ri ≤ra），

- 所述圆弧形成了封闭的螺杆轮廓，即所有的圆弧j的角度α_j 的总和等于2π，其中，π是圆的常数（ π ≈ 3.14159），

- 所述圆弧形成了凸状的螺杆轮廓，

- 所述母螺杆轮廓的所述圆弧的每一条均位于外半径为ra且核心半径为ri的圆形环之内或者在其边界上，所述圆形环的中心点位于所述母螺杆轮廓的旋转点上，

- 所述母螺杆轮廓的所述圆弧中的至少一条在点P_A处与所述母螺杆轮廓的外半径ra相接触，

- 所述母螺杆轮廓的所述圆弧中的至少一条在点P_I处与所述母螺杆轮廓的核心半径ri相接触，

- 所述生成的螺杆轮廓的圆弧的数量n'等于所述母螺杆轮廓的圆弧的数量n，

- 所述生成的螺杆轮廓的外半径ra'等于所述中心线距离和所述母螺杆轮廓的所述核心半径的差值（ra' = a – ri），

- 所述生成的螺杆轮廓的核心半径ri'等于所述中心线距离和所述母螺杆轮廓的所述外半径的差值（ri' = a – ra），

- 所述生成的螺杆轮廓的第j'条圆弧的角度α_j' 等于所述母螺杆轮廓的第j条圆弧的角度α_j，其中，j和j'是整数，其共同地取得从1到圆弧的数量n或n'的范围内的所有值，

- 所述生成的螺杆轮廓的第j'条圆弧的半径r_j'和所述母螺杆轮廓的第j条圆弧的半径r_j之和等于中心线距离a，其中，j和j'是整数，其共同地取得从1到圆弧的数量n或n'的范围内的所有值，

- 所述生成的螺杆轮廓的第j'条圆弧的中心点到所述母螺杆轮廓的第j条圆弧的中心点的距离等于中心线距离a，并且所述生成的螺杆轮廓的第j'条圆弧的中心点到所述生成的螺杆轮廓的旋转点的距离等于所述母螺杆轮廓的第j条圆弧的中心点到所述母螺杆轮廓的旋转点的距离，并且在所述生成的螺杆轮廓的第j'条圆弧的中心点和所述母螺杆轮廓的第j条圆弧的中心点之间的连接线是平行于在所述生成的螺杆轮廓的旋转点和所述母螺杆轮廓的旋转点之间的连接线的线，其中，j和j'是整数，其共同地取得从1到圆弧的数量n或n'的范围内的所有值，

- 所述生成的螺杆轮廓的第j'条圆弧的起始点相对于所述生成的螺杆轮廓的第j'条圆弧的中心点所在的方向与所述母螺杆轮廓的第j条圆弧的起始点相对于所述母螺杆轮廓的第j条圆弧的中心点所具有的方向相反，其中，j和j'是整数，其共同地取得从1到圆弧的数量n或n'的范围内的所有值。

在本发明的优选实施例中，根据本发明的螺杆元件的轮廓的特征在于它们能利用三角板和一对圆规被构造。在所述母螺杆轮廓的第j条圆弧和第（j+1）条圆弧之间的切向过渡能通过描述围绕第j条圆弧的终止点的以r_j+1为半径的圆以及通过使这个圆与由所述第j条圆弧的所述中心点和所述终止点所限定的直线的更靠近所述母螺杆轮廓的旋转点的交点作为第（j+1）条圆弧的中心点被构造。在更加实际的方法中，将使用计算机程序代替三角板和一对圆规来构造所述螺杆轮廓。

根据本发明的所述螺杆元件可以是对称地或者不对称的；优选地，根据本发明的螺杆元件是对称的。对称的螺杆元件可以是轴对称的或者是点对称的；优选地，根据本发明的螺杆元件是轴对称的。所述螺杆元件优选地在各个情况下具有在所述轮廓曲线的外半径之内的沿轮廓曲线的两个不连续位置，例如，所述两个不连续位置围绕着所述轮廓曲线以180° 或者弧度测量的π的角度彼此偏置。这些位置中的每一个均优选地位于所述轮廓曲线的螺纹棱面的排出侧上。

在本发明的优选实施例中，根据本发明的这样的轴对称螺杆元件的螺纹的数量Z在从2到8的范围内；尤其优选地是在从2到4的范围内。根据本发明的对称的螺杆元件的横截面的轮廓曲线因此能被细分为多个轮廓部分，所述多个轮廓部分通过在所述轮廓的对称中心或对称轴线处点镜像或轴镜像转换为彼此。形成所述多个轮廓部分中的一个的圆弧的数量n优选地在从2到8的范围内，尤其优选地是在从3到6的范围内。

根据本发明的轴对称的螺杆元件的所述横截面的所述轮廓曲线能优选地被细分为2·Z个轮廓部分，所述2·Z个轮廓部分能通过在所述轮廓的对称轴线处轴镜像转换为彼此。由于其对称性，螺纹数量为Z的轴对称螺杆元件的轮廓因此能完全地由在360°/(2·Z)的段中的轮廓部分限定，所述360°/(2·Z) 的段位于所述轮廓的两个对称轴线之间。剩余轮廓通过在Z条对称轴线处镜像所述轮廓部分获得，所述Z条对称轴线在旋转点处相交并且把绕所述旋转点的360° 的角细分为2·Z个大小为360°/(2·Z)的角。在轴对称螺杆元件的情况下，进一步，在相邻的轴上的对应的螺杆轮廓（母轮廓和生成的轮廓）是相同的，或者能通过旋转使其一致。上述内容类似地适用于点对称螺杆轮廓，其中，所述对称的部分能相应地通过在对称中心处点镜像转换为彼此。

