СМЕСИТЕЛЬ ДЛЯ ВЯЗКИХ МАТЕРИАЛОВ
MIXER FOR VISCOUS PRODUCTS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к смесителю для перемешивания вязких жидкостей, более конкретно к смесителю для перемешивания вязких строительных материалов, который прикрепляется к механизированному инструменту.
Смесители, прикрепляемые к механизированным инструментам, для перемешивания вязких строительных материалов, таких как цемент и шпаклевка для стен, известны. Обычные смесители, как правило, имеют вал, прикрепляемый к инструменту, например к дрели, и лопатки, отходящие от вала в радиальном направлении. Во время работы инструмента лопатки вращаются с валом и перемешивают вязкий материал.
Пользователи обычных смесителей, например отделочники стен сухой кладки или обшивочных листов, перемешивают шпатлевку смесителем перед ее наложением на стену. Шпатлевка является очень вязким материалом и, чтобы она имела более жидкую и однородную консистенцию, необходимую для получения более гладкой поверхности при наложении на стену, обычно требуется смеситель с высокой скоростью вращения. Во многих случаях нужно добавлять воду для разжижения шпатлевки, чтобы в ней могли двигаться лопатки смесителя.
Известные смесители имеют ряд недостатков. Они не обеспечивают радиального и осевого (относительно смесителя) перемешивания вязкого материала, а перемешивают его только в радиальном направлении. Часто, когда известные смесители закреплены неподвижно, добавленная вода не перемешивается с материалом, а остается на его поверхности. Для достижения требуемой консистенции пользователю приходится перемещать дрель, по меньшей мере, в осевом направлении. Кроме того, пользоваться известными смесителями для получения требуемой консистенции невыгодно из-за больших временных затрат на перемешивание. Другой недостаток известных смесителей в том, что их работа сопровождается значительной вибрацией самих смесителей и контейнеров с вязким материалом по причине неравномерного движения лопаток в вязком материале. Для предотвращения или уменьшения вибрации контейнера пользователю приходится зажимать его между голенями или стопами ног, принимая неудобную позу.
Вибрация смесителя и контейнера вызывает также разбрызгивание смешиваемого материала и/или воды, находящейся сверху на материале. Пользователь должен быть осторожным, чтобы не допускать разбрызгивания по рабочему участку. Это проблема обостряется, когда пользователь для ускорения работы переключает смеситель на более высокую скорость.
Другой недостаток известных смесителей в том, что сравнительно острые кромки наружных краев лопаток при работе на высоких скоростях будут касаться стенок или дна контейнера, обычно представляющего собой пластмассовое ведро емкостью 5 галлонов (18,93 литра), и соскабливать с контейнера пластмассу, частицы которой загрязняют перемешиваемый материал. Кроме того, при таком контакте смесителя с контейнером дрель и смеситель могут выскочить из рук пользователя, прерывая процесс перемешивания.
Поэтому существует потребность в усовершенствованном смесителе, который перемешивает вязкий материал более равномерно.
Также существует потребность в усовершенствованном смесителе, который меньше вибрирует и меньше разбрызгивает перемешиваемый материал, а также меньше загрязняет вязкий материал частицами материала, из которого сделан контейнер.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Смеситель согласно изобретению отвечает вышеперечисленным требованиям, поскольку более равномерно перемешивает вязкие материалы, такие как шпатлевки для заделки стыков обшивочных листов, и меньше вибрирует при работе. Смеситель согласно изобретению также обеспечивает меньшую вероятность загрязнения перемешиваемого материала стружками материала сосуда.
Более конкретно, предложен смеситель, прикрепляемый к механизированному инструменту, для перемешивания вязкого материала, который содержит вал, имеющий первый конец и определяющий ось вала, и несколько лопаток, прикрепленных к валу и отходящих от него в радиальном направлении. Лопатки расположены на одинаковом осевом расстоянии от первого конца вала и предназначены для вращения вокруг его оси в направлении вращения. Каждая лопатка имеет в общем S-образную форму, определяемую верхним и нижним концами лопатки и ее передней и задней поверхностями.
