Быстросъемная мешалка механическая лабораторная с коническим адаптером

Область техники
Полезная модель относится к лабораторному химическому оборудованию и представляет собой улучшенную для некоторых приложений версию верхнеприводной (механической) мешалки. Используется для массопереноса (перемешивания) жидкостей, суспензий, паст, гетерогенных сред, реакционных смесей.
Уровень техники
Известно устройство для перемешивания твердых и жидких компонентов (SU 389832 A1), состоящее из сосуда с заглушкой, снабженной эластичной диафрагмой с рычагом, один конец которого имеет рабочий орган, а другой через кривошип в виде диска соединен с электродвигателем. Недостатки данной конструкции связаны с износом подвижной части диафрагмы и сложностью обслуживания кривошипа, а также с высокими требованиями к допускам частей миниатюрного механизма.
Известен лабораторный смеситель, который используют в качестве привода электромотор-редуктор, смонтированный сверху несущей вертикальной стойки (RU 137229 U1). Трансмиссия выполнена в виде ременной передачи, состоящей из шкива, закрепленного со шпоночным соединением на оси редуктора, соединенного через клиновой ремень со шкивом, закрепленном шпоночным соединением на цилиндрическом роторе, который через два подшипника вставлен в вертикальный цилиндрический корпус, соединенный через пластину-кронштейн со стойкой; причем рабочий вал с лопастью вставлен внутрь ротора и соединен с ним с помощью болтового фиксатора в двух положениях: в рабочем, когда лопасть опущена на дно емкости, и в верхнем положении, когда производится выгрузка смеси из емкости. Лабораторный смеситель может включать съемную емкость для перемешивания и очистки смеси, установленную в сосуд нагревательной печи. Недостатками конструкции являются габариты системы в сборе, сложность регулировки перемешивающего элемента по высоте.
Известна магнитная мешалка, которая использует электромагниты, позволяющие совершать колебания перемешивающих элементов, выполненных в виде различных форм (SU 117608 А1). Однако данный тип устройства не может обеспечить достаточного крутящего момента для перемешивания вязких жидкостей, некоторых суспензий или больших объемов.
Электромагнитная осевая мешалка содержит линейный двигатель или линейный серводвигатель, выполненный с возможностью выбора амплитуды, частоты, ускорения, длительности перемешивающего перемещения и выбора циклов перемешивания и паузы. Двигатель расположен между платформами и крепится к ним с помощью стоек с резьбой на концах. На верхней платформе расположено основание для резервуаров с образцами, закрытых крышками. Через линейный двигатель проходит магнитный стержень, осуществляющий осевое перемешивающее движение основания с резервуарами для образцов. Технический результат состоит в возможности широкого выбора параметров вертикального перемешивания. Основным недостатком является габарит конструкции и большое количество поддерживающих элементов.
В мешалке (SU 151866 A1) рабочая емкость выполнена в виде шара, опирающегося на три ролика, расположенные под углом к его вертикальной оси. Благодаря этому упрощается конструкция мешалки и повышается качество перемешивания. Однако при перемешивании нет доступа к среде рабочей емкости, что ограничивает синтетическую применимость такого подхода к перемешиванию.
Современная механическая верхнеприводная мешалка (US 2010039883 A1) является проверенным временем надежным лабораторным инструментом с разными дополнениями, вариациями конструкции и мощной электронной начинкой. Тем не менее, даже современная верхнеприводная мешалка используется только в тех случаях, когда магнитной мешалке не хватает крутящего момента, и это связано в меньшей степени с выбором герметичного адаптера к стеклу, а в большей степени с трудоемкостью сборки лабораторной установки. Именно временной фактор и относительная трудность подключения механической мешалки являются ее основным недостатком на данный момент. Существуют, тем не менее, модели (https://www.syrris.com/modules/atlas-scorpion-overhead-stirrer/), включающиеся (аналогично предлагаемой формуле) непосредственно в реакционный сосуд, но стоит отметить, что в отличие от предлагаемой модели все такие модели создаются под конкретное лабораторное оборудование и абсолютно не универсальны.
Аналогичная трудоемкость подключения механической мешалки к лабораторному оборудованию характерна для всех современных моделей, например, KR 101773797 В1 или US 2016136594 A1. Поэтому техническая проблема экспресс-подключения устройства остается актуальной и своевременной.
Раскрытие сущности
Техническая проблема настоящей полезной модели, которая не была решена ближайшими аналогами, заключается в отсутствии возможности использования в различных сосудах с использованием различных вставных осей-пазов для перемешивания без штатива или любого другого устройства для крепления, что позволило бы значительно снизить трудоемкость процесса сборки лабораторного прибора для проведения реакции.
Технический результат, который достигается в процессе решения указанной технической проблемы, заключается в возможности упрощенного монтажа/демонтажа мешалки, установленной на коническим держателе непосредственно в химический прибор, достигается уменьшение вибраций благодаря соосности оси мешалки и горлыщка колбы. Это приводит к увеличению износостойкости стеклянной химической посуды и увеличению срока работы частей прибора.
