ДИНАМИЧЕСКИЙ СМЕСИТЕЛЬ
DYNAMIC MIXER

Изобретение относится к динамическому смесителю, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Из WO 2005/041878 того же заявителя известен динамический смеситель для смешивания компонентов с различными объемными долями, в частности, для изготовления слепочной массы для зубных слепков. Во внутреннем пространстве корпуса смесителя расположена предварительная камера, внутри которой смесительный ротор имеет распределительное тело для распределения компонентов вокруг своей оси вращения с целью достижения за счет этого правильного соотношения смешивания и для предотвращения включений воздуха. Затем предварительно смешанные компоненты проходят для их полного смешивания, по меньшей мере, через одно проходное отверстие в основную камеру.
Цель разделения на две отдельные смесительные камеры состоит в том, что в предварительной камере уже достигается глобальная гомогенизация смеси компонентов, в то время как затем в основной камере происходит локальная гомогенизация. А именно, смешивание двух и более компонентов требует как на глобальном уровне равномерного точечного распределения компонентов по всему поперечному сечению потока, так и на локальном уровне возможно меньшего местного отклонения от средней концентрации. При этом распределительное тело хотя и обеспечивает увеличение поверхности распределения для компонентов, размер которой является существенным для предварительного смешивания компонентов на глобальном уровне, однако увеличение поверхности ограничено на основании принудительных условий вдоль оси ротора.
К этому добавляется в качестве важного фактора возможно длительное время пребывания внутри предварительной камеры в начале процесса смешивания, поскольку необходимо учитывать начальные колебания концентрации подаваемых компонентов, в частности, для компонента с меньшей объемной долей. За счет подходящего времени пребывания внутри предварительной камеры можно выравнивать начальные отклонения концентрации подаваемых компонентов и тем самым предотвращать брак выходящего первоначально из смесителя смешанного продукта. При этом в известном смесителе можно влиять на длительность пребывания внутри предварительной камеры лишь с помощью выбранного размера проходного отверстия.
В DE 100 15 133 С1 раскрыт другой динамический смеситель с расположенной в переднем участке камерой, выполненной в форме купола первой смесительной лопастью, которая имеет выполняющие функции проходов выемки и которая на своем наружном радиальном отрезке проходит вдоль проходящей в форме воронки внутренней стенки корпуса. В осевом направлении за ней расположена вторая смесительная лопасть с проходами так, что проходы одной смесительной лопасти закрываются не свободной частью другой смесительной лопасти. За счет этого достигается захват не захваченного первой смесительной лопастью материала с высокой вероятностью второй смесительной лопастью.
За счет такого расположения лопастей можно в зависимости от количества смесительных лопастей достигать высокой степени гомогенизации смеси. Однако слабо учитывается начальное отклонение концентрации подаваемых компонентов. А именно, на длительность пребывания подаваемых компонентов на каждой смесительной лопасти можно оказывать положительное влияние лишь с помощью возможно меньших размеров соответствующих выемок, поскольку плоская длина смесительной лопасти должна соответствовать или, соответственно, превосходить величину выемок другой смесительной лопасти. Это обеспечивает возможность лишь сравнительно небольшой длительности пребывания на соответствующих смесительных лопастях, так что едва ли можно выравнивать временные колебания концентрации. Кроме того, прежде всего за счет доли материала, который захватывается лишь одной из обеих смесительных лопастей, необходимо ожидать значительного ухудшения начального соотношения смешивания.
Исходя из этого, в основу изобретения положена задача такой модификации динамического смесителя указанного в начале вида, что при исключении указанных выше недостатков обеспечивается точное регулирование концентрации подаваемых компонентов также при временных колебаниях их концентрации при одновременно высокой степени гомогенизации на глобальном и локальном уровне, при этом должна быть минимизирована также его конструктивная длина за счет повышенной эффективности, по меньшей мере, на одну смесительную ступень.
Указанная задача решена с помощью динамического смесителя, согласно пункту 1 формулы изобретения. За счет окружного расположения (по периметру) отдельных пропускных каналов образуется, согласно изобретению, объемный поток между предварительной камерой и основной камерой лишь в этих локальных зонах. За счет этого происходит продленное пребывание компонентов в предварительной камере, так что выравниваются временные колебания концентрации подаваемых компонентов.
