CN107953536A

CN107953536A - 在挤出机中使用的螺杆和挤出机

Info

Publication number: CN107953536A
Application number: CN201710981151.3A
Authority: CN
Inventors: 马特乌什·苏尔戈特; 托尔斯滕·玛蒂
Original assignee: Reifenhaeuser GmbH and Co KG Maschinenenfabrik
Current assignee: Reifenhaeuser GmbH and Co KG Maschinenenfabrik
Priority date: 2016-10-18
Filing date: 2017-10-18
Publication date: 2018-04-24
Also published as: EP3311975A1; BR102017022334A2; JP2018075829A; US20180104879A1; KR20180042814A; DE102017007117A1; CA2981893A1; TW201815550A

Abstract

本发明涉及一种在挤出机中使用的螺杆和一种应用了在此提出的螺杆的挤出机。该螺杆具有模块化的结构从而可以非常灵活地适应于新的任务和条件。螺杆的模块化结构包含杆状的心轴和能够滑动到心轴上的单独的螺杆部件。这些部件在挤出过程中发挥着螺杆的常规功能，例如对被引导进入和通过设备的塑料进行传送、捏合、混合或剪切。为了传递所产生的高扭矩，这些部件与心轴连接，从而使它们正接合并且额外被轴向地支承。该连接实施为其可以通过简单的方式被释放。本发明涉及不同的方面，借助于这些方面可以实施螺杆和心轴之间有利的正接合。

Description

在挤出机中使用的螺杆和挤出机

技术领域

本发明涉及一种在挤出机中使用的螺杆和一种具有这种螺杆的挤出机。尤其是，本发明涉及一种在多螺杆挤出机中使用的螺杆和多螺杆挤出机本身，该螺杆具有心轴和由心轴支持的螺杆的区段

背景技术

通常，螺杆具有模块化的结构；以这种方式，它们可以以非常灵活的方式适用于新的任务和产品性质。螺杆模块化的结构具有杆状的芯(所谓的“心轴(mandrel)”)和滑动到心轴上的单独的螺杆部件；“在实际应用中”，芯也通常称为轴或主轴(spindle)。这些螺杆部件在挤出过程中发挥着螺杆的常规功能，例如对被引导进入和通过设备的塑料进行传送、捏合(kneading)、混合或剪切。

为了传递所产生的高扭矩，这些部件与心轴正接合并且额外被轴向地支承。该连接实施为其可以通过简单的方式被释放。

位于轴和毂(hub)之间的连接的设计旨在安全地传递在轴和毂之间最高的可能的扭矩。为了力的传递，轴和毂之间具有正接合的连接具有侧面(flank)，这些侧面导致与可能为圆杆的、用于传递扭矩的理想几何形状的偏离。

为了通过正接合传递扭矩，圆杆必须在几何形状上重新成形，从而一方面在侧面上不会产生过度的表面压力，另一方面，由于所产生的缺口效应，该侧面不会使圆杆弱化到不期望的程度。这些要求彼此冲突。

DE 90 10 606 U1描述了一种用于第一轴的插入单元，该第一轴具有在一端上设置有插入部分的柄，该柄具有在外表面上延伸的、均匀在圆周上分布的突出部和凹进部，其中凸面和凹面的形状交替；该柄旨在被插入到第二轴的中空圆柱形容器(receptacle)中，在其内表面上形成在平行于第二轴的纵向轴线延伸的突出部和凹进部，突出部和凹部在轴的圆周上均匀分布并且彼此交融。

DE 38 13 272 C2中已知用于使转子与轴刚性连接的齿形轴连接。

WO 87/01165 A1公开了一种铰链连接(link joint)，其由在第一可旋转轴的端部处的第一驱动元件和在第二可旋转轴的端部处的第二驱动元件组成，驱动元件间彼此铰接接合。

EP 0 767 325 A2描述了一种通过齿形轴连接用于传递扭矩的轴齿轮箱。

DE 103 30 530 A1描述了一种齿形轴连接，套管被焊接在该齿形轴连接上。螺杆轴设置有外齿，具有相应内齿的螺杆部件螺纹连接(threaded)到该外齿上。这些部件螺纹连接到套筒上直到终止点。

DE 196 21 571 C2和DE 10 2004 042 746 B4公开了位于挤出机螺杆的区段和挤出机的心轴之间的齿形轴连接。

DE 10 2004 056 642 A1公开了位于轴和毂之间的正接合，其中该连接的轮廓可以由长短辐圆外旋轮线曲线(epitrochoid curve)表示。

DE 10 2006 029 471 A1和DE 10 2011 112 148 A1描述了在挤出机螺杆的区段和挤出机的心轴之间的花键轴连接(spline shaft connection)。

发明内容

本发明所基于的任务在于为现有技术提供一种改进或一种替代方案。

在本发明的第一方面中，该任务通过一种在挤出机中使用的螺杆得以解决，该螺杆具有心轴和由心轴支持的区段，区段和心轴具有环状不对称的型面轴连接(profileshaft connection)。