Техническая проблема решается, а технический результат достигается благодаря наличию не описанной в научно-технической литературе технологии быстрой установки перемешивающего устройства непосредственно в реакционный сосуд с созданием плотного герметичного соединения и с одновременной автоматической настройкой перемешивающего элемента под глубину этого сосуда благодаря возможности двигать этот элемент (и закреплять его впоследствии) внутри полой вращающейся сквозной оси прибора.
Настоящая полезная модель представляет собой устройство для перемешивания жидкостей и сыпучих веществ в сосудах, оснащенных коническим шлифом, включающее корпус устройства, содержащее электромотор и шестеренчатый механизм привода оси с зажимом и отдельным блоком включения и управления вращением электромотора, отличающееся тем, что корпус устройства содержит дополнительный адаптер, предназначенный для помещения в конический шлиф, при этом указанный адаптер снабжен отверстием, через которое проходит ось, снабженная лопастями для перемешивания содержимого сосуда.
В предпочтительном варианте зажим относится к цанговому зажиму.
Настоящая полезная модель представляет собой улучшенное устройство для перемешивания жидкостей в химических сосудах, оснащенных коническим шлифом. Существенным новшеством конструкции, облегчающим пользовательскую эксплуатацию, является возможность быстрого монтажа перемешивающего устройства в химическую стеклянную посуду со стандартным коническим шлифом. При этом удается миновать типичные для устройства верхнеприводных мешалок операции: отдельный монтаж устройства массопереноса на штатив, настройку соосности его оси с адаптером шлифа химического реактора, подбор такого адаптера. Суть предлагаемого устройства заключается в том, что корпус устройства мешалки устанавливается непосредственно в реактор посредством закрепления на шлифовом соединении. При этом в конструкцию мешалки интегрирована инертная направляющая ось-адаптер в шлиф реактора, аналогичная по функционалу существующим фиксирующим и запорным механизмам для механического перемешивания реакционных смесей. Существенной деталью предлагаемой конструкции также является быстроразъемное соединение вращающейся оси-крепления с перемешивающим элементом, позволяющее быстро подстраивать рабочее устройство под конкретный химический сосуд. Также легкую настройку под конкретный лабораторный сосуд обеспечивает сменный конический адаптер мешалки в шлиф, позволяющий устанавливать предлагаемую конструкцию в посуду с любым стандартным коническим шлифом. Возможно изготовление адаптера любой, в том числе, нестандартной формы для использования в специфических задачах. Корпус устройства, в который помещен электромотор и шестеренчатый механизм привода оси с зажимом (предпочтительно цанговым, но не ограничиваясь им), снабжен интегрированным или отдельно стоящим блоком включения и управления вращением электромотора. Конструкция позволяет дополнить мешалку: быстрой заменой адаптеров в шлифы, регулируемым уплотнительным кольцом под ось перемешивающего элемента, дополнительными элементами крепления на стекле или штативе, датчиком числа оборотов и избыточного сопротивления перемешиванию и т.д. Прибор оптимален для использования с посудой, оснащенной стандартным коническим шлифом, но не ограничен таковой в применении. Так, прибор снабжен специальным пазом для установки в муфту штатива, что делает его универсальным, пригодным для перемешивания в стаканах и других приборах без стандартных соединений.
Упрощаются и становятся безопасными во время проведения реакции операции, связанные с изменением положения колбы: наклоны, подъем и опускание прибора. Использование классических вариантов верхнеприводных мешалок, напротив, не подразумевает перемещения реакционного сосуда без хотя бы частичного демонтажа системы. Использование настоящей модели, таким образом, облегчает и ускоряет операции по внесению реакционного сосуда в охлаждающие смеси, на нагревательные приборы, позволяет переносить сосуд с подключенной мешалкой и так далее, понижается риск лома лабораторной посуды и аварии при совершении этих операций.
Данный подход позволяет отказаться от гибкого крепления (гибкой муфты) вала мешалки и снизить вибрации, которые возникают в случае использования верхнеприводной мешалки, при использовании которой необходимо добиваться соосности привода мешалки и горлышка колбы. Соответственно снижается нагрузка на химический сосуд и всю конструкцию целиком. Привод перемешивающего элемента происходит через передачу движения от встроенного электромотора на дополнительную полую ось, в которую этот элемент зажимается. Полая ось, перемешивающий элемент выстраиваются соосно с встроенным инертным адаптером в конический шлиф, который закрепляется непосредственно в химический реакционный сосуд. Таким образом, достигается быстрый монтаж верхнеприводной мешалки, не уступающий по легкости магнитному варианту, при всех преимуществах механического перемешивания в моменте вращения. Предлагается преимущественное использование шестеренчатой передачи движения от электромотора на подвижную ось, цанговый зажим перемешивающего элемента в полой оси, тефлоновый адаптер в сосуд и внешний блок управления одной или несколькими мешалками, однако, формула предполагает и другие варианты реализации основной конструкции как по типу передачи движения, так и по типам монтажа электрооборудования и видам зажимов. В описании и формуле полезной модели использованы следующие термины:
Цанговый зажим - приспособление для фиксации деталей цилиндрической или призматической формы. Цанги представляют собой пружинящие разрезные втулки с тремя-шестью лепестками, устанавливаемые в специальный патрон.
