CN108430734A - 输送材料的螺杆及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种螺杆，其包括纵向本体(2)以及围绕该纵向本体的以螺旋形式延伸的至少一个螺纹(3)，其中，该螺纹在其长度的部分上包括内部分隔体(4)，该内部分隔体(4)限定多个内部通道(5)，所述多个内部通道沿行螺纹的螺旋形状以螺旋形式延伸。所述螺杆包括支管状腔体(6，7)，所述内部通道的端部打开至支管状腔体，所述支管状腔体在纵向间隔位置处沿径向延伸并打开至所述本体的纵向孔腔(8)。该螺杆可以通过激光熔制的增材制造来生产。

Description

输送材料的螺杆及其生产方法
技术领域
本发明涉及用于输送材料的螺杆领域，该螺杆特别地用于挤压机和注射机且通常安装在筒体中。
背景技术
特别当待输送的材料为基于弹性体的硫化配混物的时候，存在需要调节螺杆的温度，从而避免特别是由于随着螺杆旋转时配混物的剪切的效果而导致配混物的温度升高以及配混物的过早硫化。
欧洲专利EP2688725描述一种螺杆，其螺旋螺纹展示出沿行其轮廓以及朝向外侧开放的螺栓凹槽。缠绕成螺旋形的细长的覆盖条带焊接至该凹槽的边缘以形成内部通道。该内部通道的端部连接至螺杆轴的纵向通道，从而使得液体冷却剂能够在该内部通道中流通。
这样的螺杆事实上不适合包含在挤压或注射基于弹性体的硫化配混物的机器中，基于弹性体的硫化配混物在被运输的时候(例如在轮胎的制造中)必须不被硫化。另外，存在这样的风险：如果覆盖条带的焊接失效，则温度调节或者冷却液体将变成与材料混合。此外，这样的螺杆的制造需要一些精密的操作，由此增加了成本以及失效的风险
通常，用于挤压橡胶的螺杆在螺纹的顶部被高度加载，这是由于它们被冷轧条带供给，并且这在螺杆与筒体之间产生了径向载荷。附带地，这些螺纹经常充满耐磨材料(镍或钴基体中的碳化物)。在双螺杆类型的应用中，螺杆之间的剪切力会产生分离力，该分离力将螺杆螺纹的顶部压向筒体。
发明内容
本发明的一个目的为改进螺杆(特别是用于输送材料的螺杆)的结构，以及其使用和制造方法。
根据一个实施方案，提出一种单件式螺杆，其包括纵向本体以及围绕该纵向本体的以螺旋形式延伸的至少一个螺纹。
该螺纹在其长度的部分上包括内部分隔体，该内部分隔体限定多个内部通道，所述多个内部通道沿行螺纹的螺旋形状以螺旋形式延伸。
螺杆包括支管状腔体，内部通道的端部打开至支管状腔体。
支管状腔体沿径向延伸并在纵向间隔点处打开至本体的纵向孔腔。
螺纹可以包括限定其外部表面的外部壁，内部分隔体包括从其外部壁延伸的至少一个内部分隔件。
内部分隔体可以包括从纵向本体延伸的至少一个分隔件。
内部分隔体可以包括芯体和从该芯体辐射的多个内部分隔件，从而限定围绕该芯体的内部通道。
内部分隔体可以包括具有相等厚度的内部分隔件。
外部壁和内部分隔件可以具有相等的厚度。
本体可以设置有纵向孔腔，在该纵向孔腔中形成花键。
本体可以包括荷载传输轴。
还提出一种制造螺杆的方法，在该方法中，该螺杆通过粉末的连续层的沉积和附聚的增材制造而形成，粉末的连续层垂直于待制造的这样的螺杆的轴线。
还提出一种制造螺杆的方法，在该方法中，该螺杆通过粉末的连续层的沉积和附聚的增材制造而形成，粉末的连续层平行于待制造的这样的螺杆的轴线。
还提出一种包括前述限定的单件式螺杆的组件，该组件进一步包括安装和传递轴，所述安装和传递轴接合至所述螺杆的孔腔并固定至螺杆，所述安装和传递轴设置有纵向孔腔。
所述安装和传递轴的壁可以具有与所述螺杆的腔体连通的径向孔口。
附图说明
现在将通过非限制性示例来描述螺杆和包括螺杆的组件，如附图所示，其中：
-图1描绘穿过螺杆的纵向截面；