Согласно другому варианту осуществления изобретения предложен смеситель, прикрепляемый к механизированному инструменту, для перемешивания вязкого материала, содержащий вал, имеющий первый конец и определяющий ось вала, и несколько лопаток, прикрепленных к валу на одинаковом осевом расстоянии от его первого конца. Лопатки отходят от вала в радиальном направлении и предназначены для вращения вокруг его оси в направлении вращения. Каждая лопатка имеет наружную поверхность, расположенную вдоль длины лопатки и имеющую выступающую часть, образующую наиболее удаленную в радиальном направлении область смесителя, длина которой меньше полной длины указанной наружной поверхности. Каждая лопатка имеет в общем S-образную форму, определяемую верхним и нижним концами лопатки и ее передней и задней поверхностями. Кроме того, каждая лопатка имеет в общем плоскую Т-образную форму и включает несущее плечо, образующее ножку буквы Т, и лопасть, имеющую указанную S-образную форму и образующую два плеча буквы Т.
Согласно следующему варианту осуществления изобретения, предложен смеситель, прикрепляемый к механизированному инструменту, для перемешивания вязкого материала, содержащий вал, имеющий первый конец и определяющий ось вала, и несколько лопаток, прикрепленных к валу и отходящих от него в радиальном направлении. Лопатки расположены на одинаковом осевом расстоянии от первого конца вала и предназначены для вращения вокруг его оси в направлении вращения. Каждая лопатка имеет первую нижнюю поверхность, которая образует самую нижнюю область смесителя и длина которой меньше полной радиальной длины лопатки. Каждая лопатка имеет в общем S-образную форму, определяемую верхним и нижним концами лопатки и ее передней и задней поверхностями. Кроме того, каждая лопатка имеет в общем плоскую Т-образную форму и включает несущее плечо, образующее ножку буквы Т, и лопасть, имеющую указанную S-образную форму и образующую два плеча буквы Т.
Согласно еще одному варианту осуществления изобретения, смеситель, прикрепляемый к механизированному инструменту, для перемешивания вязкого материала содержит вал, имеющий первый конец и определяющий ось вала, и несколько лопаток, прикрепленных к валу и отходящих от него в радиальном направлении, для вращения вокруг оси вала в направлении вращения. Каждая лопатка имеет в общем S-образную форму, определяемую верхним и нижним концами лопатки и ее передней и задней поверхностями. Кроме того, каждая лопатка имеет в общем плоскую Т-образную форму и включает несущее плечо, образующее ножку буквы Т, и лопасть, имеющую указанную S-образную форму и образующую два плеча буквы Т. Лопасти всех лопаток расположены на одинаковом осевом расстоянии от первого конца вала.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 показан в аксонометрии частичный вид сверху смесителя
согласно изобретению.
На фиг.2 показан вид спереди смесителя, представленного на фиг.1.
На фиг.3 показан вид сверху смесителя, представленного на фиг.1.
На фиг.4 показан в аксонометрии частичный вид сверху альтернативного варианта выполнения смесителя согласно изобретению.
На фиг.5 показан в аксонометрии частичный вид сверху другого альтернативного варианта выполнения смесителя согласно изобретению.
На фиг.6 показан частичный разрез лопатки и вала смесителя, представленного на фиг.5.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Показанный на фиг.1-3 смеситель 10 содержит вал 12 и несколько лопаток 14, отходящих радиально от вала на его нижнем конце 16. Как и в известных смесителях, вал 12 может прикрепляться к механизированному инструменту (не показан), такому как дрель. При вращении инструмента вал 12 и лопатки 14 вращаются вокруг оси "а". Предпочтительно, чтобы сечение вала 12 было не круглым, а шестигранным, квадратным и т.п. При использовании цилиндрического вала может потребоваться изменение крепления лопаток 14 к валу и вала к инструменту, как известно в данной области техники. Лопатки 14, которые помещают в контейнер с вязким материалом (не показан), сдвигают материал с траектории своего перемещения и таким образом перемешивают его.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения на валу с интервалом примерно 90° установлены четыре идентичные лопатки, однако количество лопаток, имеющих одинаковую или разную конфигурацию, может быть другим и расположены они могут быть с другим угловым интервалом. Лопатки 14 отходят от вала 12 радиально и установлены предпочтительно вблизи его нижнего конца. В данном варианте лопатки 14 расположены на одинаковом осевом расстоянии от конца вала 16, однако возможно другое расположение лопаток на валу.