以下将解释一些术语：

首先应明确指出，在本专利申请的范围内，类似“一”、“二”等不定冠词和数字通常被理解为表示最小值，即“至少一个…”、“至少两个…”等，除非从上下文中可以清楚看出或者对本领域技术人员来说是显而易见的或从技术角度来看是必要地仅意味着“恰好一个…”、“恰好两个…”等。

“心轴”应理解为，在任何情况下在轴向方向上从第一区段的末尾到最后一个区段的起始的延伸。扭矩在螺杆上的施加可能是通过心轴(在该情况下，在齿轮箱驱动小齿轮和心轴之间的切向固定为必需的)，或者通过齿轮箱驱动小齿轮与至少一个区段、优选与轴向方向上的第一区段的连接，该连接传递扭矩。

“区段”是螺杆的部件，这些部件与挤出机的外壳/圆筒共同形成了用于待引导通过挤出机的塑料的塑化的一个或多个螺旋部(spiral)，和/或形成捏合元件和/或传送元件。

每两个轴向相邻的区段直接地(在直接相邻区段的情况下)或间接地(在它们之间有一个或多个区段的情况下)在它们的区段边界上轴向地彼此抵靠。它们之间产生的狭槽(slot)，即在最简单的情况下是环状间隙(annulus)，必须得到密封来防止塑料熔体向内部的渗透，即向心轴渗透。为此，这些区段通常是被轴向支承的。法向力通过表面压力产生充分的密封。

但是，仅由一个区段和一个心轴组成的螺杆也是能够想到的。在这种情况下，“区段”是螺杆部件，其包含用于结合挤出机的外壳或圆筒而使待引导通过挤出机的塑料塑化的一个或多个螺旋部，并且还可能含有捏合部件。

现有技术中已知各种“型面轴连接”。型面轴连接是所有在轴和毂之间具有正接合的连接。在型面轴连接中，通过轴的横截面通常具有对称的型面(profile)，该型面具有平行的载体(carrier)且毂作为互补物(counterpart)。通过这种结构，滑键或滑楔(featherkeys or wedge)是不必要的。该型面轴连接可以例如是具有花键锁定的轴、带有锯齿的齿形轴和渐开线齿(involute toothing)以及特征为低缺口效应的多边形型面轴连接。

除了已经提及的各种型面轴连接之间的区别之外，所有不同的类型还可以按照结构的对称来说明。关于轴对称、点对称、旋转对称和环状几何形状对称的说明是可能的。

如果几何形状可以通过在其对称轴上的垂直轴向反射映射至自身，则该几何形状被称为“轴向对称的”并具有“轴向对称性”。

如果几何形状可以通过在其对称点上的反射映射至自身，则该几何形状被称为“点对称的”并具有“点对称性”。

如果以任意角度围绕任意点或任意轴的旋转致使物体映射至自身，则该几何形状被称为“旋转对称的”并具有“旋转对称性”。

如果存在物体的旋转轴并且物体由相对于轴多次重复的扇区(sector)组成，则该几何形状被称为“环状对称的”并具有“环状对称性”。在这些扇区的边界处，相邻的两个扇区必须具有相同的轮廓。

环状对称的物体可以被进一步划分成其扇区边界在直线或折线或曲线上径向延伸和展开的环状对称的物体。

具有径向扇区边界的环状对称的物体可以额外地具有轴向对称性和/或点对称性。

如果几何形状不是环状对称的，则该几何形状被称为“环状不对称的”并具有“环状不对称性”。换言之，如果物体具有旋转轴而且不是由多个相对于该轴多次重复的扇区所组成，所有的几何形状为环状不对称的。

“螺杆区段”是在螺杆的横截面中相对于螺杆轴线的螺杆的环状对称部分，该螺杆的横截面垂直于螺杆轴线。

在本发明的范围中，术语“环状对称”应被理解为局部术语，该局部术语可以指位于轴和毂之间连接的对称性，即，心轴和区段之间的型面轴连接的对称性，或可能具有略微不同的含义，相对于螺杆区段的对称性。螺杆几何形状包括例如螺旋部的数量、捏合部件的构造以及共同影响螺杆区段的几何形状的其它方面。

通常，螺杆几何形状具有环状对称的结构。因此，在特殊情况下，能够想到的是，螺杆区段可能具有环状对称性，但同时在心轴和区段之间的连接可能具有环状不对称性。

到目前为止，现有技术仅设想了环状对称的型连接来使心轴和挤出机螺杆的区段连接。

相反地，在此提出使用环状不对称地型连接。

以这种方式，通过适合的设计，区段可以在更有限数量的圆周位置中安装在心轴上。

例如，能够想到的是，仅在一个、两个或三个等预定义的圆周位置中将区段推到心轴上。以这种方式，可以确保螺杆的区段仅在期望的圆周位置中相邻。这些优选的安装位置可以例如取决于螺杆螺旋部的数量并且特别优选在具有较大数量的正接合的部件的型面轴连接中，否则这些部件可能是环状对称的。

在一个特殊情况下，例如能够想到的是，可以通过为型面轴连接的一个扇区设置有不同于其它扇区的几何形状来改变多边形轴连接、花键轴连接或齿形轴连接的环状对称的结构，由此在心轴和区段之间形成环状不对称的连接。

