МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ МЕСИЛЬНЫЙ ОРГАН
MULTISTAGE KNEADING ORGAN

Изобретение относится к месильному органу для смешивания и/или гомогенизации текучих сред согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, а также к оснащенной этим месильным органом месильной машине.
Месильные машины используются в самых разных областях применения. В качестве возможных областей применения здесь в качестве примера следует назвать производство красок и лаков или производство напитков и продуктов питания. Также при производстве фармацевтической продукции и косметики требуется регулярное использование месильных машин, в том числе при производстве бумаги и керамики. В соответствии с конкретной областью применения используются для смешивания и/или гомогенизации соответствующих веществ различные системы месильных машин. Известны, например, бочковые и контейнерные месильные машины, которые располагаются в или на соответствующей емкости, или самонесущие штативные месильные машины. Также емкости от малого до большого объема для хранения или транспортировки смесей веществ могут быть оснащены месильной машиной, для того чтобы предотвращать расслоение смеси во время хранения или транспортировки. Месильная машина согласуется с соответствующим перемешиваемым продуктом, а также с формой и размерами соответствующей емкости.
Месильные машины включают в себя, как правило, приводимый в движение вал, при помощи которого один или несколько соединенных с валом без возможности поворота месильных органов перемещаются по круговой траектории. Будучи помещены в емкость с текучей средой, месильные органы омываются благодаря своему движению средой. В зависимости от формы месильных органов, их расположения в емкости и скорости, с которой месильные органы перемещаются, в перемешиваемом продукте устанавливаются определенные условия обтекания, которые вызывают перемешивание перемешиваемого продукта.
Известны месильные машины, которые эксплуатируются с высокими частотами вращения, для того чтобы достигать желаемого эффекта перемешивания за счет завихрения перемешиваемого продукта. При этом может доходить до втягивания воздуха и/или пенообразования, которые, однако, при определенных применениях нежелательны. Это относится, например, к производству красок или к производству керамики. Высокие частоты вращения, в частности в комбинации с острокромочными месильными органами, могут вызывать помимо этого сдвиговые (тангенциальные) усилия, которые могут повреждать чувствительные к удару и сдвигу смеси веществ. К чувствительным смесям веществ относятся также определенные продукты питания или биохимические продукты.
При добавлении определенных красильных пигментов также смеси красок могут иметь подобную чувствительность. Связанные, как правило, с высокими частотами вращения высокие скорости потока могут приводить далее к нагреву перемешиваемого продукта. Однако при смешивании и/или гомогенизации термочувствительных смесей веществ следует избегать подобных нагревов. По меньшей мере, в вышеуказанных случаях требуется применение щадящего субстанцию способа перемешивания, а также соответствующего месильного устройства, которое также при низких частотах вращения делает возможным эффективное перемешивание перемешиваемого продукта.
Из DE 39 01 894 A1 известна месильная машина, которая при относительно низкой скорости движения месильных органов делает возможным полное перемешивание текучей среды. Поэтому она также подходит для обработки чувствительных смесей веществ. Низкая скорость движения месильных органов вызывает то, что в перемешиваемом продукте образуются противотоки, которые способствуют эффекту смешивания. Время перемешивания может при этом даже сокращаться. Низкие приводные мощности и короткие времена перемешивания приводят помимо этого к сокращению необходимого расхода энергии. Известная месильная машина включает в себя вал для вращения месильных органов, которые включают в себя проходящие перпендикулярно к продольной оси вала рычаги, которые соответственно несут месильное тело с проходящим в виде конуса трубным участком. Поперечное сечение конического трубного участка суживается при этом против направления вращения, то есть в направлении потока. Входное отверстие для протекающего перемешиваемого продукта таким образом больше, чем выходное отверстие. Продольная ось конического трубного участка установлена помимо этого под наклоном вниз в направлении вращения.
Конкретное исполнение и расположение месильных тел, а также их низкая скорость движения должны вызывать условия обтекания, которые делают возможным обширный захват перемешиваемого продукта и тем самым эффективное и действенное перемешивание.