Лопатка 14 имеет в общем Т-образную форму и включает несущее плечо18, отходящее радиально от вала 12 и образующее ножку буквы Т, и лопасть 20, расположенную в общем перпендикулярно к несущему плечу и образующую два плеча буквы Т. Лопасть 20 выполнена из тонкого, но жесткого листового материала и имеет первую или переднюю поверхность 22 и вторую или заднюю поверхность 24, противоположную первой поверхности. Лопасть 20 также имеет верхний конец 38 и нижний конец 40, при этом верхний конец 38 изогнут в направлении "r" вращения, а нижний конец 40 изогнут в противоположном направлении.
В предпочтительном варианте выполнения механизированный инструмент (не показан), приводящий в действие смеситель 10, обеспечивает вращение лопаток в направлении "r". Хотя на чертежах показано, что предпочтительным направлением "r" вращения является вращение по часовой стрелке (если смотреть от верхнего конца вала 12), вращение может также осуществляться против часовой стрелки, но если смеситель 10, изображенный на фиг.1 будет вращаться в направлении, противоположном указанному, то лопатки 14 будут работать неэффективно. Однако независимо от того, является ли предпочтительным вращение по часовой стрелке или против часовой стрелки, с точки зрения большей эффективности предпочтительно, чтобы верхний конец 38 лопатки 14 был изогнут в направлении "r" вращения, а ее нижний конец 40 - в противоположном направлении. Когда инструмент приводит смеситель 10 в действие, первая или передняя поверхность 22 лопасти 20 обращена в сторону вращения, а вторая или задняя поверхность 24 лопасти обращена в противоположную сторону.
Первый нижний край 26 Т-образной лопатки находится на лопасти 20 и имеет радиальную длину "rb". Второй нижний край 28, находящийся на несущем плече 18, смещен в направлении к оси относительного первого нижнего края 26. Первый нижний край 26 предпочтительно выполнен прямолинейным со скругленными углами 29, а также с притупленными или закругленными наружными кромками.
Длина "rb" первого нижнего края 26 предпочтительно меньше половины радиальной длины "rp" лопатки 14, более предпочтительно, равна примерно одной трети радиальной длины лопатки. Если длина первого нижнего края 26 составляет только часть радиальной длины "rp" лопатки 14, то при ударах смесителя 10 о дно контейнера соприкасаться с дном будет только первый нижний край 26 (при условии предпочтительной вертикальной ориентации смесителя 10 относительно контейнера). В этом случае количество "стружки" от материала значительно меньше, чем при использовании известных смесителей, у которых нижний край проходит по существу по всей радиальной длине лопатки.
На другой, противоположной несущему плечу 18, стороне лопасти 20 находится наружная поверхность 30. Наружная поверхность 30 предпочтительно не плоская, а имеет выступающую в радиальном направлении часть 32, выгнутую или выпуклую, вдоль части длины "l" лопасти 20. Длина выступающей части 32 предпочтительно меньше полной длины "l" лопасти 20, а длина наиболее удаленной в радиальном направлении области 34 выступающей части 32 меньше одной четверти длины лопасти.
В отличие от известных смесителей, имеющих плоскую наружную поверхность 30, смеситель 10 благодаря указанной форме выступающей части 32 не дергается или не выскакивает из рук пользователя, когда при перемешивании наиболее удаленная в радиальном направлении область 34 ударяется о стенку контейнера. Благодаря форме наружной поверхности 30 смеситель 10 при контакте со стенкой контейнера отскакивает от нее. Поэтому смеситель согласно изобретению лучше, чем известный смеситель, перемешивает материал, находящийся вблизи стенок контейнера. Кроме того, когда закругленная, наиболее удаленная в радиальном направлении область 34 ударяется о контейнер, она, скорее всего, не будет соскребать материал с контейнера, так что исключается вероятность попадания частиц материала, из которого сделан контейнер, в вязкий материал. Хотя в предпочтительном варианте выступающая часть 32 с наиболее удаленной в радиальном направлении областью 34 выполнена криволинейной, возможны другие формы, при которых эта область имеет длину меньше длины "l" лопасти 20.