另一个实施例提供用于使心轴和区段之间的环状不对称性适应于螺杆的对称性特征，从而使得与环状对称的螺杆区段具有完全一样多的组装区段和心轴的可能组合，并且使得心轴和区段之间的对称性适应于螺杆区段的对称性，以这种方式使挤出机螺杆的功能特征不会被螺杆和心轴之间错误的安装角损害。

有利的是，以这种方式，心轴和区段之间的型面轴连接的结构可有助于避免错误的组装。

而且以这种方式可以有利地实现相邻的区段仅能以这种方式组装，即，它们相对于彼此调整并且与挤出机螺杆的期望的功能相对应并且排除了几个连续区段的错误组装。

可选地，与环状对称的螺杆区段相比，型面轴连接具有位于心轴和螺杆之间连接的半径的局部最大值的整数倍。

以下将解释一些术语：

“局部最大”是指型面轴连接的轮廓半径在局部最大点处达到局部最大值，并在局部最大值附近半径不应超过该最大值。与局部最大相反的是“局部最小”。

有利的是，以这种方式可以实现心轴和区段的外周角的几种合适的组合，其可以通过适当的结构确保始终实现相邻区段之间或挤出机螺杆和挤出机外壳的功能之间单独的适应，而不出现任何错误。

优选地，型面轴连接具有带有两个型面侧面的轮廓，挤出机螺杆具有由构造决定的旋转方向，其中一个型面侧面、特别是在旋转方向上面向区段的心轴的型面侧面在径向方向上比另一个型面侧面更陡。

以下将解释一些术语：

“型面侧面”是在型面轴连接上的、在型面轴连接轮廓的局部最小和局部最大之间的连接。

“由构造决定的旋转方向”是在挤出机的一般操作期间螺杆的旋转方向，其中，待处理的材料由进料口传送至挤出机的出口。

有利的是，以这种方式可以减小作用在心轴上的径向力。在旋转方向上面向区段的心轴的型面侧面承担将挤出机驱动产生的扭矩从心轴施加到螺杆上的任务。优选地，当传递扭矩时，在径向的心轴方向上没有额外的负载被施加在心轴上。在旋转方向上面向区段的心轴的型面侧面越陡，施加在心轴上的径向力越小而期望的切向力越高；以这种方式可以提高扭矩传递中的效率。

在旋转方向上面向区段的心轴的型面侧面有利的是平的。以这种方式，来自型面侧面的力可以以较低的缺口效应被更好地施加在心轴上，该型面侧面将扭矩从心轴传递至区段。

在本发明的第二方面中，该任务通过一种在挤出机中使用的螺杆得以实现，该螺杆具有心轴和由心轴支持的区段；区段和心轴通过型面轴连接而连接，该型面轴连接是具有弯曲侧面的多边形的型面轴连接。

以下将解释一些术语：

“多边形的型面轴连接”是一种型面轴连接，其通过其特有的多边形形状定义并且属于称为“不圆度(out-of-roundness)”连接的一类连接。它们属于那些可拆卸且可以轴向滑动的连接。根据DIN 32711，对“多边形轴”的各种类型和尺寸进行分类。但是，这种分类不一定是详尽的，并且特别是在本发明的该方面下该术语包括多边形轴的额外的实施例。