在本发明的优选实施例中，根据本发明的轴对称螺杆元件的轮廓部分的特征在于，在位于所述轮廓的外半径上的点P_A和位于所述轮廓的核心半径上的点P_I之间的所述轮廓部分由圆的圆弧组成。所述圆弧融入彼此并且在所述轮廓部分的最大部分上形成了连续可微分的曲线，但是所述轮廓部分包括至少一个位置，在所述位置处，所述圆弧没有相切地融入彼此而是形成了扭结或者以在 90° 和180°之间的角度相遇。在尤其优选的实施例中，在点P_A和点P_I之间的根据本发明的螺杆元件的轮廓部分由正好三条圆弧组成。在三条圆弧的情况下，所述轮廓能通过选择小的半径使其在点P_A的区域中变得更加修长，点P_A清洁筒壁，借以能量消耗进一步被减少。

在本发明的另一个实施例中，螺纹数量为Z的点对称螺杆轮廓能被分为Z个对称部分，所述对称部分可以通过在所述轮廓的对称中心处或者在所述轮廓的旋转点处点镜像转换为彼此。在点对称螺杆元件的情况下，在相邻的轴上的对应的螺杆轮廓（母轮廓和生成的轮廓）是一样的，或者能通过旋转使其一致。

在本发明的优选实施例中，根据本发明的螺杆元件的轮廓部分的特征在于所述轮廓部分由若干圆弧组成，所述圆弧相切地融入彼此并且在两个位置之间形成了连续可微分的曲线，在所述两个位置处，相应的圆弧没有相切地融入到与其相邻的轮廓部分中，而是和与其相邻的轮廓部分以一定角度相遇，优选地以在 90° 和180°之间的角度相遇，更优选地以在大约 120° 和180°之间的角度相遇，以及仍然更加优选地以在大约140° 和180°之间的角度相遇。换句话说，在这个实施例中的每个轮廓部分的终止点在所述轮廓曲线中形成了扭结位置。

在本发明的优选实施例中，对于根据本发明的双头螺纹螺杆，所述螺杆元件的外半径ra与中心线距离a的比率在0.54和0.7之间以及尤其优选地在0.58和0.63之间，对于三头螺纹螺杆来说，所述比率在0.53和0.57之间以及尤其优选地在0.54和0.56之间，以及对于四头螺纹螺杆来说，所述比率在0.515和0.535之间。

根据本发明的所述螺杆元件可以被形成为传输元件或者揉捏元件或者混合元件。

众所周知（如例如[1]，第234-237页），传输元件通过下述事实被区分：所述螺杆轮廓以螺旋方式连续地被旋转且在轴向方向上是连续的。在这种情况下，所述传输元件可以是向右转的或者是向左转的。所述传输元件的螺距t可以，例如，假定是所述外直径的0.1到10倍的数值，所述螺距被理解为意味着所述螺杆轮廓完整地旋转一圈所需的轴向长度。螺距t优选地在所述外直径的0.3到3倍的范围内。由于实际原因，传输元件的所述轴向长度优选地被配置成t/Z的整数倍。

众所周知（如例如[1]，第237-240页），揉捏元件通过下述事实被区分：所述螺杆轮廓以多个揉捏盘的形式以错开的方式在轴向方向上是连续的。所述捏合盘的布置可以是向右转的或者是向左转的或者是中立的。所述揉捏盘的轴向长度优选地在所述外直径的0.02到2倍的范围内。在两个相邻的揉捏盘之间的轴向距离优选地处于所述外直径的0.001到0.1倍的范围内。

众所周知（如例如[1]，第242-244页），混合元件由传输元件形成，所述传输元件在所述螺杆的螺纹棱面中设置有孔。所述混合元件可以是向右转的或者是向左转的。它们的螺距t优选地处于所述外直径的0.1到10倍的范围内。通过类比所述传输元件，混合元件的轴向长度优选地被配置成是t/Z的整数倍。所述孔优选地具有u-形或者v-形凹槽的形式。如果所述混合元件是在主动传输元件的基础上形成的，那么所述凹槽优选地被布置为反向传输或者轴向平行。

本发明的主题还包括生产根据本发明的所述螺杆元件的方法，当所述螺杆元件向相同的方向以相同的转速绕两个彼此平行且间距为a的旋转轴线旋转时，所述螺杆元件在至少一个点处总是彼此相接触。

在所述方法的优选实施例中，一个螺杆元件的（母）横截面轮廓在垂直于所述旋转轴线的平面E中通过曲线形成，曲线是连续的、在多个部分中连续可微分的、封闭且凸状的，以及另一个螺杆元件的（生成的）横截面轮廓由根据下面的关系（1）的曲线形成：

（1），其中，

- 曲线在每个点处均具有曲率半径ρ，曲率半径ρ小于或等于所述螺杆元件之间的中心线距离a，

- 对于在连续可微分的部分之内的曲线的每个点，存在长度为1的标准化法向矢量，法向矢量在相应的点处垂直于曲线的切线并且指向属于曲线的所述相应的点的曲率中心点的方向。

- 是矢量，其从所述母轮廓的旋转轴线与平面E的交点指向所述生成的轮廓的旋转轴线与平面E的交点且其长度为a。

能以曲线上的点为基础来说明根据上述公式所述相应的轮廓的生成。轮廓曲线、在垂直于所述螺杆元件的旋转轴线的平面中生成。所述旋转轴线彼此相距为a。矢量a的长度为a且沿着从一个旋转轴线到另一个旋转轴线的方向指向。根据一个（母）轮廓的轮廓曲线的每个点，在另一个（生成的）轮廓的对应的曲线上的点能被生成。在对应的曲线上的点通过下述步骤获得：在曲线的所述点处放置所述曲线的切线，相对于该切线形成标准化法向矢量并且以因数a延伸该法向矢量{也就是说，a·}，以及最后把矢量添加到这个矢量a·。

正如已经在上面所解释的那样，在本发明的优选实施例中的螺杆元件通过由圆的圆弧组成的轮廓来被区分，所述轮廓形成曲线，该曲线具有至少一个扭结位置或者沿该曲线的斜率的不连续位置，所述至少一个位置位于所述轮廓曲线的外半径之内。因此，根据本发明的生产用于带有成对地同向的且成对地完全擦拭的螺杆轴的多轴螺杆机器的螺杆元件的方法优选地具有在整个横截面中由n条圆弧形成的螺杆轮廓，所述螺杆轴的中心线间距为a且带有两头或更多螺杆螺纹，其中，n是大于或等于4的整数。

