ДИСПЕРГИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
DISPERSING DEVICE

Изобретение относится к перемешивающему или диспергирующему устройству, имеющему герметично закрытую смесительную камеру, перемешивающий или диспергирующий рабочий орган, установленный в этой смесительной камере с возможностью вращения вокруг центральной оси и имеющий стержневидный элемент для передачи силы привода на этот рабочий орган, и сам такой привод, находящийся вне этой смесительной камеры.
Уже известны различные виды таких диспергирующих устройств, которые служат для растворения веществ, их измельчения или как раз для диспергирования и у которых в качестве стержневидного передающего элемента для передачи мощности приводного мотора на рабочий орган предусмотрен, как правило, вал, который проходит сквозь стенки, например, днище или также крышку смесительной камеры и с которым соединен рабочий орган, находящийся внутри смесительной камеры.
Означенный диспергирующий рабочий орган приводится в действие таким образом, что движение вращения упомянутого вала передается на рабочий орган. При этом, однако, эта приводная ось или приводной вал должен проходить сквозь стенки смесительной камеры и должен быть там уплотнен тем лучше, чем меньше он должен или может выступать наружу от содержимого смесительной камеры. При этом особенно опасно перерабатывать ядовитые или зараженные смешиваемые материалы, которые могут попадаться, например, в медицине в виде тканей или т.п.
В обычных герметичных устройствах, однако, не исключено, что, по меньшей мере, через какой-то промежуток времени соответствующие прокладочные кольца или другие уплотнительные средства не будут настолько хорошо запирать, что через них не сможет просочиться возможно незначительное и едва ощутимое количество смеси, которое при высокой токсичности вредно непосредственно либо для пользователя, либо в результате заражения окружающей среды требуются соответственно большие затраты на собственно процесс смешивания, перемешивания или диспергирования.
Поэтому задачей изобретения является создание диспергирующего устройства названного типа, у которого при хорошей производительности диспергирования исключен выход смеси в области привода.
Эта задача решается с помощью диспергирующего устройства, у которого стержневидный элемент соединен на входе в смесительную камеру с мембраной, являющейся частью стенки смесительной камеры, а стержневидный элемент выполнен с возможностью приведения его в качательное движение при помощи привода, так что его конец, находящийся внутри смесительной камеры, выполняет круговое движение, а рабочий орган имеет наружный неподвижный венец с зубьями, и/или резцами, или т.п. и соосно расположенный напротив него вращающийся элемент - также с зубьями, и/или резцами, или т.п., причем конец стержневидного элемента, находящийся в смесительной камере, воздействует на диспергирующий рабочий орган эксцентрически относительно оси его вращения, и в рабочем положении стержневидный элемент входит в паз вращающегося элемента.
Таким образом, вращательное движение привода может передаваться при помощи качающегося стержневидного элемента благодаря мембране без уплотнительного ввода, находящегося на смесительной камере, и несмотря на это диспергирующий рабочий орган может располагаться с осью вращения, проходящей концентрично к центральной средней оси смесительной камеры, благодаря чему для такого диспергирующего устройства подходит высокая скорость вращения, а потому можно добиться очень хороших результатов диспергирования. Устройство диспергирующего рабочего органа с осью вращения, проходящей концентрично к центральной средней оси, при известных условиях позволяет, чтобы стержневидный элемент воздействовал эксцентрически на диспергирующий рабочий орган и при этом в рабочем положении входил в паз вращаемого элемента. При этом мембрана, отклоняясь, позволяет стержневидному элементу или его концам, находящимся по обе стороны мембраны, двигаться, благодаря чему в области входа этого стержневидного элемента в смесительную камеру прокладочные кольца или подобные им уплотнительные элементы, которые затем потеряли бы свои уплотнительные свойства, не нужны. Более того, несмотря на вход приводного элемента получается герметично уплотненная смесительная камера, в которой, тем не менее, рабочий орган можно механически приводить во вращение при помощи этого приводного элемента, а вхождение в контакт стержневидного элемента с рабочим органом способствует беспрепятственному вращению его вращаемой части, т.е. ротора, так что смесь можно готовить оптимальным образом.