“侧面”是在多边形轴连接的轮廓上、在多边形的点之间的连接。

术语“弯曲的侧面”是指侧面不是直线连接而是通过曲线定义，其中弯曲的侧面具有在其长度的至少75％上具有弯曲。

到目前为止，现有技术没有设想用于心轴和挤出机螺杆的区段之间的型面轴连接的多边形轴连接。

打破现有技术，在此提出了这样的连接。

有利的是，以这种方式，多边形轴连接可以传递非常高的扭矩、特别是具有高时间动态(temporal dynamic)的高转矩。

此外，多边形轴连接可以很容易地组装并由于其构造而具有非常低的缺口效应，提高了材料利用率。

整体而言，多边形轴连接能够非常有效地传递扭矩并且容易组装，从而促使挤出机螺杆的轴与毂之间的连接的实施例。

应明确指出的是，第二方面的主题可以有利地与本发明的第一方面的主题结合。

优选地，侧面具有面向区段的凸曲线。

有利的是，以这种方式可以减少多边形轴连接的缺口效应。

可选地，侧面具有面向区段的凹曲线。

有利的是，以这种方式可以在更陡的侧面上传递扭矩，从而促使作用在多边形轴连接上的径向力更小并提高扭矩传递的效率。

优选地，心轴具有多边形轮廓，该多边形轮廓是谐波状的(harmonic)。

以下将解释一些术语：

所有类型的型连接，包括在其它方面中提出的型面轴连接，可以划分为具有谐波状型面和非谐波状型面的型连接。

如果轮廓是连续的并且在每个点上可微的(differentiable)，则型连接具有“谐波状的轮廓”。

如果轮廓是连续的并且在每个点上不总是可微的，则型连接具有“非谐波状的轮廓”。

有利的是，以这种方式，通过圆形的边缘可以在多边形轴连接的整个周长上进一步降低缺口效应，从而增加了材料利用率。

可选地，心轴可以具有非谐波状的多边形轮廓。

有利的是，以这种方式，根据非谐波的实施例，可以简化组装，可以清楚地分配在心轴和区段之间的外周角，局部地减小缺口效应并且提高扭矩传递的效率。

在本发明的第三方面中，该任务通过一种在挤出机中使用的螺杆得以实现，该螺杆具有心轴和由心轴支持的区段，区段和心轴通过型面轴连接而连接而且该型面轴连接是花键轴连接。

以下将解释一些术语：

“花键轴连接”是一种型面轴连接，其通过具有直的和平行的侧面的多个载体而产生与毂的正接合。不同类型的连接及其尺寸根据DIN 5464、DIN 5471、DIN 5472和DIN ISO14进行分类。但是，这种分类不一定是详尽的，而且该术语可能包括花键轴的额外的实施例，特别是在本发明的该方面下。相应实施的轴-毂连接是“花键轴连接”。

到目前为止，现有技术还没有设想用于心轴和挤出机螺杆的区段之间的型面轴连接的花键轴连接。

打破现有技术，在此提出了这样的连接。

有利的是，以这种方式可以应用一种非常便宜的型面轴连接，其已经在多种其它的应用中使用。因此，在通过花键轴连接的扭矩传递方面已经获得了许多经验，这些经验可以在设计过程中使用并且可以促使在轴和毂之间整体改善的连接。

此外，还有用于制造花键轴连接的标准化工具，使得生产可以相对便宜。

另外，花键轴连接的平行和非常陡的侧面有助于非常有效地传递扭矩，也就是说，在连接中没有强大的径向力，这带来非常好的材料利用率。

应明确指出的是，第三方面的主题可以有利地与本发明的上述方面的主题结合，以单独地或以累积的方式任意组合。

在本发明的第四方面中，该任务通过一种在挤出机中使用的螺杆得以实现，该螺杆具有心轴和由心轴支持的区段，区段和心轴具有型面轴连接，该型面轴连接为轴向不对称的、具有一个齿的齿形轴连接的形式，该齿具有右齿面和左齿面，各个齿面具有曲率。

以下将解释一些术语：

“齿形轴连接”是一种型面轴连接，其通过多个齿与毂建立正接合。具有水平齿面的，尤其是具有齿的恒定压力角的齿接合区别于具有弯曲齿面的，尤其是具有渐开线齿的齿接合。各种类型的连接及其尺寸根据DIN 5480进行分类。但是，这种分类不一定是详尽的，而且该术语可能包括齿形轴的额外的实施例，特别是在本发明的该方面下。相应实施的轴-毂连接是“齿形轴连接”。

“渐开线齿”是具有渐开线的特殊形式的齿接合。渐开线的形状通过齿型面几何形状的几何形状要求的数量而定义。

“齿面”是齿的根圆和顶圆之间的几何连接线。

“根圆”是径向上的齿的最低点所在的圆。相应的直径称为“根圆直径”。

“顶圆”是径向上的齿的最高点所在的圆。相应的直径称为“顶圆直径”。

“轴向不对称的齿形轴连接”是一种齿形连接，其中齿不具有轴向对称性。换言之，轴向不对称的齿形轴连接的第一齿面不能通过第二型面在轴线上的反射而被映射。

到目前为止，现有技术最主要地提供了心轴与挤出机螺杆的区段之间的齿形轴连接的、轴向对称的几何形状。因此，DE 196 21 571 C2公开了具有轴向对称齿的齿形轴连接。

DE 10 2004 042 746 B4公开了位于心轴与挤出机螺杆的区段之间的、轴向不对称的齿形轴连接，心轴和区段彼此接触的齿面的区域是平面的。

打破现有技术，提出形成在接触区域内非平面的齿面，但具有连续的曲率。

因此，可以想到的是，例如，心轴的轮廓在下述条件的框架内设计，使得可减小缺口效应，足够大数量的齿用于在圆周上分布力和用于减小表面压力，并且使得在旋转方向上面向区段的型面的形状在传递扭矩时尽可能不产生径向力但是产生最大可能的切向力。

在优选的实施例中，齿面由摆线(cycloid)和/或内摆线(hypocycloid)构成，其表现出非常好的缺口应力特性。

在另一个有利的实施例中，可以想到的是，在与旋转方向相反的方向上面向区段的齿面被移除和/或设置有圆形轮廓。

因此，可以想到的是，例如，摆线齿轮廓谐波地在其圆周上描绘齿形轴连接的型面轮廓。

有利的是，可以以这种方式实现齿面在不承受负载的条件下用于减小缺口效应。由于不对称的结构，可以在不削弱扭矩传递的情况下甚至更多地减小缺口效应，因为仅有一个优选的方向。