优选地，根据本发明的生产根据本发明的螺杆轮廓的方法的特征在于

- 所述母螺杆轮廓的外半径ra被选为大于0（ra > 0）且小于中心线距离a（ra <a），

- 所述母螺杆轮廓的核心半径ri被选为大于0（ri > 0）且小于或等于外半径ra（ri < ra），

- 通过确定所述圆弧的位置和大小，所述圆弧一个接一个的方式被布置，使得所述圆弧形成封闭的、凸状的螺杆轮廓，所述母螺杆轮廓的所述圆弧的每一条均位于外半径为ra且核心半径为ri的圆形环之内或者在其边界线上，所述圆形环的中心点位在所述母螺杆轮廓的旋转点上，所述母螺杆轮廓的所述圆弧中的至少一条在点P_A处与所述母螺杆轮廓的外半径ra相接触并且所述母螺杆轮廓的所述圆弧中的至少一条在点P_I处与所述母螺杆轮廓的核心半径ri相接触，

- 所述生成的螺杆轮廓的n'条圆弧从所述母螺杆轮廓的n条圆弧获得，因为

所述生成的螺杆轮廓的圆弧的数量n'等于所述母螺杆轮廓的圆弧的数量n，

所述生成的螺杆轮廓的外半径ra'等于中心线距离a和所述母螺杆轮廓的核心半径ri之间的差值（ra' = a – ri），

所述生成的螺杆轮廓的核心半径ri'等于中心线距离a和所述母螺杆轮廓的外半径ra之间的差值（ri' = a – ra），

所述生成的螺杆轮廓的第j'条圆弧的角度α_j' 等于所述母螺杆轮廓的第j条圆弧的角度α_j，其中，j和j'是整数，其共同地取得从1到圆弧的数量n或n'的范围内的所有值，

所述生成的螺杆轮廓的第j'条圆弧的半径r_j'和所述母螺杆轮廓的第j条圆弧的半径r_j之和等于中心线距离a，其中，j和j'是整数，其共同地取得从1到圆弧的数量n或n'的范围内的所有值，

所述生成的螺杆轮廓的第j'条圆弧的中心点到所述母螺杆轮廓的第j条圆弧的中心点的距离等于中心线距离a，并且所述生成的螺杆轮廓的第j'条圆弧的中心点到所述生成的螺杆轮廓的旋转点C'的距离等于所述母螺杆轮廓的第j条圆弧的中心点到所述母螺杆轮廓的旋转点C的距离，并且在所述生成的螺杆轮廓的第j'条圆弧的中心点和所述母螺杆轮廓的第j条圆弧的中心点之间的连接线是平行于在所述生成的螺杆轮廓的旋转点和所述母螺杆轮廓的旋转点之间的连接线的线，其中，j和j'是整数，其共同地取得从1到圆弧的数量n或n'的范围内的所有值，

所述生成的螺杆轮廓的第j'条圆弧的起始点相对于所述生成的螺杆轮廓的第j'条圆弧的中心点所处的方向与所述母螺杆轮廓的第j条圆弧的起始点相对于所述母螺杆轮廓的第j条圆弧的中心点具有的方向相反，其中，j和j'是整数，其共同地取得从1到圆弧的数量n或n'的范围内的所有值。

在优选的变型中，其中，所述螺杆轮廓由圆的圆弧组成，根据本发明的所述方法能出人意外地仅利用三角板和一对圆规在纸上被实施。利用所述方法，理论上甚至可以仅手动地生产一个螺杆元件的横截面轮廓并且根据所述图形预定轮廓图形地获得对应的螺杆元件的横截面轮廓。

然而，值得推荐的是在计算机上实施所述方法以生产螺杆轮廓。在计算机系统上实施根据本发明的所述方法是有利的，因为所述轮廓的坐标和尺寸的形式能被计算机进一步处理。另外，所述螺杆元件的尺寸此时也是能使它们被进给到CAD铣床的形式，以生产所述螺杆元件。

因此，本发明的主题还包括用于在计算机上实施用于生产根据本发明的螺杆轮廓的根据本发明的方法的计算机系统。所述计算机系统优选地具有图形用户界面（GUI），GUI允许用户通过输入设备，比如例如鼠标和/或键盘，以简单的方式输入用于生产轮廓的可自由选择的变量。尤其优选地，在函数值由控制点定义的函数的情况下，比如例如B样条函数、贝兹函数、有理贝兹函数和不均匀有理B样条（NURBS），所述计算机系统具有在控制点的帮助下以及还可能在权重的帮助下具体规定轮廓的外形的可能性，这可以以数值（坐标）的形式、图形的方式或者图形输入与数值输入结合的方式发生。另外，所述计算机系统优选地具有图形输出，通过所述图形输出，所计算的轮廓能被显示在图形输出设备上，比如例如屏幕和/或打印机。

所述计算机系统优选地具有导出所计算的轮廓的可能性，即，要么以可存储数据记录的形式把它们存储在数据载体上，所述可存储数据记录包括所计算的螺杆元件的几何尺寸，要么把它们转移到所连接的设备以备进一步的目的使用。所述计算机系统优选地被这样设计以使得它能计算横截面轮廓和根据所述横截面轮廓所生成的螺杆元件并且能以能被生产这样的本体的机器使用的格式输出所计算的几何形状，以便生产真实的螺杆元件，所述机器例如机床，例如铣床。这样的格式对本领域的技术人员来说是已知的。

本发明的主题还包括带有程序代码装置的计算机程序产品，所述程序代码装置用于在计算机上执行生产根据本发明的螺杆轮廓的根据本发明的所述方法。

在本发明的优选实施例中，为计算机程序产品的用户提供用户界面，优选地是图形用户界面，在所述用户界面的帮助下，他能输入要被选择的参数（所述母螺杆轮廓和生成的螺杆轮廓的圆弧的数量、半径、角度）。优选地，所述计算机系统辅助他选择参数，当所述参数值的选择产生的螺杆轮廓将不完全地成对擦拭时，所述计算机系统向所述用户发出指示。优选地，通过所显示的可允许的参数值的范围辅助所述用户输入所述参数值。可允许的参数值被理解为意味着导致完全成对地擦拭的螺杆轮廓的参数值的那些组合。