-图2描绘包括图1中的螺杆的组件；
-图3描绘穿过另一个螺杆的纵向截面；
-图4描绘包括图3中的螺杆的组件；
-图5描绘包括图1中的螺杆的另一个组件。
具体实施方式
如图1中所示，单件式螺杆1包括纵向圆柱形本体2和外螺纹3，该外螺纹3围绕圆柱形本体2螺旋形成。
根据描绘的示例，该外螺纹3具有基本上梯形、矩形、梯形的横向轮廓，或具有更复杂的形状，例如齿轮形式的圆的渐开线。
外螺纹3包括内部分隔体4，该内部分隔体4限定多个内部通道5，多个内部通道5在螺纹3的长度的一部分上以螺旋线的形式延伸，螺旋线沿行螺纹3的螺旋形轮廓。
螺纹3在其端部的短距离处设置有径向内部支管状腔体6和7，内部通道5的相应端部打开至支管状腔体6和7，支管状腔体6和7纵向对齐。在纵向间隔点处，这些支管状腔体6和7穿过圆柱形本体2的壁向内延伸，并打开至该本体2的纵向孔腔8。
螺纹3包括限定其外部表面10的外部壁9。
内部分隔体4包括内部芯体11和内部分隔件12，内部分隔件12以辐条的方式从该芯体11延伸，内部分隔件12中的一些与外部壁9会合，同时其它的内部分隔件12与圆柱形本体2会合。因此，内部通道5基本上围绕芯体11分布。
内部分隔件12与外部壁9以及圆柱形本体2会合处的接合部是圆角辐射式，并且当从通道5的内侧观察时，这些圆角的圆度是凹入的。
有利地，外部壁9和分隔件12在它们的上述接合部之间可以具有基本上相等的厚度。此外，内部通道5的总计的横截面至少等于螺纹3的总横截面的百分之五十(50％)。
圆柱形本体2的纵向孔腔8设置有允许周向输送的装置，例如在支管状腔体6与7之间延伸且距离支管状腔体6和7一定距离的花键13。
图2示出包括螺杆1的组件14。
组件14包括圆柱形纵向轴15以用于安装并用于荷载的传输，该圆柱形纵向轴15接合在螺杆1的纵向孔腔8中并具有与螺杆1的内部花键13接合的外部花键16。螺杆1的圆柱形本体2纵向地保持在轴15的肩部17与安装螺杆19的头部18之间，该安装螺杆19的头部18纵向地旋拧至轴15的端部。
纵向安装轴15具有圆柱形纵向孔腔20，在该圆柱形纵向孔腔20中以密封的形式牢固地安装有纵向分布轴21。
分布轴21具有放置在螺杆1的支管状腔体6与7之间的端部22，从而在安装轴15的纵向孔腔20中产生超过该端部22的内部空间23。该空间23经由穿过安装轴15的壁产生的径向孔口24而与螺杆1的支管状腔体7连通。
分布轴21设置有局部纵向通道25并设置有外周凹槽26，该局部纵向通道25经由其径向端面22而打开至内部空间23，该外周凹槽26经由径向孔口27而与纵向通道25连通。安装轴15的壁设置有外部连通径向贯通孔口28，该外部连通径向贯通孔口28打开至凹槽26并位于远离螺杆1的一点处。
分布轴21设置有外周凹槽29，该外周凹槽29经由穿过安装轴15的壁产生的径向孔口30而与螺杆1的支管状腔体6连通。安装轴15的壁设置有外部连通径向贯通孔口31，该外部连通径向贯通孔口31打开至凹槽28并位于远离螺杆1的一点处。
上述组件意味着通过将外部连通径向孔口28连接到流体(例如液体)源并且通过将外部连通径向孔口31连接到排出口(或相反)，可以使得该流体在支管状腔体6与7之间流通经过螺杆1的螺纹3的内部通道5。因此，沿着内部通道5并行流通的流体可以构成这样的装置，其调节螺杆1的温度，并且更具体地说是调节螺纹3的温度。
组件15可以形成将例如液体或者粉末或颗粒形式的材料输送或移动经过未示出的机器(例如挤压机或注射机)的筒体的装置，安装轴15连接到旋转驱动马达，并且螺杆1构成用于沿着筒体的腔室移动材料的装置，该筒体设置有用于连接外部连通径向孔口28和31的装置。例如，该材料可以为用于制造轮胎的基于弹性体的硫化配混物。