承受负载的齿面形成为弯曲的，这允许通过适当的设计下减少齿根处的缺口效应。

齿面设计为不对称的，因为除了其他原因之外，心轴在一个旋转方向上转动。这种类型的传递的优点在于，最大的杠杆臂可以用于在圆周上传递最小的力。

非承载型面的移除可以改善齿中的缺口性能。对于扭力，非承载型面的移除可以具有与卸荷槽(relief notch)相同的效果，而不损害功能，因为存在优选的旋转方向。

总体而言，通过合适的设计，所提出的齿形轴连接可有助于减小在心轴和区段中的缺口应力和径向力，可以提高材料利用率和扭矩传递的效率。

应明确指出的是，第四方面的主题可以有利地与本发明的上述方面的主题相结合，以单独地或以累积的方式任意组合。

优选地，齿区段具有谐波状的齿轮廓。

有利的是，以这种方式在多边形轴连接的整个周长上的圆形边缘可有助于进一步减小缺口效应，改善材料利用率。

可选地，齿区段具有非谐波状的齿轮廓。

在本发明的第五方面中，该任务通过一种在挤出机中使用的螺杆得以实现，该螺杆具有心轴和由心轴支持的区段，区段和心轴通过环状对称的型面轴连接而连接，其中该型面轴连接是轴向不对称的齿形轴连接而且齿距具有齿轮廓，心轴的齿轮廓在垂直于轮廓的方向上以最大为心轴的顶圆直径的百分之一偏离五次多项式(fifth-degreepolynomial)。

以下将解释一些术语：

“齿距”应理解为环状对称的齿形轴连接的环状对称的部分和环状对称的齿区段的孔径角。

“齿区段”是在螺杆的横截面中相对于螺杆轴线的齿形轴连接的环状对称部分，该横截面垂直于螺杆轴线；特别地，齿区段的左侧和右侧的限制点位于顶圆直径上。

“轮廓法线”应理解为垂直于轮廓。

“齿轮廓”是齿区段的轮廓。

通过齿区段轮廓的合适设计，通过在顶圆直径的百分之一的窄公差限度内的五次多项式来描述。

有利地，以这种方式，可以实现齿轮廓是甚圆的，仅具有较小的缺口效应并因此适合于优化齿形轴连接的材料利用。

应明确指出的是，上述公差数值不应被理解为严格的限制，而是在不超出本发明所述方面的范围的条件下可以在工程规模上高于或低于所指定的范围。换言之，该范围限制旨在形成在此提出的公差范围大小的参考点。

应明确指出的是，第五方面的主题可以有利地与本发明的上述方面的主题相结合，以单独地或以累积的方式任意组合。

优选地，齿轮廓的左侧点通过多项式描述，该左侧点位于心轴的顶圆直径上并且临接第一个齿的左侧面。

优选地，齿轮廓的右侧点通过多项式描述，该右侧点位于心轴的顶圆直径上并且临接第二个齿的左侧面。

优选地，齿轮廓的最低点通过多项式描述，该最低点位于心轴的根圆直径上，在圆周方向上在位于左侧点的半径和右侧点的半径之间的半径上在55％至90％之间的范围内、优选在65％至83％之间的范围内并特别优选在75％和79％之间的范围内。

应明确指出的是，上述最低点的位置的数值不应被理解为严格的限制，而是在不超出本发明所述方面的范围的条件下可以在工程规模上高于或低于所指定的范围。换言之，该范围限制旨在形成在此提出的最低点的位置的参考点。

优选地，在左侧点上，在圆周方向上半径的坡度在-0.1和0.1之间的范围内、优选在-0.05和0.05之间的范围内并特别优选为数值0。

应明确指出的是，上述在左侧点上的坡度的数值不应被理解为严格的限制，而是在不超出本发明所述方面的范围的条件下可以在工程规模上高于或低于所指定的范围。换言之，该范围限制旨在形成左侧点的坡度的参考点。

优选地，在最低点上，在圆周方向上半径的坡度为0。

优选地，在右侧点上，在圆周方向上半径的坡度在10和∞之间的范围内、优选在100和∞之间的范围内并特别优选为∞。

应明确指出的是，上述在右侧点上的坡度的数值不应被理解为严格的限制，而是在不超出本发明所述方面的范围的条件下可以在工程规模上高于或低于所指定的范围。换言之，该范围限制旨在形成右侧点的坡度的参考点。

在本发明的第六方面中，该任务通过一种在挤出机中使用的螺杆得以实现，该螺杆具有心轴和由心轴支持的区段，区段和心轴具有型面轴连接，该型面轴连接具有非谐波状的轮廓，而且型面轴连接具有轴向对称的轮廓，相比于其他心轴具有的圆柱形表面区域，该心轴的轮廓具有凹面的凹部，该凹部具有谐波状轮廓；其中，凹部的谐波状轮廓通过在心轴的顶圆上的非谐波状的过渡区域而连接至圆柱形的心轴表面区域。

以下将解释一些术语：

“心轴表面区域”是圆柱形的心轴的表面区域，即，通过关于心轴的纵轴的函数的曲线图的旋转而产生的心轴表面。

“凹部”是各个几何形状的变化，其改变圆柱形心轴表面区域，使得心轴表面区域被凹部中断。换言之，圆柱形的心轴在凹部的位置被凹部加深。

“过渡区域”是圆柱形的心轴表面区域上的位置，在此圆柱形心轴表面区域过渡到凹部。换言之，圆柱形的心轴表面区域的凹部由过渡区域开始。如果过渡区域中的轮廓路径不可微，则该区域是“非谐波状的过渡区域”。