在本发明的优选实施例中，不仅所述轮廓而且整个螺杆元件都在计算机上在虚拟现实中被构造。所述构造的结果优选地以构造图的形式输出在屏幕上或者在打印机上。相似地，可以想见把所述结果作为电子文件输出，所述电子文件在优选实施例中能被传递到CAD铣床以生产对应的螺杆元件。

一旦三维轮廓已经以所描述的方式被生产，那么所述螺杆元件能被生产，例如通过铣床、车床或者旋切机器被生产。用于生产这样的主体的优选材料是钢，尤其是渗氮钢、铬钢、工具钢和特种钢、基于铁、镍或钴的粉末冶金生产的金属复合材料或者工程陶瓷材料，比如例如氧化锆或碳化硅，如果所述主体是挤出机螺杆的话。

用于生产根据本发明的螺杆轮廓的根据本发明的所述方法允许以最佳地适合给定任务的方式从头开始设计螺杆的所述轮廓。从现有技术所知的所述螺杆元件多半都不是针对实际任务最佳地设计的。相反，制造商与实际任务无关地从固定模块系统供给螺杆元件（传输元件、揉捏元件及混合元件）。用于生产根据本发明的螺杆轮廓的根据本发明的所述方法使自清洁螺杆元件的轮廓可以完全无约束地虚拟地被设计，并且随后针对相应应用而做出参数的微小改变以为了应用而使轮廓最优化。在这方面应指出的是，用于生产螺杆轮廓的圆弧的数量没有限制。因此，可行的是通过足够多数量的圆弧以期望精度来近似不是由圆弧构造的并且因此不是自清洁的螺杆轮廓。在这种情况下，通过圆弧近似的所述轮廓当然是自清洁的。

还应该被指出的是对应的纵向截面轮廓能根据（母或者生成的）螺杆轮廓被计算。优选地，螺杆轮廓的每条圆弧均被用于通过显函数计算属于这条圆弧的所述纵向截面的一部分。为了计算螺杆轮廓的圆弧的点的距离s，在第一步骤中，直线g的交点（Sx, Sy）的特征在于所述直线位于所述螺杆轮廓的平面中并且穿过所述螺杆轮廓的旋转点并且所述直线的取向通过角度φ给出，角度φ由以半径r和中心点位置（Mx, My）为特征的圆弧kb确定。在第二步骤中，交点（Sx, Sy）到所述螺杆轮廓的所述旋转点的距离被计算。直线与圆弧的交点的计算能通过显函数被表示。这同样适用于距离计算。因此，s = s(φ, r, Mx, My) 对于所述距离是成立的。在已知螺杆元件的螺距t的情况下，角度φ能通过φ/2π*t 被转换成轴向位置 z_ax，以便s = s(z_ax, r, Mx, My) = s(φ/2π*t, r, Mx, My) 对于所述距离是成立的。函数s(z_ax, r, Mx, My) 描述了所述螺杆轮廓的圆弧所寻求的所述纵向截面。

本发明的主题进一步包括在多轴螺杆机器上使用根据本发明的所述螺杆元件。根据本发明的所述螺杆元件优选地被用在双轴螺杆机器中。在所述多轴螺杆机器中，所述螺杆元件可以是揉捏元件、传输元件或者混合元件的形式。类似地，可行的是在螺杆机器中把揉捏元件、传输元件和混合元件彼此组合在一起。根据本发明的所述螺杆元件还可能与例如根据现有技术已知的其他螺杆元件组合在一起。

在带有成对地同向的且成对地完全擦拭的螺杆轴的多轴螺杆机器中，根据本发明的所述螺杆元件形成了在其整个圆周上延伸的通道。在这种情况下，所述通道具有交替地增大和减小的通道宽度。这样的通道在此被称为敛散通道。在这样的敛散通道中，在操作期间，剪切流和拉伸流在所述通道的整体长度上同时发生，这具有非常好的分散效应。与根据现有技术已知的常规螺杆元件相比能量输入被减少了。偏心地布置的圆形盘同样形成了敛散通道。然而，根据本发明的所述螺杆元件具有比偏心地布置的圆形盘更小的圆周区域，在所述圆周区域中有非常窄的间隙。因此，当在多轴螺杆机器中使用根据本发明的螺杆元件时，与使用偏心布置的圆形盘相比，减少了所述能量输入。所述螺杆元件的轮廓优选地相对于居中地定位在所述筒孔中的旋转点被成对地移动。

根据本发明的螺杆元件适用于挤压成型塑性和粘弹性复合物，例如悬浮液、浆糊、玻璃、陶瓷复合物、熔融形式的金属、塑料、聚合物熔体、聚合物溶液、高弹体和橡胶复合物。

塑性复合物应被理解为意味着可变形的复合物。塑性复合物的例子是聚合物熔体、尤其是热塑性塑料、以及高弹体、聚合物熔体的混合物或者带有固体、液体或者气体的聚合物熔体的分散体。

优选地使用来自下面系列的热塑性聚合物或者聚合物的混合物：聚碳酸酯、聚酰胺、聚酯、尤其是聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯，以及聚醚、热塑性聚氨酯、聚缩醛树脂、含氟聚合物、尤其是聚偏二氟乙烯，以及聚醚砜、聚烯烃、尤其是聚乙烯和聚丙烯，以及聚酰亚胺、聚丙烯酸酯、尤其是聚(甲基)甲基丙烯酸酯，以及聚苯醚、聚苯硫醚、聚醚酮、聚芳醚酮、菜乙烯聚体、尤其是聚苯乙烯、和苯乙烯共聚物，尤其是苯乙烯丙烯腈共聚物和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物以及聚氯乙烯。所列塑料的所谓的共混物同样优选地被使用，本领域的技术人员所理解这些共混物为两种或者更多种塑料的组合。