Кроме того, на заявленном диспергирующем устройстве центральная средняя ось рабочего органа и центральная средняя ось привода также расположены концентрично и по прямой линии, тогда как стержневидный элемент установлен в рабочем положении наклонно к ним. Противоположные концы стержневидного элемента воздействуют на противоположные эксцентрические пункты, с одной стороны, привода, а с другой стороны, вращаемой части рабочего органа, благодаря чему вращательное движение привода преобразуется сначала благодаря гибкости мембраны в качательное движение стержневидного элемента, а затем - снова во вращательное движение вращаемой части рабочего органа и тем самым передается при одновременном герметичном уплотнении смесительной камеры.
Из уровня техники уже известны смесительные или перемешивающие устройства, например из DE-A-1557186 или DE-А-2440079, в которых стержневидные элементы при входе в смесительную камеру соединены с мембраной, и каждый стержневидный элемент при передаче усилия соединенного с ним привода совершает качательное движение. В таких устройствах, однако, перемешивающий рабочий орган или мешалка соединены со стержневидным элементом, так что они должны вместе с ним выполнять качательное движение. В результате такие устройства не подходят для диспергирования, так как качательное движение рабочего органа ведет к тому, что эти устройства могут работать только с небольшой скоростью вращения, т.е. могут мешать или смешивать при необходимости относительное количество материала. Кроме того, при передаче усилия в таких устройствах может возникнуть дисбаланс, а также вследствие того, что рабочий орган совершает круговое качательное движение, для таких устройств требуются большие площади. Изобретение же, напротив, предлагает обтекаемую форму смесительной камеры и емкости, в которой находится эта камера, благодаря размещению рабочего органа в центре.
В дальнейшем развитии заявленного диспергирующего устройства можно добиться хорошей передачи вращательного движения привода благодаря тому, что стержневидный элемент свободно входит в паз вращаемого элемента, захватывает элемент стенки, лопасть или крыло или подобную им область ротора, и эта область приводится во вращение относительно статора рабочего органа, выполненного в виде венца. Вращательное движение со стороны привода получается, таким образом, при помощи качательного движения стержневидного элемента, конец которого, находящийся на стороне рабочего органа, свободно, незакрепленно эксцентрически контактирует с рабочим органом.
Целесообразно стержневидный элемент, который расположен по обе стороны мембраны, при другой форме выполнения диспергирующего устройства опирается на мембрану. В соответствии с этим не требуется дорогое соединение, так как стержень удерживается мембраной и установлен по месту в результате контакта.
Преследуемую передачу вращательного движения можно очень просто реализовать в следующем варианте выполнения диспергирующего устройства, в котором стержневидный элемент свободно входит своим концом, обращенным к приводу, в эксцентрическую область вращающейся части привода, так как в этом случае качательное движение стержневидного элемента происходит путем захвата его средством, предусмотренным для этого на приводе. Благодаря тому что стержневидный элемент удерживается мембраной, его оба конца могут находиться в незакрепленном, свободном контакте с соответствующими вращающимися частями привода, с одной стороны, и диспергирующего рабочего органа, с другой стороны.
Следующая предпочтительная форма выполнения диспергирующего устройства может заключаться в том, что привод имеет поперечный штифт, который вращается вокруг своей поперечной оси, соосной с приводной осью. Поперечный штифт находится при этом на конце стержневидного элемента на стороне привода и заставляет, таким образом, стержневидный элемент качаться. При вращательном движении привода поперечный штифт удерживает конец стержневидного элемента в его эксцентрическом положении и заставляет стержневидный элемент совершать качательное движение.
В одной из форм выполнения диспергирующего устройства особенно целесообразно, если стержневидный элемент и мембрана выполнены как одно целое. Однако возможны и другие целесообразные варианты соединения стержневидного элемента с мембраной в виде части стенки смесительной камеры. Такое соединение стержня с мембраной - герметически непроницаемое и, с возможностью передачи усилия, можно, например, выполнить путем химической реакции между материалами, из которых изготовлены оба элемента.
Можно говорить и о другой форме выполнения, при которой оба элемента представляют собой цельное соединение, полученное способом двухкомпонентного напыления. Кроме того, можно также приклеить мембрану к стержню или выполнить стержень из двух частей с фланцами и приклеить их к мембране, приварить или соединить при помощи химической реакции. Подходят все перечисленные меры, которые обеспечивают герметичную непроницаемость. Наряду с этим, в общем, возможно также плотное соединение стержневидного элемента с мембраной путем зажима с соответствующей большой силой зажима.
