МЕСИЛЬНЫЙ ОРГАН И МЕШАЛКА
KNEADING TOOL AND MIXER

Изобретение относится к месильному органу мешалки для перемешивания и/или гомогенизирования или, соответственно, суспендирования текучих сред. Кроме того, изобретение относится к мешалке для перемешивания и/или гомогенизирования или, соответственно, суспендирования текучих сред, по меньшей мере, с двумя подобными месильными органами.
Мешалки используются в самых разных областях применения. В качестве возможных областей применения здесь в качестве примера следует указать изготовление красок и лаков или изготовление напитков и продуктов питания. Также при изготовлении фармацевтических продуктов и косметики, как правило, необходимо применение мешалок, а также при производстве бумаги и керамики. В соответствии с каждой областью применения используются для перемешивания и/или гомогенизирования или, соответственно, суспендирования соответствующих материалов различные системы мешалок. Известны, например, бочковые и контейнерные мешалки, которые располагаются в или на соответствующей емкости, или самонесущие мешалки со штативом. Также емкости от малого до большого объема для хранения или транспортировки смесей веществ могут быть оснащены мешалкой, для того чтобы предотвращать расслоение смесей во время хранения или транспортировки. Мешалка согласовывается с соответствующим перемешиваемым продуктом, а также с формой и размерами соответствующей емкости.
Мешалки включают в себя, как правило, приводимый в движение электродвигателем вращающийся вал, при помощи которого один или несколько соединенных с вращающимся 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.
Известные в уровне техники месильные органы включают в себя сплошные трубчатые тела, сквозь которые протекает перемешиваемый материал.
Так, например, уже давно известны ковшовые мешалки. Такие мешалки подвергают перемешиваемый материал сильным изменениям скорости потока, что приводит к относительно большим механическим нагрузкам перемешиваемого материала. Для чувствительных перемешиваемых материалов такие мешалки подходят лишь с ограничениями. Усовершенствования этих мешалок часто имеют выполненные конструктивно относительно сложно месильные органы, однако придерживаются принципа прохождения месильного органа перемешиваемым материалом.
Из DE 39 01 894 A1 известна мешалка, которая при относительно низкой скорости движения месильных органов должна делать возможным полное перемешивание текучей среды. Мешалка в соответствии с этим должна также подходить для обработки чувствительных смесей веществ. Мешалка включает в себя вал с проходящими перпендикулярно к продольной оси вала рычагами, которые на своих свободных концах соответственно несут месильный орган. Каждый месильный орган состоит из трубчатого тела, которое, по меньшей мере, частично выполнено с коническим ходом. Конический ход вызывает то, что поперечное сечение потока трубчатого тела уменьшается в направлении потока, то есть против направления вращения, и в соответствии с этим вызывает повышение скорости потока протекающего перемешиваемого продукта. Кроме того, продольная ось месильного органа установлена под наклоном вниз в направлении вращения. На фазе разгона перемешиваемый продукт протекает сквозь месильные органы, следовательно, ламинарно. Однако, как только они достигли заданной минимальной скорости, поток внутри месильных органов принуждается благодаря давлению подпора к развороту. Следующий из этого обратный поток должен вызывать то, что уже при низкой потребляемой мощности привода, то есть при низких скоростях движения месильных органов, может достигаться обширный и, тем не менее, щадящий перемешивающий эффект.
Из DE 201 16 967 U1 следует далее месильное тело для устройства для перемешивания текучих сред, конструкция которого должна делать возможным улучшенное перемешивание перемешиваемого продукта. В частности, месильное тело должно подходить для перемешивания или смешивания высоковязких текущих сред или высоковязкого текучего перемешиваемого продукта. Для этого месильное тело имеет наружную стенку и дно на одном конце наружной стенки, причем дно имеет, по меньшей мере, одно отверстие в качестве поперечного сечения потока перемешиваемого продукта. Наружной стенкой захватывается частичный поток перемешиваемого продукта, который при столкновении с дном испытывает изменение направления. Изменение направления вызывает турбулизацию перемешиваемого продукта, в частности сбоку и за месильным телом. Турбулизация в свою очередь вызывает то, что происходит хорошее перемешивание перемешиваемого продукта.
Из DE 10 2006 043 498 A1 следует дисперсионная машина для изготовления порошковых смесей с парой выполненных в зеркальном отражении элементов ротор/статор, которая выполнена таким образом, что между ротором и статором образовывается щелевидный рабочий объем, сквозь который во время работы дисперсионной машины проходит порошковая суспензия. При этом благодаря вращениям ротора в порошковую суспензию вводятся тангенциальные усилия (сдвига), которые вызывают хорошее перемешивание и/или гомогенизирование порошковой суспензии. Предложенная дисперсионная машина должна подходить в частности для изготовления гомогенных суспензий в производстве твердых сплавов и металлокерамики.
Указанные мешалки ограничены в отношении своей применимой частоты вращения. При высоких частотах вращения перемешивающее действие резко сокращается. Следовательно, вводимая мощность ограничена, что является недостатком, например, при газации, диспергировании, эмульгировании или при загрузке порошков.
Исходя из вышеуказанного уровня техники, в основе данного изобретения лежит задача предоставить месильный орган и мешалку с такими месильными органами, который/которая при простой конструкции делает возможным улучшенное ведение мощности.
Для решения задачи предлагается месильный орган с признаками пункта 1 формулы изобретения, а также мешалка с признаками пункта 5 формулы изобретения. Предпочтительные усовершенствования соответствующего изобретению месильного органа и соответствующей изобретению мешалки указываются в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.