在特殊情况下，能够想到的是，例如心轴具有带有谐波状轮廓的凹部，该凹部在过渡区域中非谐波状地过渡到圆柱形的心轴表面区域。

有利的是，本发明的该方面可以实现，即使传递高扭矩，型面-轴连接仅具有非常低的缺口应力。

另外，通过本发明的该方面可以有利地实现，型面轴连接的心轴具有特别高的截面模数(section modulus)，这允许减小型面轴连接的直径。

可选地，型面轴连接是环状对称的。

有利的是，以这种方式，型面轴连接的环状几何形状可以导致在心轴和由心轴支持的区段之间多种可能的安装角，这允许许多可能的安装选项。

优选地，凹部的谐波状的轮廓对应于椭圆轮廓的一部分。

以下将解释一些术语：

“部分”应理解为几何形状的区段，该区段特别是形成了凹部。该部分可以是几何形状的任意部分，该部分包括几何形状的原始边界的局部。该部分的原始边界的局部映射凹部的轮廓。特别地，凹部可以是椭圆、圆或多边形的一部分。

有利的是，本发明的该方面可以实现型面轴连接，该型面轴连接即使传递高扭矩仍具有非常小的缺口应力，其中，心轴相对较浅的凹部同时导致心轴的高截面模数，从而使型面轴连接要求较小的必要直径。这可有助于节省材料并且允许实质上由心轴形成的螺杆芯具有理想的更小的直径，从而可以增加螺杆的螺纹

深度而同时保持外螺杆直径。

凹部的谐波状的轮廓可选地对应于圆轮廓的一部分。

有利的是，本发明的该方面可以实现型面轴连接，该型面轴连接即使传递高扭矩仍具有非常小的缺口应力，其中，心轴相对较浅的凹部同时导致心轴的高截面模数，从而使型面轴连接要求较小的必要直径。这可有助于节省材料并且允许实质上由心轴形成的螺杆芯具有理想的更小的直径，从而可以增加螺杆的螺纹深度而同时保持外螺杆直径。

优选地，凹部的谐波状的轮廓对应于多边形的一部分。

有利的是，通过本发明的该方面可以实现型面轴连接，该型面轴连接即使传递高扭矩仍具有非常小的缺口应力，其中，心轴相对较浅的凹部同时导致心轴的高截面模数，从而使型面轴连接要求较小的必要直径。这可有助于节省材料并且允许实质上由心轴形成的螺杆芯具有理想的更小的直径，从而可以增加螺杆的螺纹深度而同时保持外螺杆直径。