Другая выгодная форма выполнения представляет диспергирующее устройство, в котором стержневидный элемент выполнен из нескольких частей, предпочтительно по обе стороны мембраны находится по одной его части. Для такой формы выполнения можно предусмотреть стержневидные элементы разных линейных размеров, которые можно дополнительно разместить на мембране, так что смесительные камеры можно выполнить с разной протяженностью, а потому и с разными объемами и, при необходимости, с неизменным поперечным сечением.
Наиболее выгодные по стоимости решения заявленного диспергирующего устройства получаются тогда, когда стержневидный элемент выполнен прямолинейным или проходит прямолинейно, а в следующем варианте конец стержневидного элемента, обращенный к рабочему органу и прямолинейный, в отличие от диаметральной плоскости диспергирующего рабочего органа, входит с зазором в предусмотренное для этого достаточно большое отверстие рабочего органа. В частности, в таких устройствах, используемых только в течение короткого времени, а в экстремальных случаях даже однократно в качестве устройства одноразового употребления, такой передачи усилия абсолютно достаточно, так как время использования слишком коротко, чтобы говорить о существенном износе.
Следующая целесообразная форма выполнения представляет диспергирующее устройство, в котором ось вращения рабочего органа проходит вертикально, а стержневидный элемент входит в рабочий орган наклонно снизу вверх или сверху вниз, так как благодаря этому облегчается простая загрузка устройства, можно использовать силу тяжести и возможна быстрая, надежная и вертикальная установка на приводе.
В другом примере выполнения диспергирующего устройства особенно выгодным образом можно установить рабочий орган с возможностью разъединения, по меньшей мере, на одном краевом выступе внутри смесительной камеры, причем размещение с возможностью разъединения дает то, что рабочий орган можно снять с выступа и заменить. Благодаря этому в отдельных случаях рабочий орган можно вообще не использовать, а вместо него в качестве мешалки или перемешивающего стержня использовать приводной стержень, представляющий собой стержневидный элемент.
Чтобы несмотря ни на что надежно удерживать во всех возможных формах выполнения диспергирующего устройства на своем месте рабочий инструмент, сформированный из статора и ротора, т.е. из наружного венца и вращаемого элемента, и получать надежные результаты в процессе диспергирования, в другом примере выполнения можно предусмотреть, чтобы наружный неподвижный венец рабочего органа удерживался на внутренней стороне стенок смесительной камеры с прочностью на скручивание и смещение при помощи крепления, зажима, приклеивания или замыкания геометрического контура.
Выгодным образом в другой форме выполнения диспергирующего устройства на смесительной камере можно предусмотреть съемную крышку, которая снимается для наполнения емкости смешиваемым материалом, а также для замены рабочего органа. При этом нет необходимости крышку удалять полностью, а можно, чтобы ее не потерять, снабдить каким-нибудь дополнительным соединением, например, с наружной стенкой смесительной камеры или подобной ему защитой от потери.
В частности крышка, а также другая стенка смесительной камеры диспергирующего устройства может иметь прокалываемую мембрану, через которую с помощью канюли или шприца в смесительную камеру можно ввести смешиваемый материал или дополнительные или подмешиваемые компоненты или извлечь их. При этом наиболее предпочтительно - как раз в случае, когда устройство действительно применяют однократно, а затем уничтожают, и происходит, например, только извлечение при помощи канюли - можно сделать прокалываемой уже ту мембрану, на которую опирается стержневидный элемент, так что от другой мембраны можно отказаться. Однако, разумеется, можно предусмотреть одновременно несколько прокалываемых мембран.
В особенно целесообразной форме выполнения диспергирующего устройства ротор рабочего органа, т.е. вращаемый элемент рабочего органа состоит, по меньшей мере, из двух разъемных частей, которые в рабочем положении соединены между собой с прочностью на скручивание, так что стержневидный элемент, приводящий в действие вращающуюся часть, входит в контакт не с участком рабочего органа, а с отдельным участком вращающегося элемента, который обращен к приводу и может быть индивидуально сформированным и отдельно управляемым.