粘弹性复合物被理解为意味着具有时间相关的弹性、温度相关的弹性和频率相关的弹性的那些材料和混合物。所述粘弹性通过部分弹性、部分粘性行为被区分。所述材料在去除外力后仅不完全地松弛；剩余的能量以流动过程的形式被耗散（滞后效应）。

粘弹性材料的例子是丁苯橡胶、天然橡胶、丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、三元乙丙橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、丁基橡胶、卤化丁基橡胶、氯丁二烯橡胶、乙烯-醋酸乙烯橡胶、聚氨酯橡胶、热塑性聚氨酯、古塔胶、丙烯酸酯橡胶、氟橡胶、硅橡胶、硫化橡胶、氯磺酰-聚乙烯橡胶。两种或更多种所列橡胶的组合或者一种或者更多种橡胶与一种或更多种塑料的组合当然也是可行的。

所述要被挤压成型的塑性或者粘弹性聚合物可以以纯的形式被使用或者可以作为与填充料和强化材料的混合物被使用，比如尤其是玻璃纤维，可以作为彼此之间的混合物或与其他聚合物的混合物被使用或者可以作为与惯用的聚合物添加剂的混合物被使用。

添加剂可以以固体、液体或溶液的形式与所述聚合物一起被引入到所述挤出机中，或者所述添加剂的至少一些或者所述添加剂的全部都通过测流的方式进给到所述挤出机。

添加剂能给聚合物增添各种性能。它们可以是，例如，增塑剂、着色剂、色素、加工助剂、填充料、抗氧化剂、增强材料、紫外线吸收剂、光稳定剂、增量油、金属钝化剂、过氧化物清除剂、基本稳定剂、成核剂、起稳定剂或者抗氧化剂作用的香豆酮和二氢吲哚酮、脱模剂、阻燃添加剂、抗静电剂、染料制剂和熔体稳定剂。填充料和增强材料的例子是炭黑、玻璃纤维、粘土、云母、石墨纤维、二氧化钛、碳纤维、碳纳米管、离子液体和天然纤维。

如上所述，根据本发明的所述螺杆元件尤其适用于粘弹性复合物的挤压成型。在这些元件的帮助下能被实施的所述方法步骤是例如在固体或液体或气体中混合或者分散固体或液体或气体。固体可以是例如上述所提及的固体添加剂。液体可以是例如上述所提及的液体形式的添加剂，但也可以是例如水。气体可以是例如氮气或者二氧化碳。本发明的主题因此还包括在使用根据本发明的螺杆元件的双螺杆或多轴挤出机中挤压成型粘弹性复合物的方法。

附图说明

参照基于优选地示例性实施例的附图，通过例子的方式解释本发明。可能的是在下面所给出的特征各自单独地和组合地均代表了本发明的一个方面。图中：

图1示出了在根据本发明的示例性实施例的多轴螺杆机器中的根据本发明的螺杆元件的轮廓曲线。

图2示出了在根据本发明的另一个示例性实施例的多轴螺杆机器中的根据本发明的螺杆元件的轮廓曲线。

图3示出了在根据图2中的示例性实施例的改进的多轴螺杆机器中的根据本发明的螺杆元件的轮廓曲线。

具体实施方式

出于实用原因，进一步的描述将基于笛卡尔坐标系，所述笛卡尔坐标系的原点由螺杆元件的旋转点C形成。笛卡尔坐标系的x-轴穿过点P_A；y-轴在旋转点C处垂直于所述x-轴。这样的坐标系在图1中示出。

建议使用无量纲的特征值，以使得更加容易地转换到不同的挤出机大小。适用于作为比如例如长度或半径的几何变量的参照值的是中心线距离A，因为这个值在挤出机上不能被改变。

下述约定适用于所述附图：坐标x和y的原点在所述多个轴中的一个轴的旋转点处。所有具体说明的角度都是以弧度测量给出的。所有其他的具体说明都根据所述中心线距离被标准化并且由大写字母表示：A = a/a；R_j = r_j/a；RA = ra/a；RJ = ri/a；T = t/a、等等。Mx和My是轮廓母圆弧所在的圆的中心点的坐标x和y，R是根据中心线距离a标准化的半径以及α 是所述圆弧的角度。另外，RG = 标准化筒半径、RV = 标准化虚拟筒半径、RA =所述完全擦拭轮廓的标准化外半径、RF = 要被生产的螺杆的标准化外半径、S =所述螺杆的彼此之间的标准化空隙（间隙）、D = 所述螺杆相对于所述筒的标准化空隙、VPR =所述轮廓的标准化位移量、VPW = 以圆弧度测量的所述轮廓位移的角度、VLR = 所述轴在左侧的标准化位移量、VLW =所述轴在左侧的所述位移的角度、VRR = 所述轴在右侧的标准化位移量、VRW =所述轴在右侧的位移的角度。

图1以横截面示出了根据本发明的两个完全擦拭的、两头螺纹螺杆元件10、10'，螺杆元件10、10'被布置为彼此相距为A并且分别具有母轮廓11和生成的轮廓11'。指示为C和C'的点表明了轮廓11、11'的旋转点或者其上布置有所述螺杆元件的轴的旋转轴线。母螺杆元件10的旋转点C定位在距离对应的（生成的）螺杆元件10'的旋转点C'为A的位置。在该图及所有其他附图中，所述坐标原点标明轴的旋转点C。能够绕旋转点C以螺杆元件10的核心半径RI为半径画圆（内圆）并且以螺杆元件10的外半径RA为半径画圆（外圆）。所述内圆和所述外圆形成圆形环。利用外半径RA，能围绕所述轮廓画圆。筒孔12由与其同心的半径为RG的圆表示，半径RG比外半径RA长空隙D（也就是说RG = RA + D）。