Улучшенная по сравнению с этим месильная машина известна из DE 10 2008 005 018. У этой месильной машины месильные тела выполнены в виде трубных участков, которые имеют четыре боковые стенки, из которых, по меньшей мере, одна имеет дугообразную или многоугольную форму.
У известных месильных машин рычаги, которые несут месильные тела, расположены на общей втулке, которая соединена с валом для совместного вращения. Это облегчает изготовление и прежде всего монтаж на валу месильной машины. Однако применение такой втулки необязательно необходимо для изобретения. Вместо этого возможно располагать рычаги на валу другим образом.
Совокупность втулки (если имеется), рычагов и месильных тел обозначается в рамках этой заявки как месильный орган. В рамках этой заявки месильные тела месильного органа обозначаются, вне зависимости от их конкретной формы, также как чаши. Чашей согласно изобретению является таким образом любое месильное тело, через которое во время эксплуатации протекает перемешиваемый материал.
У известных месильных органов чаши расположены в одной перпендикулярной к направлению приводного вала плоскости.
Однако благодаря этому расположению частота вращения, с которой чаши могут перемещаться через перемешиваемый материал, ограничена. Более высокие частоты вращения не могут реализовываться без резкого ухудшения эффекта перемешивания. Вследствие этого может реализовываться только ограниченный ввод мощности, который был бы необходим, однако, например, при газации, диспергировании, эмульгировании и при закладке порошка.
Существенной задачей изобретения является создание месильного органа и оснащенной им месильной машины, которая может эксплуатироваться с более высокой частотой вращения.
Дополнительной важней задачей изобретения является создание месильного органа и оснащенной им месильной машины, которая без сокращения эффекта перемешивания делает возможным больший ввод мощности в перемешиваемый материал.
Другая важная задача изобретения заключается в создании месильного органа и оснащенной им месильной машины, которая может эффективно использоваться как при высоких, так и при низких частотах вращения.
Эту и другие задачи изобретение решает с помощью комбинации признаков независимых пунктов формулы изобретения.
Предпочтительные варианты осуществления указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
Суть соответствующего изобретению решения заключается в расположении принадлежащих к месильному органу чаш одной месильной ступени на различных, расположенных по нормали (перпендикулярно) к месильному валу плоскостях, которые в осевом направлении соответственно имеют определенное расстояние друг от друга. В отношении продольного распространения месильного вала отдельные чаши месильного органа находятся не на одинаковой высоте, то есть расстояние между концом вала и рычагом (креплением чаш) соответственно различно.
Вследствие этого предотвращается отрицательное взаимное влияние чаш друг на друга. При низких частотах вращения перемешиваемая среда имеет, как правило, достаточно низкую инерционность, для того чтобы реагировать на действующее усилие через отдельные чаши месильного органа, прежде чем следующую чашу месильного органа достигнет положения предыдущей чаши. Однако если частота вращения повышается до тех пор, пока инерционность среды не достигнет достаточного уровня, то у известных месильных машин возникает тот эффект, что последующая чаша вносит возмущение в возникающий поток.
Напротив, благодаря расположению чаш в различных плоскостях возникающий поток подхватывается и усиливается.
Благодаря возможности использовать более высокие частоты вращения и эффекту ступенчатого образования течения могут использоваться меньшие в диаметре чаши при неизменной окружной скорости.
Вследствие этого эффективность месильного органа существенно повышается.
Месильный орган состоит предпочтительно из втулки (или месильного вала или из части месильного вала), к которой прикреплены спицеобразные стержни, которые служат в качестве рычагов для переноса чаш и соединяют в свою очередь отдельные чаши с валом или втулкой.
В предпочтительном варианте осуществления каждая чаша месильного органа имеет, как правило, коническую форму, аналогично известному из DE 39 01 894 месильному телу. Чаша имеет входное отверстие и противоположное ему выходное отверстие для перемешиваемого материала, причем диаметр входного отверстия больше, чем диаметр выходного отверстия.
Предпочтительно, но не обязательно необходимо, чтобы все чаши месильного органа имели одинаковую форму и размеры.