Прежде всего, в смесительной емкости или смесительной камере, поперечное сечение которой полностью заполнено гомогенизирующим или диспергирующим рабочим органом, по меньшей мере, в отдельных областях стенок, параллельных оси, целесообразно предусмотреть выступы, ребра или подобные им приспособления, прерывающие поток и служащие целесообразно одновременно для установки неподвижного венца рабочего органа, защищенного от вращения, и для этого контактирующие, по меньшей мере, с одной областью рабочего органа, например с предназначенными для этого канавками на венце.
С точки зрения простого и недорогого изготовления, а также во избежание расходов на чистку и обеззараживание предлагается форма выполнения заявленного диспергирующего рабочего органа, при которой его корпус (9), и/или рабочий орган (2), и/или крышка (8), и/или стержневидный элемент (3), и/или мембрана (6) выполнены как одноразовое изделие, в частности из материала пластмассы.
Далее изобретение поясняется более подробно на примерах выполнения с помощью чертежей.
Фиг.1 - первая форма выполнения диспергирующего устройства в разобранном виде;
Фиг.2 - продольное сечение вида сбоку диспергирующего устройства фиг.1 в собранном состоянии и в вертикальном положении с приводом внизу;
Фиг.3 - продольное сечение вида сбоку другой формы выполнения диспергирующего устройства с приводом вверху;
Фиг.4, 5 - поперечное сечение (два вида с торца) наконечника диспергирующего рабочего органа диспергирующего устройства.
На фиг.1 показано диспергирующее устройство, обозначенное в целом цифрой 1 и имеющее по существу цилиндрический, трубообразный корпус 9, внутри которого сформирована герметично закрытая смесительная камера 5, которая здесь не видна. В этой смесительной камере 5 находится диспергирующий рабочий орган 2, который выполнен с возможностью приведения его во вращение вокруг центральной оси и на который при помощи стержневидного элемента 3 передается сила привода 4. Привод 4 с муфтой находится вне смесительной камеры 5 на нижнем конце диспергирующего устройства 1, которое выполнено с возможностью его насаживания на привод 4 и с возможностью установки в этой области на корпусе 9 диспергирующего устройства 1 благодаря установочным средствам в виде штыкового затвора.
На фиг.1 также виден стержневидный элемент 3, который соединен с мембраной 6. Стержневидный элемент 3 установлен вместе с мембраной 6 на входе в смесительную камеру 5 при помощи трубообразного концевого замка 15, так что мембрана 6 образует часть стенки 7 смесительной камеры 5, оставшаяся часть которой образована стенками цилиндрического корпуса и крышки 8, находящейся на его конце, повернутом от привода 4. При помощи привода 4 стержневидный элемент 3 приводится в качательное движение, конец, находящийся в смесительной камере 5, совершает затем круговое движение, причем мембрана 6 преобразует это движение в известной степени в перемешивающее движение, причем этот конец стержневидного элемента 3, находящийся в смесительной камере 5, воздействует в смесительной камере 5 на диспергирующий рабочий орган 2 эксцентрически относительно оси его вращения.
В результате эксцентрического воздействия вращающийся элемент 2а диспергирующего рабочего органа 2 совершает круговое движение и находится в положении, когда может диспергировать находящийся в смесительной камере 5 материал так, что резцы или зубья вращающейся части 2а диспергирующего рабочего органа 2 проходят мимо таких же резцов или зубьев неподвижной части в виде венца 2b во время вращения. Вращающаяся часть 2а диспергирующего рабочего органа 2 состоит при этом из двух многолопастных элементов, которые в рабочем положении соединены с прочностью на скручивание. На ту часть, которая находится на стороне, обращенной к приводу 4, стержневидный элемент 3 воздействует путем вхождения в паз 16, тогда как на другой части находятся резцы.
Рабочий орган имеет, таким образом, наружный неподвижный венец 2b с зубьями, и/или резцами, или т.п., а также расположенный соосно напротив него вращаемый элемент 2а, также с зубьями, и/или резцами, или т.п., причем конец стержневидного элемента 3, находящийся в смесительной камере, воздействует в рабочем положении на диспергирующий рабочий орган 2 эксцентрически относительно оси его вращения, и стержневидный элемент 3 входит в паз 16 вращаемого элемента 2а в рабочем положении.