螺杆元件10具有的螺纹数量Z=2并且具有由多条圆弧形成的凸状的轮廓曲线11。轮廓曲线11能被细分为2·Z个轮廓部分，也就是4个轮廓部分，所述2·Z个轮廓部分能通过在所述轮廓的多个对称轴线处轴镜像转换为彼此。以这种方式，螺杆元件10的轮廓11能由在360°/(2·Z)，也就是说90°，的段中的轮廓部分完全地限定，并且该段位于所述轮廓的两个对称轴线之间。在图1中示出的母轮廓11对于所述x-轴和所述y-轴是轴对称的，以便整个轮廓11将通过在所述x-轴和所述y-轴处镜像在点P_A 和点P_I之间的四分之一轮廓获得。在点P_A 和点P_I之间的所述轮廓部分的所有点以及螺杆元件10通过镜像所得到的全部轮廓11的所有点都位于在核心半径RI和外半径RA之间的所述圆形环中。轮廓11 通过下述事实被辨别：在90° 的段中的轮廓部分之内，仅有单个点P_A ，点P_A到旋转点C的距离与螺杆元件10的外半径RA相对应。换句话说，在所述轮廓部分中仅有一个点P_A 位于绕旋转点C以外半径RA所画的圆（外圆）上。通过在穿过点C和点P_A的直线（也就是说所述x-轴）上以及在穿过点C和点P_I的直线（也就是说所述y-轴）上连续地镜像点P_A 和点P_I之间的所述轮廓部分，（母）螺杆元件10的全部轮廓11能被构建。然后所述对应的（生成的）螺杆元件10'的轮廓11'通过将螺杆元件10的轮廓11旋转90°的角度获得。

为了生产在点P_A 和点P_I之间的所述轮廓部分，点P_A标识了半径为 R₁ < R_A且以M₁为中心点的第一圆弧1的起始点，中心点M₁位于连接线C-P_A。点P_A位于所述外圆上。点P_I标识了以R₃=A-R₁为半径的圆弧3的起始点。圆弧3的中心点M₃位于线C-P₁上。在圆弧1和圆弧3之间邻接有以R₂=A为半径且以M₂为中心点的圆弧2，邻接方式使得圆弧2相切地融入圆弧3中但是圆弧2与圆弧1成角度θ地形成扭结位置K，以便扭结位置K表示轮廓曲线11的斜率的几何不连续。角度θ优选地在140°和180°之间的范围内。

现在参照图2，以横截面示出的是根据本发明的两个完全擦拭的、两头螺纹螺杆元件10、10'，螺杆元件10、10'彼此相距为A的被布置并且其中，所述轮廓部分不能通过轴镜像重合，而是其中，所述轮廓部分相对于旋转点C、C'是点对称的，以便通过在旋转点C或C'处镜像一个半部来获得整个螺杆轮廓11、11'。因此，螺杆元件10、10'以母轮廓和生成的轮廓的形式具有相同的点对称螺杆轮廓11、11'。在右侧的螺杆元件10'相对于左侧的螺杆元件10被转动90°。示出的螺杆轮廓11、11'中的每一个均由两个对称的轮廓部分组成并且在所述两个部分的过渡处有扭结K、K'，其在图中被箭头标识。

为了生产所述轮廓部分，点P_A可以标识以 R₁ < R_A为半径且以M₁为中心点的第一圆弧1的起始点，中心点M₁位于连接线C-P_A上。点P_A位于所述外圆上。点P_I标识了以R₂ 为半径且以M₂为中心点的圆弧2的起始点。所述中心点M₂位于连接线C-P_I上。圆弧2以这样的方式邻接圆弧1使得圆弧1、2以角度θ彼此相遇并且形成扭结位置K，扭结位置K表示轮廓曲线11的斜率的几何不连续。角度θ优选地在140° 和180°之间。点P_I也标识了以R₃ = A – R₁为半径且以M₃为中心点的圆弧3的起始点，中心点M₃同样位于线C-P_I上，以便圆弧2相切地融入圆弧3中。然后圆弧3相切地融入另一个以R₄ = A为半径并且以M₄为中心点的圆弧4中，并且相对于在所述外圆上的相对点P_A，轮廓曲线11的一半由最后圆弧5补足。圆弧5以R₅ = A – R₂ 为半径且以 M₅为中心点，中心点M₅在线P_A-C上，并且圆弧5相切地离开圆弧4并延伸到相对点P_A。

在点P_A-P_A之间延伸并且由系列圆弧1-2-3-4-5形成的轮廓曲线11的上半部与轮廓曲线11的下半部相对应，所述轮廓曲线11的下半部能通过在旋转点C处点镜像所述另一个半部生成。不论如何，在这个示例性实施例中的螺杆轮廓11、11'能被想象为包括两个连续可微分的半部的轮廓曲线，所述两个连续可微分的半部相应地包括一系列的相切地融入彼此的圆弧2-3-4-5-1并且在相应的扭结位置K、K'处相遇。也就是说，扭结位置K、K'也能被认为是所述相应的轮廓部分的终止点。基于在图2中通过扭结位置K'和生成的螺杆轮廓11'的旋转点C'的虚线，这能更好地被想象。如此，每个轮廓部分均可以由若干圆弧1-5组成，圆弧1-5相切地融入彼此并且在两个扭结位置K、K'之间形成了连续可微分的曲线。在扭结位置K、K'处，所述相应的圆弧没有相切地融入相邻的轮廓部分中，而是彼此成角度θ。

根据本发明的螺杆元件的另一个实施例通过在图3中的例子表示。该实施例是在图2中的所述示例性实施例的修改，该实施例具有稍微不同的尺寸，但是原则上具有带有5条圆弧1-5和两个扭结位置K、K'的相同的点对称结构。

用于螺杆机器或者用于双螺杆或多轴挤出机的螺杆元件通常被装配在筒中。在这种情况下，所述螺杆元件和所述筒以这样的方式被配置，使得不仅通过所述螺杆元件的旋转实现成对的相邻的螺杆元件的擦拭，而且还因为所述螺杆元件的旋转使得所述筒的内壁被清洁。到目前为止，仅讨论了完全擦拭的螺杆轮廓。然而，在技术上构造机器的情况下，必须脱离所述完全擦拭的几何形状，但是条件是在清洁期间保持精确限定的间隙S和D，在本发明的上下文中，术语清洁与擦拭同义的被使用。这对于防止金属的“咬死”是必要的，从而补偿生产容差并且避免在所述间隙中的过量能量耗散。