В предпочтительном варианте выполнения, согласно пункту 6 формулы изобретения, для предварительного смешивания на глобальном уровне перед отдельными каналами расположена, по меньшей мере, одна имеющая большую поверхность смесительная лопасть с проходными отверстиями. Таким образом обеспечивается, согласно изобретению, объемный поток между предварительной камерой и основной камерой лишь во время временного перекрытия поверхностей между вращающимися проходными отверстиями и отдельными каналами.
Другие предпочтительные варианты выполнения изобретения заданы в других зависимых пунктах формулы изобретения.
Ниже приводится подробное пояснение изобретения на основании предпочтительного варианта выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, из которого следуют другие свойства и преимущества изобретения. Фигуры, описание и формула изобретения содержат многочисленные признаки в комбинации, которые специалист может рассматривать также по отдельности и объединять в целесообразные другие комбинации.
При этом на фигурах изображено:
фиг.1 - динамический смеситель, согласно изобретению, при этом корпус изображен в частичном осевом разрезе, вид сбоку;
фиг.2 - динамический смеситель, согласно фиг.1, вид спереди;
фиг.3 - динамический смеситель, вид спереди, согласно фиг.2, при этом удалена крышка корпуса;
фиг.4 - динамический смеситель, вид спереди, согласно фиг.3, при этом из корпуса удален ротор;
фиг.5 - динамический смеситель, согласно фиг.1-4, вид сзади;
фиг.6 - динамический смеситель, согласно фиг.1-5, в изометрической проекции; и
фиг.7 - динамический смеситель, согласно фиг.1-6, в разнесенной изометрической проекции.
Показанный на фиг.1-7 динамический смеситель 1 содержит корпус 2 с телом 3 корпуса, которое закрывается с герметизацией с передней стороны крышкой 4. Для этого крышка 4 имеет цилиндрическую наружную и внутреннюю стенки 6 и 7, расположенные в радиальном направлении на расстоянии друг от друга, между которыми входит имеющаяся на передней стороне в теле 3 корпуса цилиндрическая уплотнительная манжета 5. Вдоль периметра уплотнительной манжеты предусмотрены кольцеобразные выемки 8а, 8b, в которые входят с геометрическим замыканием соответствующие образованные вдоль внутренней стороны наружной стенки 6 крышки 4 выступы.
Имеющая форму кругового диска передняя стенка 9 крышки 4 имеет концентричное отверстие 10 для ротора, которое окружено с наружной стороны цилиндрическим гнездом 11 с несколько большим внутренним диаметром. Впускные отверстия 12, 13 выполнены с различными размерами, при этом впускное отверстие 12 с меньшим диаметром предусмотрено для подачи компонента с меньшей объемной долей при смешивании компонентов. Впускные отверстия 12, 13 окружены на наружной стороне крышки соответствующим цилиндрическим гнездом 14, 15 для патронов с соответствующими компонентами. Внутренний диаметр гнезда 14 имеет больший внутренний диаметр, чем небольшое впускное отверстие 12, в то время как большое впускное отверстие 13 и внутренний диаметр его гнезда 15 имеют одинаковую величину.
За проходящей в осевом направлении уплотнительной манжетой 5 примыкает в теле 3 корпуса сужающийся переходной участок 16. Ограниченное внутренними стенками крышки 4 и переходным участком 16 внутреннее пространство образует предварительную камеру 17, внутри которой происходит предварительное смешивание компонентов относительно глобальной гомогенизации смеси.
На своем заднем конце переходной участок 16 входит в проходящий в осевом направлении короткий цилиндрический участок 18 тела 3 корпуса. За коротким цилиндрическим участком 18 следует после резкого ступенчатого сужения длинный цилиндрический участок 19 с небольшим внутренним диаметром. На заднем конце длинного цилиндрического участка 19 после другого конического сужения 21 расположено цилиндрическое выпускное отверстие 20. Внутреннее пространство тела 3 корпуса, которое ограничено внутренней боковой кромкой 16а переходного участка 16, а также внутренними стенками короткого и длинного цилиндрического участка 18 и 19, соответствует основной камере 22 для смешивания компонентов на локальном уровне.