Вращательное движение привода 4 преобразуется затем во вращательное движение вращаемой части 2а и передается через стержневидный элемент 3 таким образом, что противоположные концы стержневидного элемента 3 воздействуют на противоположные эксцентрические пункты, с одной стороны, привода 4, а с другой стороны, вращаемой части 2а рабочего органа 2. В результате этого вращательное движение привода 4 сначала преобразуется благодаря гибкости мембраны 6 в качательное движение стержневидного элемента 3, а затем снова во вращательное движение вращаемой части 2а рабочего органа 2 и благодаря этому передается при одновременном герметичном уплотнении смесительной камеры 5.
Для запирания цилиндрического корпуса 9 и тем самым также и смесительной камеры 5 крышка 8, как уже было сказано, имеет прокалываемую мембрану и крепится при помощи резьбы, находящейся на внешней стороне корпуса 9, на конец корпуса 9, повернутый от привода.
На фиг.2 представлено диспергирующее устройство 1 в собранном виде, т.е. насаженное на привод 4. Привод 4 имеет при этом мотор 4а с муфтой 4b, укрепленной на оси вала мотора, который приводит во вращение стержневидный элемент 3, образующий с мембраной 6 одно целое. Это происходит благодаря тому, что конец стержневидного элемента 3, обращенный к приводу 4, входит в камеру 4с муфты 4b, где он захватывается штифтом 4d, проходящим вертикально к оси вращения привода и прилегающим к поверхности стержневидного элемента 3. Положение этого штифта 4d и его диаметр определяет диаметр кругового движения концов стержневидного элемента 3 или угол между ним и приводной осью.
Приведенные в движение концы стержневидного элемента 3, установленные мембраной 6, совершают круговое движение, так что на конце стержневидного элемента 3, повернутого от привода, диспергирующий рабочий орган 2 снова приводится в движение. Также видно, что стержневидный элемент 3 удерживается мембраной 6, что дает двусторонний, незакрепленный, свободный контакт с вращающейся частью привода 4 или вращаемой частью 2а рабочего органа 2. Показанное на фиг.2 отклонение мембраны 6, как следствие кругового движения концов качающегося стержневидного элемента 3, свидетельствует о том, что она во время работы подвержена прогибу, который и вызывает это отклонение или деформацию. При этом мембрана 6 зажата при помощи кольцеобразного концевого замка 15 на внутреннем краю стенки 7 и относительно свободного конца ограничения смесительной камеры 5, выходящего в виде конуса в смесительную камеру 5 и выполненного в виде стенки, причем на противоположных концах этих обеих частей находятся соответствующие углубления в виде канавок для приема утолщенного края мембраны 6.
Фиксирующие или защелкивающие средства, располагаемые в определенном порядке между концевым замком 15 и ограничением смесительной камеры, подробно не представлены. Конец стержневидного элемента 3, находящийся в смесительной камере 5, проходит прямолинейно в смесительную камеру 5, расширяющуюся вверх в виде конуса. Своей концевой областью он проходит под наклоном снизу в промежуток между двумя лопастями нижней части ротора 2а диспергирующего рабочего органа 2, прилегает к одной из лопастей и приводит ротор 2а во вращение благодаря своему собственному круговому движению.
Вращаемый элемент 2а диспергирующего рабочего органа 2 поворачивается при этом вокруг своей оси вращения и имеет в своей верхней части, т.е. на конце, повернутом от привода 4, резцы 12. Вращение происходит в неподвижном венце 2b, который расположен концентрично относительно вращающейся части, также имеет резцы и на котором снова расположена верхняя часть вращаемой части 2а и который соединен с нижней частью с прочностью на скручивание через центральную ось. Этот венец 2b расположен вместе с вращаемой частью 2а в виде диспергирующего рабочего органа 2 на краевом выступе 11 внутри смесительной камеры 5 с возможностью разъединения, так что рабочий орган 2 можно заменить полностью или частично. Чтобы противодействовать возможному движению венца 2b в направлении крышки 8, вызванному динамикой вращения вращаемой части 2а, целесообразно венец 2b закрепить каким-нибудь подходящим способом дополнительно, например, при помощи зажима.