应明确指出的是，第六方面的主题可以有利地与本发明的上述方面的主题相结合，以单独地或以累积的方式任意组合。

可选地，心轴具有靠近根圆直径的底切。

有利的是，通过合适的设计，可以以这种方式实现：该底切减小在心轴的齿根处的缺口效应。

可选地，区段具有靠近齿根圆的底切。

有利的是，通过合适的设计，可以以这种方式实现：该底切减小在区段的齿根处的缺口效应。

优选地，心轴和区段各自具有顶圆直径和根圆直径，区段的顶圆直径大于心轴的根圆直径。

有利的是，以这种方式实现可以避免双重配合(double fit)并且可以确保齿形轴连接的功能。

可选地，心轴和区段各自具有顶圆直径和根圆直径，区段的根圆直径大于心轴的顶圆直径。

有利的是，以这种方式实现可以避免双重配合并且可以确保齿形轴连接的功能。

优选地，区段的型面轴轮廓径向地大于心轴的顶圆直径的最多百分之一；优选最多千分之一。

例外，这允许心轴和区段之间的紧密的滑动配合，这简化了装配和拆卸，但同时不允许不利于轴和毂之间连接的功能的较大的间隙(play)。

可选地，型面轴轮廓具有圆形的边缘。

有利的是，以这种方式，不会由于过高的局部表面压力而在边缘上造成过载，并因此可以确保齿形轴连接的功能。

此外，圆形的边缘可以降低受伤的风险。

此外，圆形的边缘可以有助于减小缺口效应。

在本发明的第七方面中，该任务通过一种挤出机得以实现，在该挤出机中使用了在此提出的螺杆。

应理解的是，上述螺杆的优点可直接扩展至挤出机，特别是具有上述螺杆的单螺杆挤出机或多螺杆挤出机。

应明确指出是，第七方面的主题可以有利地与本发明的上述方面的主题相结合，以单独地或以累积的方式任意组合。

附图说明

以下将参照附图通过实施例的两个实例来更详细地说明本发明，其中：

图1示意地示出了在挤出机中使用的螺杆的横截面，该螺杆具有带有正接合的环状不对称的型面轴连接，

图2示意地示出了在挤出机中使用的螺杆的横截面，该螺杆具有带有正接合的多边形轴连接，该轴连接具有非谐波状的、带有凸面弯曲的多边形侧面的多边形轮廓，

图3示意地示出了在挤出机中使用的螺杆的横截面，该螺杆具有带有正接合的轴向不对称的齿状轴连接，该轴连接具有非谐波状的轴轮廓和谐波状的齿轮廓，和

图4示意地示出了在挤出机中使用的螺杆的横截面，该螺杆具有连接到具有凹面的凹部的心轴的型面轴连接，其中，凹部的轮廓是谐波状的。

附图标记列表

1 挤出机螺杆

2 心轴

3 区段

4 轴线

5 心轴型面

10 挤出机螺杆

11 心轴

12 区段

13 轴线

14 多边形型面

20 挤出机螺杆

21 心轴

22 区段

23 轴线

24 左齿面

25 右齿面

26 齿区段

27 左侧点

28 齿距

29 齿轮廓

30 最低点

31 右侧点

40 挤出机螺杆

41 心轴

42 区段

43 轴线

44 心轴型面

45 凹部

46 凹部

47 凹部

48 凹部

49 凹部

50 凹部

51 凹部

52 凹部

53 凹部

54 凹部

55 凹部

56 凹部

57 轮廓

58 过渡

59 过渡

60 心轴表面区域

具体实施方式

图1中的挤出机螺杆1具有心轴2和区段3。该挤出机螺杆可以绕轴4旋转用于传送、捏合、混合或剪切塑料。

心轴2和区段3通过具有正接合的、可释放的型面轴连接相互连接，其中，区段3可以轴向地滑动到心轴2上。

挤出机螺杆1的型面轴连接是环状不对称的并且具有心轴型面5。

挤出机螺杆1具有两个螺旋部。环状不对称的型面轴连接这样设计，从而使区段3不能在错误的角度上滑动到心轴圆周上，这确保了相邻的区段也不能在不适当的圆周角上定位。

图2中的挤出机螺杆10具有心轴11和区段12。该挤出机螺杆10可以绕轴13旋转用于传送、捏合、混合或剪切塑料。

心轴11和区段12通过具有正接合的、可释放的多边形轴连接相互连接，其中，区段12可以轴向地滑动到心轴11上。

挤出机螺杆10的多边形轴连接是环状对称的并且具有非谐波状的多边形型面14，该多边形型面具有凸面弯曲的侧面。

图3中的挤出机螺杆20具有心轴21和区段22。该挤出机螺杆20可以绕轴23旋转用于传送、捏合、混合或剪切。

心轴21和区段22通过正接合的、轴向不对称的、可释放的齿形轴连接相互连接，其中，区段22可以轴向地滑动到心轴21上。

挤出机螺杆20的齿形轴连接具有环状对称的齿距28和非谐波状的型面。

各个齿区段26具有左齿面24和右齿面25。位于左齿面24和右齿面25之间的过渡在齿轮廓29的最低点30上。

各个环状对称的齿区段26的轮廓29在左侧点27开始经右齿面25通向最低点30并经左齿面24通向右侧点31。

左齿面24和右齿面25具有弯曲的轮廓。

左齿面24和右齿面25是不对称的。

左齿面24具有比右齿面25更陡的轮廓。

心轴优选朝更陡的齿面的方向旋转。在该实施例中，这是左齿面24的方向。即，在该实施例中，旋转的优选方向是逆时针的。

图4中的挤出机螺杆40具有心轴41和区段42。该挤出机螺杆40可以绕轴43旋转用于传送、捏合、混合或剪切塑料。

心轴41和区段42通过正接合的、可释放的型面轴连接相互连接，其中，区段42可以轴向地滑动到心轴41上。

挤出机螺杆40的型面轴连接是环状对称的并且具有十二个凹部45，46，47，48，49，50，51，52，53，54，55，56。

凹部45，46，47，48，49，50，51，52，53，54，55，56具有谐波状凹面的轮廓57，该轮廓在过渡点58，59处具有向其它圆柱形的心轴表面区域60的非谐波状的过渡。

Claims

1.一种在挤出机中使用的螺杆，所述螺杆具有心轴和由所述心轴支持的区段，其特征在于，所述区段和所述心轴具有环状不对称的型面轴连接。

2.根据权利要求1所述的螺杆，其特征在于，与环状对称的所述螺杆区段相比，所述型面轴连接具有位于所述心轴和所述螺杆之间连接的半径的局部最大值的整数倍。

3.根据权利要求1或2所述的螺杆，所述型面轴连接具有带有两个型面侧面的轮廓，所述挤出机螺杆具有由构造确定的旋转方向，其特征在于，一个型面侧面、特别是在所述旋转方向上面向所述区段的所述心轴的型面侧面在径向方向上比另一个型面侧面更陡。

4.一种在挤出机中使用的螺杆，所述螺杆具有心轴和由所述心轴支持的区段，所述区段和所述心轴具有型面轴连接，特别是根据上述权利要求中任一项所述的螺杆，其特征在于，所述型面轴连接是具有弯曲侧面的多边形的型面轴连接。

5.根据权利要求4所述的螺杆，其特征在于，侧面是在所述区段的方向上凸面弯曲的。

6.根据权利要求4或5所述的螺杆，其特征在于，侧面是在所述区段的方向上凹面弯曲的。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的螺杆，所述心轴具有多边形轮廓，其特征在于，所述多边形轮廓是谐波状的。