Вдоль внутренней стенки 16b переходного участка 16 образованы по периметру четыре отдельных углубления 23а-d. Углубления 23а-d проходят по своей длине радиально наклонно назад по существу по всему переходному участку, при этом они на своем переднем закрытом конце граничат с наружной боковой кромкой 16с переходного участка 16, а на своем заднем конце в зоне своей боковой кромки 16а открыты, так что они проходят из предварительной камеры 17 в основную камеру 22. Ширина углублений 23а-d проходит лишь по части окружности переходного участка 16. При этом соседние углубления 23а-d имеют в окружном направлении переходного участка 16 одинаковое расстояние между ними. За счет углублений создаются отдельные каналы 23а-d для предварительно смешанных компонентов, которые обеспечивают возможность перехода из предварительной камеры 17 в основную камеру 22. В наружной стенке корпуса имеются соответствующие углублениям 23а-d на внутренней стороне локальные выступы 24а-d.
Указанный корпус 2 имеет длину около 6 см и на своей передней стороне ширину около 4 см и состоит из отлитой под давлением пластмассы.
В корпусе 2 расположен ротор 30. Ротор 30 имеет ось 31 ротора, которая выступает через отверстие 10 для ротора и цилиндрическое гнездо 11 в передней стенке 9 крышки 4 и тем самым обеспечивает возможность соединения на своем переднем свободном конце с приводным валом смесителя.
В задней зоне предварительной камеры 17 расположена задняя смесительная лопасть 33 на оси 31 ротора. Внутренний участок 34 задней смесительной лопасти 33 имеет форму проходящего в радиальном направлении, плоского кругового диска, который расположен концентрично вокруг роторной оси 31. К наружной окружности внутреннего участка 34 лопасти примыкает наружный участок 35 лопасти, который содержит четыре лопатки 36а-d, которые имеют каждая по существу форму изогнутого сегмента кругового кольца. Лопатки 36а-d расположены на одинаковом расстоянии друг от друга и, исходя из внутреннего участка 34 лопасти, наклонены вперед в радиальном направлении, так что наружный участок 35 лопасти на своей впускной стороне имеет направленную радиально внутрь впадину. За счет достигаемой тем самым тарельчатой формы задняя смесительная лопасть 33 служит в качестве временного приемного резервуара во время процесса регулирования концентрации и предварительного смешивания компонентов.
В центральной зоне каждой из лопаток 36а-d расположен соответствующий завихряющий элемент 37а-d в виде осевого имеющего форму цапфы выступа. Две боковые кромки 38а, b каждой из лопаток 36а-d скошены назад. За счет одинакового расстояния между соседними лопатками 36а-d в направлении периметра задней смесительной лопасти образованы четыре проходных отверстия 39а-d для компонентов.
Наружный контур образованной так задней смесительной лопасти 33 согласован с внутренней стенкой 16b переходного участка 16, при этом наклон и длина лопаток 36а-d по существу соответствуют наружному контуру внутренней стенки 16b переходного участка 16, и расположенный сзади короткий цилиндрический участок 18 по существу совпадает по своему поперечному сечению с внутренним участком 34 лопасти. За счет этого достигается уплотнение предварительной камеры 17 от основной камеры 22, так что пропускание компонентов происходит лишь через проходные отверстия 39а-d и расположенные сзади отдельные каналы 23а-d. При этом ширина проходных отверстий 39а-d и ширина отдельных каналов 23а-d имеют примерно одинаковый порядок величины, при этом переходные отверстия 39а-d предпочтительно несколько шире. Минимальное расстояние в осевом направлении между внутренней стенкой 16b переходного участка 16 и задней смесительной лопастью 33 предотвращает сильное трение друг с другом этих элементов при вращении оси 31 ротора и вызываемое ходкостью смесительной лопасти сбрасывание материала вдоль внутренней стенки.
Ротор 30 содержит внутри предварительной камеры 17 в осевом направлении перед задней смесительной лопастью 33 переднюю смесительную лопасть 40. Передняя смесительная лопасть 40 состоит по существу из четырех планкообразных смесительных лопастей 41а-d. Смесительные лопасти 41а-d проходят в радиальном направлении от оси 31 ротора с длиной, которая при рассматривании в радиальном направлении достигает наружной окружности расположенной за ними задней смесительной лопасти 33. При этом они граничат изнутри с внутренней стенкой 7 крышки 4, но не соприкасаются со стенкой. При этом смесительные лопасти 41а-d расположены каждая перед проходным отверстием 39а-d, так что их площадь проекции в осевом направлении выступает в соответствующее одно из проходных отверстий 39а-d. Ширина смесительных лопастей 41а-d меньше ширины проходных отверстий 39а-d, так что проходные отверстия 39а-d не перекрываются, как показано, в частности, на фиг.3 на виде спереди. Площадь поперечного сечения в осевом направлении смесительных лопастей 41а-d имеет форму трапеции, при этом проходящие в осевом направлении стороны соответствующей лопастной лопатки 41а-d выполнены с такой наклонной поверхностью, что она в направлении R вращения смесительной лопасти имеет подъем. При этом задняя сторона выполнена с меньшим подъемом и с большей поверхностью.