Предпочтительно месильный орган состоит из металлического материала, как например стали.
В предпочтительном варианте осуществления месильный орган включает в себя, по меньшей мере, две, более предпочтительно, по меньшей мере, три чаши, которые расположены предпочтительно симметрично вокруг втулки или месильного вала.
Чаши могут быть при этом расположены предпочтительно таким образом, что их продольная ось проходит под ненулевым углом к плоскости, перпендикулярной к основной оси месильного вала, на которой расположена точка закрепления соответствующего рычага на втулке или валу. Чаши расположены таким образом относительно направления вращения месильного органа под наклоном или под углом. При этом угол не должен быть одинаковым у всех чаш месильного органа. Чаши могут предпочтительно закрепляться подвижно на рычагах таким образом, что их угловое положение относительно месильного вала может регулироваться.
Соответствующая изобретению месильная машина включает в себя приводимый в движение месильный вал и, по меньшей мере, один соответствующий изобретению месильный орган, причем каждый месильный орган включает в себя, по меньшей мере, два неподвижно соединенных при помощи несущего рычага с валом месильных тела (чаши). Месильный вал может приводиться в движение предпочтительно электродвигателем, так что каждое закрепленное снаружи на несущем рычаге месильное тело может перемещаться по круговой траектории концентрически вокруг продольной оси вала. Предпочтительно месильная машина имеет, по меньшей мере, один месильный орган, который включает в себя три расположенных в виде звезды на углах воображаемого равнобедренного треугольника месильных тела.
Несущий рычаг имеет предпочтительно незначительную в направлении продольной оси вала конструктивную высоту, для того чтобы уменьшать сопротивление обтекания. Для закрепления месильных органов на месильном валу служит предпочтительно втулка или ступица, на которой закреплены несущие рычаги. Может предусматриваться то, что несущие рычаги соединены винтовым соединением с втулкой или непосредственно с месильным валом. Кроме того, закрепление месильных органов или несущих рычагов на месильном валу может также осуществляться посредством штекерного соединения, если обеспечено соединение без возможности поворота, по меньшей мере, в направлении вращения вала.
Винтовое или штекерное соединение для закрепления месильного органа на месильном валу месильной машины должно быть разъемным, для того чтобы делать возможной замену месильного органа. Может предусматриваться, что чаши расположены разъемно и вследствие этого с возможностью замены на несущих рычагах. В зависимости от типа перемешиваемого продукта или размеров емкости месильная машина или месильные органы и/или чаши могут в этом случае согласовываться в отношении своей конкретной формы, своих размеров или количества с соответствующим случаем применения.
Может быть необходимо, чтобы месильные органы вводились в емкость. Если емкость имеет лишь малое отверстие, может быть преимуществом, если каждая чаша соединена при помощи откидного и/или поворотного несущего рычага с месильным валом. В этом случае несущие рычаги поворачиваются для вставки месильных органов в емкость в ориентацию, параллельную к продольной оси вала, и месильные тела при этом сводятся. Таким образом, вылет месильной машины может уменьшаться, так что введение месильных органов возможно также через малые отверстия. Возврат месильных органов в исходное положение может осуществляться автоматически посредством действия центробежных сил с началом работы месильной машины. Кроме того или вместо этого могут быть предусмотрены возвратные механизмы, например пружины, которые – при необходимости поддерживая – вызывают возвращение месильных органов в исходное положение.
Вышеописанное исполнение соответствующего изобретению месильного органа или оснащенная подобными месильными органами месильная машина позволяют при смешивании и/или гомогенизации текучей среды экономить энергию и время и таким образом допускают выполнение наиболее эффективного процесса смешивания. Кроме того, выполненные по–разному месильные тела, месильные органы или системы месильных органом могут храниться и при необходимости заменяться, так что для каждой области применения может предоставляться подходящая месильная машина. Согласованное с перемешиваемым продуктом и емкостью конкретное исполнение и расположение месильных органов противодействует помимо этого возникновению мертвых зон, так как перемешиваемый продукт полностью захватывается и тщательно перемешивается.