前述的结果是，分隔体4不仅限定并行的内部通道5(其可以分布在螺纹3的整个横截面上)，而且还构成用于支撑和加强螺纹3的外部壁9的结构，使得螺纹3，更具体地其外部壁9能够承受高负荷，同时关于被移动的材料的温度，在沿着内部通道5流通的流体的作用下提供对螺杆温度的调节。
图3示出单件式螺杆32，该单件式螺杆32包括纵向圆柱形本体33和两个并行的外螺杆螺纹34和35，外螺杆螺纹34和35围绕圆柱形本体33螺旋形成。
这些并行的外螺杆螺纹34和35各自以与参考图1描述的螺杆1的螺纹3等同的方式构造。
这些螺杆螺纹34和35分别包括外部壁36和37、内部分隔体38和39、支管状径向腔体42和43以及支管状径向腔体44和45；内部分隔体38和39限定多个螺旋内部通道40和41；螺纹34的内部通道40的端部打开至支管状径向腔体42和43；螺纹35的内部通道41的端部打开至支管状径向腔体44和45。支管状腔体42和43分别与支管状腔体44和45在直径上相对。支管状腔体42和44分别与支管状腔体43和45在纵向上对齐。
圆柱体本体33的纵向孔腔46设置有内部花键47。
图4示出包括螺杆32的组件48，其等同于参照图2描述的组件14，该组件48允许温度调节流体沿着螺杆螺纹34和35的内部通道40和41并行地流通。
该组件48包括纵向安装轴49和纵向分布轴50，螺杆32安装在该安装轴49上，该纵向分布轴50安装在安装轴49的纵向孔腔51中，这些轴布置成与用于这样的并行流通的轴15和21类似。
螺杆螺纹34和35的支管状腔体43和45经由安装轴49的贯通孔口53和54而与安装轴49的内部空间52连通。内部空间52通过分布轴51的纵向局部通道56而与安装轴49的外部流通径向孔口55流通。
螺杆螺纹34和35的支管状腔体42和44通过安装轴49的贯通孔口58和59而与分布轴的外周凹槽57连通。安装轴49设置有外部流通贯穿孔口60，该外部流通贯穿孔口60打开至外周凹槽57。
如前所述，通过将外部连通孔口55和60分别连接到流体源和排出口，可以使得该流体分别沿着螺杆32的并行的螺杆螺纹34和35的内部通道40和41并行地流通。
图5示出组件61，该组件61允许螺纹34的多个通道40和螺杆32的螺纹35的多个通道41以螺旋方式往返串联安装。
组件61包括支承螺杆32的纵向安装轴62。
安装轴62设置有中间径向孔口63，该中间径向孔口63布置成使螺纹34的支管状腔体43与螺纹35的支管状腔体45在直径上相对的点处连通。
安装轴62设置有两个局部纵向通道64和65，两个局部纵向通道64和65在直径上相对的点处经由该轴62的径向孔口66和67分别与螺纹34的支管状腔体42以及螺纹35的支管状腔体44连通。
安装轴62设置有打开至纵向通道64和65的两个外部连通径向孔口68和69。
通过将外部连通孔口68和69分别连接至流体源和排出口，可以使该流体经由中间孔口63在螺杆32的螺纹34和35的多个内部通道40和41中从它们相应的支管状腔体直到它们相应的支管状腔体串联流通。
图1和图3所示出的单件式螺杆1和32可以根据基于粉末的增材制造方法生产，所述方法包括使用涉及电磁辐射的能量束(例如激光束)和/或粒子束(例如电子束)沉积粉末层并将这些粉末层附聚成预定图案的多个连续的步骤。
所期望的是单件式螺杆1和32的螺杆螺纹内部的上述通道的形状适合于制造，以避免在连续层的制造过程中材料塌陷的风险。
根据实施方案的替代形式，制造方法可包括以与将要获得的螺杆的轴线垂直的连续横截面对应的图案形成连续层。
根据实施方案的另一替代形式，制造方法可包括以与将要获得的螺杆的轴线平行的连续横截面相对应的图案形成连续层，这些层例如垂直于如图1和3所示的径向方向F，这些径向方向F例如平行于螺杆的上述内部支管状腔体的轴线。