Внутри основной камеры 22 ротор 30 имеет пять других смесительных лопастей 42а-d, 43. В конце короткого цилиндрического участка 18 расположена смесительная лопасть 43, которая по сторонам и сзади граничит со ступенчатым сужением между коротким цилиндрическим участком 18 и длинным цилиндрическим участком 19, не соприкасаясь со стенкой. При этом смесительная лопасть 43 состоит из четырех по существу выполненных в своем радиальном поперечном сечении квадратных лопастных лопаток 44а-d, которые расположены каждая по периметру в зоне, в которой задняя смесительная лопасть 33 имеет в предварительной камере 17 проходные отверстия 39а-d. Однако лопастные лопатки 44а-d не выступают в радиальном направлении за наружный периметр внутреннего участка 34 задней смесительной лопасти 33. За счет окружного кольцеобразного выступа вдоль оси 31 ротора лопастные лопатки 44а-d соединены друг с другом в своем начальном участке.
В осевом направлении прохождения примыкающего длинного цилиндрического участка 19 предусмотрены четыре другие смесительные лопасти 42а-d, содержащие каждая четыре лопастные лопатки. Все лопастные лопатки смесительных лопастей 42а-d выполнены идентично и имеют в радиальном направлении по существу зазубренную форму, которая округлена на передней в направлении R вращения стороне. В осевом направлении они выполнены длиннее, чем лопатки 44а-d. Лопатки смесительных лопастей 42а-d граничат с внутренней стенкой длинного цилиндрического участка 18, но не соприкасаются со стенкой. При этом они выровнены по периметру относительно лопаток следующих смесительных лопастей 42а-d, при этом расположение происходит позади одной из лопаток 44а-d смесительной лопасти 43. Четыре проходящих в осевом направлении, удлиненных выступа оси 31 ротора проходят от задней стороны задней смесительной лопасти 33 через соответствующие лопатки 44а-d вплоть до соответствующих лопаток самой передней из лопаток 42а-d.
В процессе смешивания компонент с небольшой объемной долей продавливается через небольшое впускное отверстие 12, а компонент с более высокой объемной долей продавливается через большое впускное отверстие 13 в предварительную камеру 17. При прохождении передней смесительной лопасти 40 вызывается первое завихрение, в частности, компонента с меньшей объемной долей, после чего компоненты попадают на тарельчатую поверхность задней смесительной лопасти 33.
За счет ограниченной ширины отдельных каналов 23а-d, которые дополнительно к этому открыты лишь временно, а именно во время осевого перекрывания с проходными отверстиями 39а-d вращающейся задней смесительной лопасти 33, выход компонентов из предварительной камеры 17 в основную камеру 22 замедляется. За счет подходящего выбора числа и размера отдельных каналов 23а-d, а также проходных отверстий 39а-d обеспечивается возможность регулирования в широких пределах, почти произвольно, длительности пребывания компонентов на тарельчатой поверхности задней смесительной лопасти 33. За счет этого можно, например, достигать того, что в начале процесса смешивания предварительная камера должна быть сначала почти полностью заполнена подаваемыми компонентами, прежде чем компоненты попадут в основную камеру.
За счет выполнения с большой поверхностью задней смесительной лопасти 33 в этот промежуток времени регулируется с высокой точностью концентрация соответствующих компонентов смеси и одновременно выполняется предварительное смешивание для достижения тем самым глобальной гомогенизации смеси. Последнее улучшается, в частности, с помощью элементов 37а-d на лопастных лопатках 36а-d, которые вызывают завихрение компонентов, соответственно, предварительной смеси во время перемещения вдоль поверхности задней смесительной лопасти 33.