Соответствующий изобретению месильный орган является шаровидным. Под этим в рамках изобретения понимается следующее:
- Месильный орган имеет наружную поверхность, которая принципиально (преимущественно) изогнута. Предпочтительно наружная поверхность в целом изогнута, то есть не имеет граней и пиков. Месильный орган принципиально является круглым телом.
- Наружная поверхность замкнута (то есть не имеет отверстий), так что месильный орган только с наружной стороны (своей наружной стороной) вступает в контакт с перемешиваемым материалом. Это не исключает, что при не строго шарообразном исполнении месильного органа предусматриваются вогнутости или тому подобное наружной поверхности.
- Месильный орган может, однако не должен, быть выполнен симметричным. Предпочтительно месильный орган является с геометрической точки зрения шарообразным, однако он может быть также эллипсоидом или выполненным несимметрично, подобным круглым телом.
- Если месильный орган не является строго шарообразным, то он имеет максимальный и минимальный радиус, причем максимальный радиус больше, чем минимальный радиус. Предпочтительно разница величин этих радиусов не больше 5, и наиболее предпочтительно максимальный радиус меньше, чем двойной минимальный радиус.
- Месильный орган может быть полым телом или стоять из сплошного материала.
Изобретение отходит тем самым принципиально от концепта проточных месильных органов. У известных в уровне техники решений с месильными органами - трубчатыми телами перемешиваемый материал при помощи ускорения и изменения направления созданного потока стимулируется на стенке емкости к перемешиванию. При этом принципиально имеют дело с избыточным давлением, то есть усилиями сжатия. Мешалки с шаровидными месильными органами согласно изобретению представляются до сих пор не известными.
У соответствующего изобретению месильного органа его форма вызывает избыточное давление в направлении движения перед месильным органом, ускорение перемешиваемого материала с наружной стороны вокруг месильного органа и низкое давление в перемешиваемом материале в направлении движения за месильным органом. Так как перемешиваемый материал практически не поддается сжатию и очень быстро переводится из области избыточного давления перед месильным органом в область низкого давления за месильным органом, возникает подсасывающее действие или действие расширения на перемешиваемый материал, что способствует расщеплению структуры перемешиваемого материала и содействует перемешиванию.
Благодаря форме месильного органа перемешивание перемешиваемого материала является при этом очень щадящим. Тангенциальные напряжения в значительной мере предотвращаются. В частности, благодаря области низкого давления за месильным органом осаждения в емкости отделяются очень эффективно, но бережно и смешиваются без введения существенных тангенциальных усилий.
Конструкция соответствующей изобретению мешалки делает возможной очень близкую к стенке работу без опасности повреждений стенки емкости. Кроме того, соответствующая изобретению мешалка может легко очищаться, тем более что на замкнутых месильных органах перемешиваемый материал не может скапливаться.
Соответствующая изобретению мешалка делает возможной улучшенную газацию продукта, так как из-за по существу ненаправленного потока в продукте большие газовые пузыри практически не образовываются.
Несколько месильных органов предпочтительно одинаковы по размеру и по форме.
Предпочтительно все месильные органы закреплены на расстоянии друг от друга при помощи несущих рычагов на вращающемся валу мешалки. Также предпочитается расположение всех месильных органов на одинаковом расстоянии от вращающегося вала и на одинаковом расстоянии друг от друга, то есть в соответствии с симметричным "звездным" расположением вокруг вращающегося вала.
Далее предлагается мешалка для перемешивания и/или гомогенизирования или, соответственно, суспендирования текучих сред, по меньшей мере, с двумя соответствующими изобретению месильными органами, причем каждый месильный орган соединен несущим рычагом со ступицей для соединения с приводимым в движение вращающимся валом.
Предпочтительным является симметричное относительно оси вращения мешалки расположение месильных органов. Кроме того, предпочтительным является то, что все месильные органы расположены на одинаковом расстоянии от оси вращения мешалки.
Предусмотренные для соединения месильных органов с приводимым в движение вращающимся валом несущие рычаги предпочтительно расположены на одинаковом угловом расстоянии друг относительно друга и в одной общей радиальной плоскости. То есть несущие рычаги предпочтительно проходят в радиальном направлении. Предпочтительный вариант осуществления изобретения разъясняется в дальнейшем более подробно на основе чертежа. На чертеже показан:
фиг. 1 - трехмерный вид в перспективе соответствующей изобретению мешалки.
Мешалка с фиг. 1 имеет три соответствующих изобретению месильных органа 1, каждый из которых соединен несущим рычагом 3 со ступицей 2.
В примере осуществления месильные органы 1 являются шарообразными. Они образуются шарообразными полыми телами из металла или пластика, которые закреплены соответственно на внешнем в радиальном направлении конце несущего рычага 3.
Во время эксплуатации ступица 2 соосно соединена с непоказанным вращающимся валом мешалки для совместного вращения вокруг оси вращения мешалки. Месильные органы перемещаются, следовательно, во время эксплуатации по общей круговой траектории вокруг вращающегося вала.
Изобретение не ограничено изображенным на фиг. 1 по 4 вариантом осуществления. В частности, может варьироваться количество месильных органов 1, а также их форма поперечного сечения и их расположение друг относительно друга. Кроме того, изобретение не ограничено выбранными на чертеже размерами. Конкретные размеры получаются соответственно в зависимости от предусмотренной области применения и согласованы в частности с размерами принимающей перемешиваемый продукт емкости.