因为单件式螺杆1和32的轴向长度通常大于其外径，所以在平行于其轴线的连续层中的这种制造是有利的，因为与在与他们的轴线垂直的连续层中制造相比，待生产的层的数量更低。这会导致制造的持续时间和成本降低。
为此，该方法开始于在制造支撑板的工作表面上沉积第一层粉末的步骤。接下来，例如激光类型的能量源发射能量束，以便根据图案加热粉末层，所述图案包括沿轴向对齐的螺杆的一个螺纹或多个螺纹的径向端部的初始局部区域，由此在这些区域中选择性地熔化和附聚粉末。
接下来，创建对应于与将要获得的螺杆的轴线平行的连续横截面的连续层，直到已经创建与初始局部区域直径上相对的螺杆的一个螺纹或多个螺纹的最终局部区域。此外，一方面，参照图2描述的螺杆1和安装轴15，另一方面参照图4描述的螺杆32和安装轴49可以制成单一件，以消除其例如花键的连接并增加整体承受传动力的能力。因此，螺杆1的本体2结合轴15，而螺杆32的本体33结合轴49。在那种情况下，平行于将要获得的螺杆的轴线的连续层的制造方法变得更加有利。
举例来说，螺杆1和32可以由钢构成，由镍铬合金或铝合金制成。

Claims (13)

1.一种单件式的螺杆，包括纵向本体(2，33)以及围绕该纵向本体的以螺旋形式延伸的至少一个螺纹(3，34，35)，在该螺杆中，该螺纹在其长度的部分上包括内部分隔体(4，38，39)，该内部分隔体限定多个内部通道(5，40，41)，所述多个内部通道沿行螺纹的螺旋形状以螺旋形式延伸；所述螺杆包括支管状腔体(6，7，42，43，44，45)，内部通道的端部打开至支管状腔体；支管状腔体沿径向延伸并在纵向间隔点处打开至本体的纵向孔腔(8，46)。
2.根据权利要求1所述的螺杆，其中，螺纹包括限定其外部表面的外部壁(9，36，37)，内部分隔体(4，38，39)包括从其外部壁延伸的至少一个内部分隔件。
3.根据前述权利要求的任一项所述的螺杆，其中，内部分隔体包括从纵向本体延伸的至少一个分隔件。
4.根据前述权利要求的任一项所述的螺杆，其中，内部分隔体包括芯体(11)和从该芯体辐射的多个内部分隔件(12)，从而限定围绕该芯体的内部通道。
5.根据前述权利要求的任一项所述的螺杆，其中，内部分隔体包括具有相等厚度的内部分隔件。
6.根据权利要求4所述的螺杆，其中，外部壁和内部分隔件具有相等的厚度。
7.根据前述权利要求的任一项所述的螺杆，其中，本体设置有纵向孔腔(8)，在该纵向孔腔中形成花键(13)。
8.根据权利要求1至6的任一项所述的螺杆，其中，本体包括设置有纵向孔腔(20，50)的传输轴。
9.根据前述权利要求的任一项所述的螺杆，其中，内部通道(5)的总计的横截面至少等于螺纹(3)的总横截面的百分之五十(50％)。
10.制造根据权利要求1至9的任一项所述的螺杆的方法，在该方法中，螺杆通过粉末的连续层的沉积和附聚的增材制造而形成，粉末的连续层垂直于待制造的这种螺杆的轴线。
11.制造根据权利要求1至9的任一项所述的螺杆的方法，在该方法中，该螺杆通过粉末的连续层的沉积和附聚的增材制造而形成，粉末的连续层平行于待制造的这种螺杆的轴线。
12.一种包括根据前述权利要求1至9的任一项所述的单件式的螺杆的组件，所述组件进一步包括安装和传递轴(15)，所述安装和传递轴(15)接合至所述螺杆的孔腔并固定至螺杆，所述安装和传递轴(15)设置有纵向孔腔(20，50)。
13.根据权利要求12所述的组件，其中，所述安装和传递轴(15)的壁具有与所述螺杆的腔体连通的径向孔口(24，30)。
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