例如，如在出版物[1]中的第27到30页所示，在实践中，包括螺杆元件和筒的布置总是具有被熟知的空隙。对于本领域的技术人员已知的是，在螺杆和筒之间的所述空隙以及在螺杆与螺杆之间的所述空隙可以是不同的大小或者相同的大小。在螺杆和筒之间的所述空隙被指示为""，在螺杆和螺杆之间的所述空隙被指示为"s"。所述空隙还可以是恒定的或者在规定的极限内是可变的。还可行的是在所述空隙范围内移动螺杆轮廓。因此，考虑到所出现的空隙，在实践中所使用的所述螺杆元件严格来说不具有下述性能，即当所述螺杆元件绕彼此平行布置的多条轴线向相同的方向以相同的转速旋转时，它们在至少一个点处彼此相接触。不过，如在[1]中所述，为了在实践中生产螺杆元件，通常以所述完全擦拭的外形（轮廓）为基础，然后引入空隙。根据本发明，因此，首先螺杆元件优选虚拟地被生产，所述螺杆元件在绕彼此平行布置的多条轴线向相同的方向以相同的转速旋转时，所述螺杆元件在至少一个点处总是彼此相接触。在这些优选地虚拟几何形状的基础上，设置空隙，以防止在实践中使用的所述螺杆元件“咬死”，即，所述螺杆元件彼此刮擦并且同时损毁它们的表面。

本领域的技术人员知道根据预定的、完全擦拭的螺杆轮廓得到带有空隙的螺杆轮廓的方法。用于得到带有空隙的螺杆轮廓的已知的方法是例如在[1]的28页等所描述的增大所述中心线距离、纵向截面等距以及空间等距的可能性。在增大所述中心线距离的情况下，具有更小的直径的螺杆轮廓被构建并且在所述螺杆之间以空隙的量被分开。在纵向截面等距的方法的情况下，所述纵向截面轮廓曲线（平行于所述相应的元件的旋转轴线）在所述旋转轴线方向上垂直于所述轮廓曲线朝内位移所述螺杆-螺杆空隙的一半的距离。在空间等距的方法的情况下，从螺杆元件彼此清洁的空间曲线开始，所述螺杆元件在大小方面在垂直于所述完全擦拭的轮廓的表面的方向上被缩小了所述螺杆-螺杆空隙的一半。根据挤出机技术本领技术人员还已知的是在筒中偏心放置螺杆元件，同时保持所述筒擦拭以及成对擦拭（如例如[1]的第108、246和249页）。生产带有限定间隙S的螺杆轮廓的规则以及筒的使用、空隙和/或偏心放置能以对应的方式应用到根据本发明的螺杆元件10、10'，螺杆元件10、10'在绕彼此平行布置的两条轴线向相同的方向旋转时彼此刮擦，这样使得它们在至少一个点处总是彼此相接触的。

在图1到图3中，仅介绍了两头螺纹螺杆元件10、10'。然而，同样的原理还能应用到带有三头或者更多螺纹的螺杆元件。在三头螺纹螺杆元件的情况下的程序类似于在两头螺纹螺杆元件的情况下的程序。与所述筒半径相比，所述轮廓的外半径被减小，并且所述轮廓被成对地移动，而旋转点相对于所述筒被维持居中定位。对于所述三头螺纹的轮廓，还能构建偏心地旋转轮廓。尤其感兴趣的是下述情况的螺杆轮廓：所述螺杆完全地彼此清洁并且其中，所述筒通过三个螺纹棱面中的仅仅一个清洁。在所述轮廓的互相清洁中及在所述筒的清洁中间隙的产生以与在所述两头螺纹轮廓的情况下的程序完全一致的方法发生。所述三头螺纹轮廓根据本发明能作为连续的传输线或者揉捏盘使用。

轴对称的四头螺纹螺杆轮廓能通过所述螺杆轮廓的45° 部分完全地被限定。在清洁中偏心轮廓的生产和间隙的产生以类似于所述两头螺纹轮廓和三头螺纹轮廓情况的方式发生并且未在此示出。所述四头螺纹轮廓能同样地作为连续的传输线或者揉捏盘使用。根据本发明具有多于四头螺纹的轮廓能以类似的方法生产。相似地，所述间隙能被改变并且偏心轮廓以类似的方法生产。

Claims

1.一种用于带有成对地同向旋转的螺杆轴的多轴螺杆机器的螺杆元件（10、10'），这些螺杆元件成对地完全擦拭并且由这些螺杆元件组成的螺杆轴具有两头或更多螺杆螺纹，所述螺杆元件的螺杆轮廓（11、11'）在整个横截面上能由相应的轮廓曲线表示，其特征在于，每条轮廓曲线均沿其自身具有至少一个扭结位置（K、K'），所述扭结位置（K、K'）位于所述轮廓曲线的外半径（RA、RA'）之内，所述螺杆轮廓的曲率半径与所述轮廓曲线的所述外半径的比率在清洁筒的点（P_A）处是0.05到0.95，所述点（P_A）是90°的段中的轮廓部分中的唯一的落在以所述外半径（RA）围绕旋转点（C）的圆上的点。

2.根据权利要求1所述的螺杆元件（10、10'），每条轮廓曲线均是连续的、封闭的、凸状的轮廓曲线，所述每条轮廓曲线除了所述至少一个扭结位置（K、K'）之外还是连续可微分的。

3.根据权利要求2所述的螺杆元件（10、10'），一个螺杆元件（10）的所述螺杆轮廓（11）通过轮廓曲线形成并且另一个螺杆元件（10'）的所述螺杆轮廓（11'）由根据下面的关系（1）的轮廓曲线形成：