Конический держатель (адаптер) - керн усеченной конической формы с центральным отверстием для установки в стандартные горла реакционных сосудов оси перемешивающего элемента и верхним резьбовым соединением для быстрой установки (закручивания) в корпус мешалки и смены под конкретный химический сосуд. Также служит для затягивания уплотнительного кольца и герметизации соединения.
Полая ось - внутренний элемент конструкции мешалки, служащий для передачи вращения на перемешивающий элемент от мотора посредством механической передачи, при этом перемешивающий элемент соединяется с полой осью быстросъемным соединением и может быть как легко смонтирован, так и удален. Полая ось представляет собой полый цилиндр, на котором закреплен зажим для перемешивающего элемента так, чтобы этот зажим был доступен для оператора мешалки. Также на этом полом цилиндре закреплен элемент механической передачи (или он приводится в движение взаимодействием с таковым, или встроен в полую ось электромотора) для передачи вращения на перемешивающий элемент.
Перемешивающий элемент - осевой динамический лопастной насос, перемещение рабочего тела в котором происходит непрерывным потоком за счет взаимодействия этого потока с подвижными вращающимися лопастями ротора и неподвижными лопастями корпуса. При этом переносное движение рабочего тела протекает в осевом направлении, то есть параллельно оси вращения ротора.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - Схема мешалки согласно настоящей полезной модели. На чертеже отмечены следующие составляющие 1 - Корпус мешалки; 2 - Корпус редукционного механизма, 3 - Защитный корпус электромотора, 4 - Шуруп, 5 - Цанговый зажим, 6 - Гайка цангового зажима, 7 - Сменный конический адаптер.
Фиг. 2 - Фотография полезной модели.
Осуществление полезной модели
Устройство для перемешивания жидкостей, лабораторная верхнеприводная мешалка, отличительной особенностью которой является возможность быстрой установки устройства непосредственно в шлиф колбы, что выгодно отличает данное устройство от аналогов, требующих отдельного монтажа на штативе с последующей настройкой соосности шлифа колбы и оси мешалки. Мешалка состоит из следующих блоков: а) непосредственно мешалки (стандартного образца); б) подвижной оси с зажимом (например, цанговым), в которую вставляется и в которой фиксируется на нужной высоте относительно лабораторного прибора мешалка а; в) химически инертного адаптера, который вставляется в шлиф колбы (например, керна из PTFE), обеспечивающего герметичность соединения и при этом непосредственно связанного с корпусом мешалки; г) корпуса мешалки, на котором смонтирован электромотор (либо мотор вынесен в блок управления и соединен с корпусом гибкой передачей) и передаточный механизм, приводящий в движение ось 6 и мешалку а; д) электронного блока управления мотором. При этом устройство позволяет фиксировать мешалку а в оси 6 на произвольной высоте, что делает его универсальным для разных лабораторных приборов, а также предусмотрена смена адаптера в под типовые химические приборы.
Для технической реализации особенностей предлагаемой модели решены задачи соосного размещения подвижных и неподвижных частей конструкции. Неподвижные части - инертный адаптер с герметичным затвором, корпус мешалки - размещены на оси с приводимой электромотором через передачу полой оси с зажимом, в который, в свою очередь, вставляется непосредственно перемешивающий элемент.
Пример.
Масса:
- предлагаемой модели. Мешалка с адаптером - 590 г, приемлемо с запасом для установки в шлиф колбы. Отдельный блок управления - 175 г.
- коммерческий ближайший аналог, лабораторная верхнеприводная механическая мешалка базовой комплектации - от 1500 г (существуют аналоги меньшей массы,
от 800 г, но они не соответствуют предлагаемой модели по параметрам вращательного момента).
Вращательный момент:
- предлагаемой модели - максимальный вращающий момент - 12,7 Н⋅см момент при заторможенном роторе - 30 Н⋅см;
- коммерческий ближайший аналог: при заторможенном роторе - 30 Н⋅см
Диапазон числа оборотов:
- предлагаемой модели - 0-1270 об/мин;
- коммерческий ближайший аналог: 0-2000 об/мин.
Измерения:
-предлагаемая модель, мешалка в сборе: 70×110×50, мешалка без адаптера и мотора: 50×60×50 (основная механическая часть устройства крайне эргономична);
-коммерческий ближайший аналог: корпус мешалки 193×70×154, однако прибор требует сборки в составе куда более объемной системы с мощным штативом и отдельным закреплением этой мешалки от лабораторной установки.
Для сравнения взят современный аналог - IKA Ministar 20 control. Старые IKA имеют массу 2800 г+ при больших габаритах. Продукция Heidolph и других основных производителей имеет схожие параметры.