На стенке 7, которая ограничивает смесительную камеру и параллельна оси, предусмотрены прерывающие поток приспособления 10, которые контактируют с областью диспергирующего рабочего органа 2. Для этого на венце 2b предусмотрены соответствующие канавки 14, которые проходят параллельно оси и препятствуют вращательному движению венца 2b. Верхнее окончание диспергирующего рабочего органа 2 образует навинчиваемая крышка 8, которая имеет прокалываемую мембрану 13.
На фиг.3 представлена форма выполнения диспергирующего устройства 1, которое в главном соответствует тому, что показано на фиг.2, хотя и стоит вертикально на крышке 8, а привод 4 устройства подведен сверху. Захват стержневидного элемента 3 снова происходит при помощи штифта 4d, расположенного вертикально к оси вращения привода 4, и стержневидный элемент входит при отклонении мембраны 6 внутри смесительной камеры 5 в данном случае наклонно сверху вниз в предназначенную для этого выемку обращенной к ней части вращаемого элемента 2а диспергирующего рабочего органа 2, причем захватывается верхняя часть ротора 2а, имеющая резцы 12 и соединенная с прочностью на скручивание.
Неподвижный элемент 2b диспергирующего рабочего органа 2, т.е. венец 2b, зажат подходящим образом со стенкой 7 смесительной камеры 5 во избежание вертикального смещения вдоль оси вращения ротора 2а. Крышка 8 с находящейся на ней прокалываемой мембраной 13, которая перекрывает торцевое входное отверстие крышки 8 и запирает его, образует в этом случае нижнее окончание диспергирующего устройства 1 и одновременно его опорную поверхность.
На фиг.4 и 5 представлены виды диспергирующего устройства 1 с торца, при снятой крышке 8 сверху, в двух различных положениях вращаемой части 2а внутри неподвижной части 2b диспергирующего рабочего органа 2, при вхождении стержневидного элемента 3, расположенного на мембране 6, в паз 16, находящийся между двумя лопастями той части вращаемого элемента 2а, которая обращена к приводу.
На фиг.4 показано, как стержневидный элемент 3 воздействует на лопасть обращенной к нему нижней части вращаемого элемента 2а при вращении по часовой стрелке, приводит эту нижнюю часть во вращение благодаря захвату лопасти, причем нижняя часть благодаря прочному на скручивание соединению с верхней частью вращаемого элемента 2а снова захватывает их и приводит во вращение. Верхняя и нижняя части вращаемого элемента 2а выполнены соответственно трехлопастными. На фиг.4 видно, что три лопасти верхней части перекрывают как раз три похожие на спицы распорки неподвижной части, т.е. венца 2b, на котором расположена вращаемая часть 2а.
На фиг.5, на которой происходит вращение против часовой стрелки, лопасти нижней части вращаемого элемента 2а перекрываются распорками неподвижной части 2b, причем лопасти обеих частей вращаемого элемента 2а не всегда должны обязательно занимать ту же позицию друг относительно друга.
Описанное выше изобретение относится, таким образом, к диспергирующему устройству 1 с герметично закрытой смесительной камерой 5, с диспергирующим рабочим органом 2, приводимым во вращение в этой смесительной камере 5 вокруг центральной оси и имеющим стержневидный элемент 3 для передачи силы привода 4 на этот рабочий орган 2, и с таким приводом 4, находящимся вне смесительной камеры 5.
Для того чтобы при помощи такого диспергирующего устройства 1 добиться хорошей производительности диспергирования и одновременно исключить выход смеси в области привода, в устройстве 1 предусмотрено, что стержневидный элемент 3 на входе в смесительную камеру 5 соединен с мембраной 6, которая является частью стенки 7 смесительной камеры 5, а стержневидный элемент 3 выполнен с возможностью приведения в качательное движение, так что его конец, находящийся внутри смесительной камеры 5, выполняет круговое движение, и что рабочий орган 2 имеет наружный неподвижный венец 2b с зубьями, и/или резцами 12, или т.п., а также находящийся напротив, концентрично расположенный вращаемый элемент 2а - также с зубьями, и/или резцами 12, или т.п., причем конец стержневидного элемента 3, находящийся в смесительной камере 5, воздействует на диспергирующий рабочий орган 2 эксцентрически относительно оси его вращения, а стержневидный элемент 3 в рабочем положении входит в паз 16 вращаемого элемента 2а.