(1),

其中，

所述轮廓曲线在每个点处均具有曲率半径ρ，所述曲率半径ρ小于或者等于所述螺杆元件（10、10'）之间的中心线距离a，

对于在连续可微分的部分之内的所述轮廓曲线的每个点，存在长度为l的标准化法向矢量，法向矢量在相应的点处垂直于所述轮廓曲线的切线并且指向属于轮廓曲线的所述相应的点的曲率中心点的方向，

是矢量，其从作为母螺杆轮廓的所述一个螺杆元件的所述螺杆轮廓（11）的旋转点（C）指向作为生成的螺杆轮廓的所述另一个螺杆元件（10'）的所述螺杆轮廓（11'）的旋转点（C'）并且其长度为a。

4.根据权利要求1到3中的任一个所述的螺杆元件（10、10'），每个螺杆轮廓或者每条轮廓曲线均由圆的若干圆弧（1-5）组成，相应的所述圆弧（1-5）在所述至少一个扭结位置（K、K'）处彼此所成的角度（）在 90° 和180°之间。

5.根据权利要求1到3中的任一个所述的螺杆元件（10、10'），每个螺杆轮廓或者每条轮廓曲线允许其自身被细分为多个轮廓部分，所述多个轮廓部分能通过点镜像或轴镜像转换为彼此。

6.根据权利要求5所述的螺杆元件（10、10'），每个轮廓部分均由圆的若干圆弧（1-5）组成。

7.根据权利要求5所述的螺杆元件（10、10'），所述多个轮廓部分中的一个轮廓部分在第一点（P_A、P_A'）和第二点（P_I、P_I'）之间延伸并且包括所述至少一个扭结位置（K、K'），第一点（P_A、P_A'）位于所述轮廓曲线的所述外半径（RA、RA'）上，第二点（P_I、P_I'）位于所述螺杆轮廓（11、11'）的核心半径（RI、RI'）上。

8.根据权利要求5所述的螺杆元件（10、10'），每个轮廓部分均包括在两个扭结位置（K、K'）之间的连续可微分的轮廓曲线。

9.根据权利要求1到3中的任一个所述的螺杆元件（10、10'），在清洁筒的点（P_A）处，所述螺杆轮廓的曲率半径与所述轮廓曲线的所述外半径的比率是0.2到0.8。

10.根据权利要求4所述的螺杆元件（10、10'），每个螺杆轮廓或者每条轮廓曲线均由圆的若干圆弧（1-5）组成，相应的所述圆弧（1-5）在所述至少一个扭结位置（K、K'）处彼此所成的角度（）在 140° 和180°之间。

11.根据权利要求6所述的螺杆元件（10、10'），每个轮廓部分均由圆的若干圆弧（1-5）组成，形成所述多个轮廓部分中的一个轮廓部分的圆弧的数量是2到8。

12.根据权利要求11所述的螺杆元件（10、10'），每个轮廓部分均由圆的若干圆弧（1-5）组成，形成所述多个轮廓部分中的一个轮廓部分的圆弧的数量是3到6。

13.根据权利要求9所述的螺杆元件（10、10'），在清洁筒的点（P_A）处，所述螺杆轮廓的曲率半径与所述轮廓曲线的所述外半径的比率是0.3到0.7。

14.根据权利要求13所述的螺杆元件（10、10'），在清洁筒的点（P_A）处，所述螺杆轮廓的曲率半径与所述轮廓曲线的所述外半径的比率是0.35到0.65。

15.一种生产用于带有成对地同向旋转的螺杆轴的多轴螺杆机器的螺杆元件（10、10'）的方法，这些螺杆元件成对地完全擦拭并且由这些螺杆元件组成的螺杆轴具有两头或更多螺杆螺纹，为生产所述螺杆元件的螺杆轮廓（11、11'），轮廓曲线在垂直于旋转轴线（C、C'）的平面中被创建，该轮廓曲线沿其自身具有至少一个扭结位置（K、K'）或者所述轮廓曲线的斜率不连续位置，这个扭结位置（K、K'）位于所述轮廓曲线的外半径（RA、RA'）之内。

16. 一种生产用于带有成对地同向旋转的螺杆轴的多轴螺杆机器的螺杆元件（10、10'）的方法，这些螺杆元件成对地完全擦拭并且由这些螺杆元件组成的螺杆轴具有两头或更多螺杆螺纹，其特征在于，在第一步骤中为生产所述螺杆元件的螺杆轮廓（11、11'），轮廓曲线在垂直于旋转轴线（C、C'）的平面中被创建，该轮廓曲线沿其自身具有至少一个扭结位置（K、K'）或者所述轮廓曲线的斜率不连续位置，这个扭结位置（K、K'）位于所述轮廓曲线的外半径（RA、RA'）之内，所述螺杆轮廓的曲率半径与所述轮廓曲线的所述外半径的比率在清洁筒的点（P_A）处是0.05到0.95，所述点（P_A）是90°的段中的轮廓部分中的唯一的落在以所述外半径（RA）围绕旋转点（C）的圆上的点，以及在第二步骤中引入空隙。

17.根据权利要求1到14中的任一个所述的螺杆元件（10、10'）或者按照根据权利要求15或者16所述的方法生产的螺杆元件（10、10'）在螺杆机器中的用途。

18.根据权利要求17所述的用途，成对地清洁的所述螺杆元件（10、10'）在其整个圆周上带有恒定的间隙，或者成对清洁的所述螺杆元件（10、10'）在其整个圆周上带有非恒定的间隙。

19.一种带有成对地同向旋转的螺杆轴（W、W'）的螺杆机器，所述螺杆轴具有根据权利要求1到14中的任一个所述的螺杆元件（10、10'）或者按照根据权利要求15或16所述的方法生产的螺杆元件（10、10'）。

20.根据权利要求19所述的螺杆机器，其特征在于，所述机器是挤出机。

21.一种用于挤压成型塑性复合物的方法，其特征在于，使用了根据权利要求1到14中的任一个所述的螺杆元件或者使用了按照根据权利要求15或16所述的方法生产的螺杆元件或者使用了根据权利要求19所述的螺杆机器。