Пример осуществления изобретения разъясняется в дальнейшем более подробно на основе чертежа. На чертежах показаны:
фиг. 1 – виды предпочтительного варианта осуществления соответствующего изобретению месильного органа; и
фиг. 2 – результаты сравнения предпочтительного варианта осуществления согласно фиг. 1 с известной месильной машиной с чашами.
Фиг. 1 показывает месильный орган 1 с тремя месильными телами 2 (чашами), которые соответственно при помощи несущего рычага 3 закреплены на втулке 4. Чаши 2 расположены симметрично вокруг втулки или месильного вала. Втулка 4 концентрически закрепляется на (непоказанном) месильном валу. Месильный орган состоит из металлического материала, как например стали. Закрепление каждой чаши 2 на несущем рычаге 3 осуществляется в примере осуществления при помощи сварного соединения, однако вместо этого оно может осуществляться, например, через разъемное соединение, как например винтовое соединение, или при помощи поворотного шарнира.
Месильные тела или чаши 2 являются коническими полыми телами с выходным отверстием 5 и выходным отверстием 6 меньшего диаметра для протекающей среды. Все чаши 2 месильного органа 1 имеют в примере осуществления одинаковую форму и размеры, однако они могли бы быть разными.
Входное отверстие 5 находится в предусмотренном во время эксплуатации направлении вращения месильного органа 1 на передней стороне чаша, выходное отверстие находится соответственно на его задней стороне.
Чаши 2 находятся на различных, расположенных по нормали (перпендикулярно) к месильному валу плоскостях, которые в осевом направлении соответственно имеют определенное расстояние друг от друга. В отношении продольного распространения месильного вала отдельные чаши 2 месильного органа 1 находятся таким образом не на одинаковой высоте, то есть расстояние между концом вала и несущим рычагом 3 (креплением чаш) у всех чаш 2 различно.
Чаши 2 расположены при этом таким образом, что их продольная ось проходит под ненулевым углом к плоскости, перпендикулярной к основной оси месильного вала, на которой расположена точка закрепления соответствующего несущего рычага 3 на втулке 4. Чаши 2 расположены таким образом относительно направления вращения месильного органа 1 под наклоном или под углом. При этом угол не должен быть одинаковым у всех чаш 2 месильного органа 1. Чаши могут закрепляться подвижно на несущих рычагах 3 таким образом, что их угловое положение относительно месильного вала может регулироваться.
Не изображен, являясь, однако, тем не менее, составной частью месильной машины, приводимый в движение (предпочтительно электродвигателем) месильный вал, который концентрически соединен с месильным органом для совместного вращения. Вал может быть, например, составной частью штативной месильной машины или другой месильной машины, которая может вводиться в содержащую текучую среду емкость.
Целесообразно соединение месильного органа с месильным валом является разъемным, так что месильный орган может заменяться и согласовываться с соответствующим случаем применения. Оптимизированная таким образом месильная машина делает возможным полное перемешивание перемешиваемого продукта за самое короткое время и с уменьшенной приводной мощностью, так что процесс можно назвать наиболее эффективным.
Фиг. 2 показывает потребление мощности месильной машины, которая оснащена вышеописанным месильным органом (нижняя кривая), в сравнении с потреблением мощности в остальном конструктивно идентичной месильной машины, у которой согласно указанному вначале уровню техники все чаши расположены на одной плоскости (верхняя кривая). Перемешиваемый материал при этом всегда одинаков в отношении типа и количества. Различие заключается таким образом исключительно в расположении чаш, на трех различных плоскостях в изобретении, и на одной плоскости в уровне техники.
Как показывает фиг. 2, потребление мощности у соответствующей изобретению месильной машины при частотах вращения выше 500 об/мин значительно ниже, чем у обычной месильной машины.
Этому соответствует улучшенный ввод мощности в перемешиваемый материал. Соответствующую изобретению месильную машину можно помимо этого эксплуатироваться на более высоких частотах вращения, чем обычную месильную машину, без того чтобы перемешивающий эффект ухудшался.