Первая поверхность 22 и вторая поверхность 24 лопатки 14 находятся по существу в плоскости, расположенной радиально к валу. В этой конфигурации большая часть площади поверхности лопатки 14 (первой поверхности 22 и второй поверхности 24) используется для оказания давления на вязкий материал независимо от направления вращения. В предпочтительном варианте осуществления изобретения по существу прямолинейная часть 36 каждой лопатки 14 имеет небольшой наклон "p" (фиг.2) примерно 15°. Предпочтительный диапазон углов наклона составляет 0-30°, но он может быть больше или меньше.
Если смотреть сбоку, лопасть 20 имеет в общем S-образную форму от верхнего конца 38 до нижнего конца 40, с по существу прямолинейной частью 36 между ними, и между первой поверхностью 22 и второй поверхностью 24. Верхний конец 38 изогнут в направлении "r" вращения, а нижний конец 40 изогнут в противоположном направлении. Верхний конец 38 предпочтительно скруглен с радиусом 0,7 дюйма (17,15 мм) по внутренней поверхности 42 и с радиусом 0,9 дюйма (22,05 мм) по наружной поверхности 44. Нижний конец 40 предпочтительно скруглен с радиусом 0,5 дюйма (12, 7 мм) по внутренней поверхности и с радиусом 0,7 дюйма (17,15 мм) по наружной поверхности 48. Однако возможны и другие размеры S-образной лопатки 14. Кроме того, лопатка 14 может иметь только один изогнутый конец или может иметь дополнительный изгиб на длине "l" лопасти 20.
При вращении в направлении вращения S-образная лопатка 14 перемещает материал вниз, образуя воронку. Верхний конец 38 толкает материал вниз, а нижний конец 40 толкает материал вверх, переворачивая его. Смеситель 10 данной конфигурации создает подъемную силу, противодействующую силе тяжести и тенденции смесителя оставаться на дне смесительного контейнера. Поскольку маловероятно, что смеситель 10 будет опираться на дно контейнера, вероятность загрязнения смеси стружками материала, соскобленного со дна контейнера, уменьшается.
При вращении смесителя 10 в противоположном направлении и при той же форме лопаток 14, т.е. когда нижний конец 40 изогнут в противоположном направлении, а верхний конец 38 изогнут в сторону, противоположную этому направлению, смеситель вместо подъемной силы будет создавать силу, направленную вниз. Поэтому, поскольку смеситель 10 может осуществлять перемешивание при вращении как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки, предпочтительно, чтобы он вращался в таком направлении, когда верхний конец 38 является передним концом, чтобы создавалась подъемная сила.
Так как перемешиваемый материал течет в виде гладкой воронки, маловероятно, что он будет выливаться из контейнера. Когда материал остается внутри контейнера, количество грязи на рабочем месте значительно уменьшается.
Установлено, что сочетание формы смесителя и результирующего течения в виде воронки способствует самовыравниванию смесителя относительно смесительного контейнера. А именно, когда вал 12 смесителя 10 становится непараллельным центральной оси контейнера (обычно цилиндрического ведра), смеситель стремится изменить ориентацию и принять положение, параллельное оси контейнера.
Толщина лопатки 14 на участке между первой поверхностью 22 и второй поверхностью 24 равна примерно 0,2 дюйма (5, 08 мм), но может быть больше или меньше. Радиальная длина "rl" каждой лопатки 14 равна примерно 4 дюйма (100,16 мм), а ее высота "h" равна примерно 3,5 дюйма (88,9 мм), но эти размеры могут быть другими.
Лопатки 14 и вал 12 предпочтительно изготовлены из легированной стали, литых материалов или другого достаточно жесткого и стойкого к абразивному износу и коррозии материала. В предпочтительном варианте выполнения вал 12 имеет шестиугольное поперечное сечение, но может иметь другую форму. Лопатки 14 прикреплены к валу 12 предпочтительно путем приваривания к ступице 49 или непосредственно к валу, но можно использовать пайку твердым припоем или другие методы крепления.
На фиг.4 изображен смеситель 50, альтернативный смесителю 10. Элементы, общие со смесителем 10, обозначены теми же цифровыми позициями. Основное различие смесителей 50 и 10 состоит в том, что лопатки 54 смесителя 50 отлиты парами и в каждой паре лопатки отходят от вала в диаметрально противоположных направлениях. Каждая пара лопаток 54 прикреплена к центральной втулке 56, имеющей некруглое отверстие 58 для вала 12. Как альтернатива, между валом и отверстием 58 установлена некруглая втулка 60. Таким образом, втулка 56 вращается с валом 12.