Одновременно срезающее действие передней смесительной лопасти 40 со скошенными осевыми боковыми кромками ее смесительных лопастей 41а-d способствует процессу смешивания. Поскольку поверхность их осевой проекции выступает в соответствующее одно проходное отверстие 39а-d задней смесительной лопасти 33, то предотвращается попадание подаваемых компонентов непосредственно в проходные отверстия 39а-d без попадания на наружный, соответственно, внутренний лопастной участок 35 или, соответственно, 34. Кроме того, имеющая большую поверхность задняя боковая кромка смесительных лопастей 41а-d обеспечивает перенаправление предварительно смешанной массы в направлении проходных отверстий 39а-d для подачи в отдельные каналы 23а-d.
Таким образом, уже в предварительной камере 17 достигается высокая степень глобальной гомогенизации смеси. За счет этого можно уменьшать количество смесительных лопастей 42а-d, 43 в основной камере 22 с получением, тем не менее, отличной степени глобальной и локальной гомогенизации смеси при выходе из выпускного отверстия 20. Это приводит к экономящему стоимость и конструктивное пространство выполнению смесителя 1, в частности, относительно его общей осевой длины.
Из описания предпочтительного примера выполнения для специалиста очевидны многочисленные модификации без выхода за объем защиты изобретения, который задается формулой изобретения.
Так, число отдельных каналов 23а-d не обязательно должно соответствовать числу проходных отверстий 39а-d для обеспечения желаемой длительности пребывания смеси в предварительной камере 17. Кроме того, переходной участок 16 может быть реализован не в виде интегральной части корпуса 2. Например, при этом может быть предусмотрен во внутреннем пространстве корпуса 2 сужающийся в дальнем направлении элемент.
Кроме того, отдельные каналы 23а-d и/или проходные отверстия 39а-d могут изменяться по своей ширине, в частности, иметь увеличивающуюся или уменьшающуюся ширину вдоль переходного участка 16 для регулирования тем самым желательного объемного потока из предварительной камеры 17 в основную камеру 22. Может изменяться также их глубина.
Кроме того, отдельные каналы 23а-d могут иметь наряду с их длиной в радиальном направлении к центру и направленной косо назад длиной также окружное наклонное положение вдоль переходного участка 16, так что объемный поток компонентов из предварительной камеры 17 в основную камеру 22 имеет наряду с центральной составляющей также окружные составляющие.
Кроме того, в компонент с более высокой объемной долей можно подмешивать более одного другого компонента с небольшой объемной долей. В этом случае необходим дополнительный вход в передней стенке 9 крышки 4. Кроме того, выполнение динамического смесителя 1 обеспечивает также преимущества, когда компоненты имеют одинаковое соотношение смешивания, при этом необходимо предусматривать одинаковые впускные отверстия 12, 13.
Конструктивная длина корпуса 2 смесителя может изменяться в зависимости от вида и количества подлежащих смешиванию компонентов и количества предусматриваемых смесительных ступеней. Например, в смесителе для изготовления слепочных масс для зубных слепков возможна общая длина между 3 см и 10 см.
Перечень позиций
1. Динамический смеситель
2. Корпус
3. Тело корпуса
4. Крышка
5. Уплотнительная манжета
6. Наружная стенка крышки
7. Внутренняя стенка крышки
8а, b. Выемки
9. Передняя стенка крышки
10. Отверстие для ротора
11. Цилиндрическое гнездо
12. Небольшое впускное отверстие
13. Большое впускное отверстие
14. Гнездо малого впускного отверстия
15. Гнездо большого впускного отверстия
16. Переходной участок
16а. Внутренняя боковая кромка переходного участка
16b. Внутренняя стенка переходного участка
16с. Наружная боковая кромка переходного участка
17. Предварительная камера
18. Короткий цилиндрический участок
19. Длинный цилиндрический участок
20. Выпускное отверстие
21. Сужение на стороне выпуска
22. Основная камера
23а-d. Отдельные каналы
24а-d. Выступы
30. Ротор
31. Ось ротора
32. Передний свободный конец ротора
33. Задняя смесительная лопасть
34. Внутренний участок лопасти
35. Наружный участок лопасти
36а-d. Лопатки
37а-d. Завихряющие элементы
38а, b. Боковая кромка лопастных лопаток
39а-d. Проходные отверстия
40. Передняя смесительная лопасть
41а-d. Лопатки
42а-d. Смесительные лопасти
43. Смесительная лопасть
44а-d. Лопатки
R. Направление вращения ротора.