8.根据权利要求4至6中任一项所述的螺杆，所述心轴具有多边形轮廓，其特征在于，所述多边形轮廓是非谐波状的。

9.一种在挤出机中使用的螺杆，所述螺杆具有心轴和由所述心轴支持的区段，所述区段和所述心轴具有型面轴连接，特别是根据权利要求1至3中任一项所述的螺杆，其特征在于，所述型面轴连接是花键轴连接。

10.一种在挤出机中使用的螺杆，所述螺杆具有心轴和由所述心轴支持的区段，所述区段和所述心轴具有型面轴连接并且所述型面轴连接体现为齿的轴向不对称的齿形轴连接的形式，所述齿具有右齿面和左齿面，特别是根据权利要求1至3中任一项所述的螺杆，其特征在于，所述右齿面和所述左齿面具有曲率。

11.根据权利要求10所述的螺杆，齿区段具有齿轮廓，其特征在于，所述齿轮廓是谐波状的。

12.根据权利要求10所述的螺杆，齿区段具有齿轮廓，其特征在于，所述齿轮廓是非谐波状的。

13.一种在挤出机中使用的螺杆，所述螺杆具有心轴和由所述心轴支持的区段，所述区段和所述心轴通过环状对称的型面轴连接而连接，其中所述型面轴连接是轴向不对称的齿形轴连接，齿距具有齿轮廓，特别是根据上述权利要求中任一项所述的螺杆，其特征在于，所述心轴的齿轮廓在垂直于所述轮廓的方向上以最大为所述心轴的顶圆直径的百分之一偏离五次多项式。

14.根据权利要求13所述的螺杆，其特征在于，齿轮廓的左侧点通过所述多项式来描述，所述左侧点位于所述心轴的顶圆直径上并且所述左侧点临接第一个齿的左侧面。

15.根据权利要求13或14所述的螺杆，其特征在于，齿轮廓的右侧点通过所述多项式来描述，所述右侧点位于所述心轴的顶圆直径上并且所述右侧点临接第二个齿的左侧面。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的螺杆，其特征在于，齿轮廓的最低点通过所述多项式来描述，所述最低点位于所述心轴的根圆直径上，在圆周方向上在位于所述左侧点的半径和所述右侧点的半径之间的半径上在55％至90％之间的范围内、优选在65％至83％之间的范围内、特别优选在75％和79％之间的范围内。

17.根据权利要求13至16中任一项所述的螺杆，其特征在于，在所述左侧点处，在圆周方向上半径的坡度在-0.1和0.1之间的范围内、优选在-0.05和0.05之间的范围内并特别优选为数值0。

18.根据权利要求13至17中任一项所述的螺杆，其特征在于，在所述最低点上，在圆周方向上半径的坡度为0。

19.根据权利要求13至18中任一项所述的螺杆，其特征在于，在所述右侧点处，在圆周方向上半径的坡度在10和∞之间的范围内、优选在100和∞之间的范围内并特别优选为∞。

20.一种在挤出机中使用的螺杆，所述螺杆具有心轴和由所述心轴支持的区段，所述区段和所述心轴具有型面轴连接，所述型面轴连接具有非谐波状的轮廓，特别是根据上述权利要求中任一项所述的螺杆，其特征在于，所述型面轴连接具有轴向对称的轮廓，所述心轴的轮廓相对于心轴表面区域的其它圆柱形形状具有凹面的凹部，所述凹部的轮廓为谐波状，所述凹部的谐波状轮廓通过在所述心轴的顶圆上的非谐波状的过渡而与所述心轴表面区域的其它圆柱形形状相关联。

21.根据权利要求20所述的螺杆，其特征在于，所述型面轴连接是环状对称的。

22.根据权利要求20或21所述的螺杆，其特征在于，所述凹部的谐波状的轮廓对应于椭圆轮廓的一部分。

23.根据权利要求20至22中任一项所述的螺杆，其特征在于，所述凹部的谐波状的轮廓对应于圆轮廓的一部分。

24.根据权利要求20至23中任一项所述的螺杆，其特征在于，所述凹部的谐波状的轮廓对应于多边形的一部分。

25.根据上述权利要求中任一项所述的螺杆，其特征在于，所述心轴具有靠近根圆直径的底切。

26.根据上述权利要求中任一项所述的螺杆，其特征在于，所述区段具有靠近根圆的底切。

27.根据上述权利要求中任一项所述的螺杆，所述心轴和所述区段各自具有顶圆直径和根圆直径，其特征在于，所述区段的所述顶圆直径大于所述心轴的所述根圆直径。

28.根据上述权利要求中任一项所述的螺杆，所述心轴和所述区段各自具有顶圆直径和根圆直径，其特征在于，所述区段的所述根圆直径大于所述心轴的所述顶圆直径。

29.根据上述权利要求中任一项所述的螺杆，其特征在于，所述区段的所述型面轴轮廓径向地大于所述心轴的顶圆直径的最多百分之一；优选最多千分之一。

30.根据上述权利要求中任一项所述的螺杆，所述型面轴轮廓具有多个边缘，其特征在于，所述多个边缘是圆形的。

31.一种具有根据上述权利要求中任一项所述的螺杆的挤出机。