Втулка 56 состоит из двух частей 56а, 56b, каждая из которых соединена с соответствующей парой лопаток 54. Втулка 56 выполнена так, что ее части 56а, 56b имеют взаимодополняющую неплоскую форму 62, чтобы исключить их поворот друг относительно друга. В предпочтительном варианте осуществления изобретения неплоская форма 62 представляет собой змеевидную форму и две части 56а, 56b вставлены одна в другую с образованием цилиндрической втулки. Части 56а, 56b втулки прикреплены друг к другу расположенной под нижней частью 56b гайкой (не показана), которая навинчена на конец вала 12.
Когда смеситель собран, каждая лопатка 54 отстоит от соседних на угол 90°. Несмотря на небольшое осевое смещение, лопатки 54 на обеих частях 56а, 56b находятся по существу на одинаковом осевом расстоянии от конца вала 16. Втулка 56 на своем верхнем конце предпочтительно обжата вокруг вала 12 для дополнительного крепления.
На фиг.5 изображен смеситель 150, альтернативный смесителям 10 и 50. Элементы, общие со смесителями 10, 50, обозначены теми же цифровыми позициями. Смеситель 150 имеет лопатки 154, предпочтительно отлитые парами и соединенные с центральной втулкой 156, имеющей отверстие 158 (предпочтительно некруглое) для вала 12, чтобы втулка вращалась с ним. Основное отличие между смесителями 50 и 150 состоит в способе крепления лопаток 154 к валу 12.
Втулка 156 состоит из двух частей 156а, 156b, каждая из которых соединена с парой лопаток 54, отстоящих на 180° друг от друга. Части 156а, 156b установлены одна на другой, образуя отверстие 158. Вал 12 вставлен в отверстие 158 и может выступать относительно нижней поверхности 160 втулки 156.
Каждая часть 156а, 156b втулки выполнена с двумя сквозными соосными отверстиями 162а, 162b для ее крепления к валу 12 предпочтительно пружинным штифтом 164а, 164b. Пружинный штифт 164а, вставленный в первое отверстие 162а, проходит через отверстие 166, выполненное в вале 12, и выходит через второе отверстие 162b. Как альтернатива, пружинный штифт 164 может быть жестким штифтом, может иметь резьбу или законтрен гайкой для усиления крепления.
Несущее плечо 118 каждой лопатки 154 предпочтительно изогнуто. Несущие плечи 118а, прикрепленные к втулке 156а, предпочтительно изогнуты вниз и проходят от вала 12 к лопастям 120а по вогнутой линии, а несущие плечи 118b, прикрепленные к втулке 156b, предпочтительно изогнуты вверх и проходят от вала 12 к лопастям 120b по вогнутой линии (здесь "вверх" означает направление по оси вала в сторону от лопаток 154). При такой конфигурации лопасти 120а, 120b лежат в одной плоскости, несмотря на то, что части 156а, 156b втулки смещены друг относительно друга по оси вала 12. Лопатки 154 находятся на одинаковом осевом расстоянии от конца 16 вала. Части 156а, 156b втулки прилегают друг к другу по плоской поверхности 162.
Предлагаемый смеситель 10, 50, 150 может доводить материал до нужной вязкости совсем без добавления воды или с добавлением небольшого количества воды. Поскольку смеситель 10, 50, 150 более эффективно перемешивает материал, пользователю приходится меньше перемещать смеситель руками, что в свою очередь уменьшает количество воздушных включений в смеси. Кроме того, смеситель 10, 50, 150 позволяет исключить или значительно снизить вибрацию в смесительном контейнере и в самом смесителе. В отличие от большинства известных смесителей, со смесителем 10, 50, 150 можно работать одной рукой, поскольку пользователю приходится прикладывать меньшее усилие. Кроме того, установлено, что смеситель 10, 50, 150 обеспечивает требуемое перемешивание быстрее на 20%, чем существующие смесители.
Хотя выше описаны конкретные варианты выполнения смесителя, в пределах сущности и объема изобретения возможны модификации описанных вариантов, очевидные специалистам.