CZ299424B6

CZ299424B6 - Uzavrený mísic pro mísení elastomeru a podobných materiálu

Info

Publication number: CZ299424B6
Application number: CZ0417399A
Authority: CZ
Inventors: Regalia@Roberto
Original assignee: Techint Compagnia Tecnica Internazionale S. P. A.
Priority date: 1998-11-30
Filing date: 1999-11-23
Publication date: 2008-07-23
Also published as: KR100671715B1; ES2227967T3; PL194990B1; EP1005969B1; TR199902933A2; PT1005969E; CA2290923A1; BR9905762A; CN1330474C; JP2000225614A; ATE275028T1; KR20000047752A; ITMI982589A1; DK1005969T3; CZ417399A3; TR199902933A3; PL336837A1; US20010050880A1; IT1303885B1; HRP990368A2

Abstract

Uzavrený mísic (1) pro mísení elastomeru a podobných materiálu obsahuje mísicí komoru (2), vymezenou stenami (3a, 3b) a rozdelenou na dve polokomory (2a, 2b), v každé z nich je uvnitr uložen rotor (5), který má první úsek (L1) o vetší délce v axiálním smeru, vymezující tlacnou lopatku (6), a druhý úsek (L2) o menší délce v axiálním smeru, vymezující protitlacnou lopatku (7). Oba rotory (5) jsou vzájemne vuci sobe fázove posunuty. Tlacná lopatka (6) i protitlacná lopatka (7) mají vrchol o šírce (B), pricemž úhel (C) vstupu do mísice (1) a úhel (D) výstupu z mísice (1) u alespon jedné tlacné lopatky (6) nebo protitlacné lopatky (7) má úhel (.beta., .sigma.) stoupání šroubovice, který je promenlivý podél axiálního rozpetí lopatky (6, 7).

Description

Vynález se týká uzavřeného mísiče pro míšení elastomerů a podobných materiálů, který obsahuje mísicí komoru, vymezenou stěnami a rozdělenou na dvě polokomory, v každé z nichž je uvnitř uložen rotor, který má první úsek o větší délce v axiálním směru, vymezující tlačnou lopatku, a druhý úsek o menší délce v axiálním směru, vymezující protitlačnou lopatku, přičemž oba rotory jsou vzájemně vůči sobě fázově posunuty.

Dosavadní stav techniky

Je všeobecně známo, že v oblasti zpracovávání pryže a plastových materiálů jsou používány mísicí stroje takového typu, který je nazýván „vnitřní mísicí zařízení“, a to za účelem získávání směsi, vhodné pro transformaci na hotový výrobek nebo polotovar, přičemž jsou takovéto mísicí stroje opatřeny uvnitř mísicí komorou (rozdělenou na dvě polokomory), kteráje uvnitř opatřena dvěma rotory s rovnoběžnými osami, které mohou být tangenciálního nebo vzájemně do sebe pronikajícího typu.

Tyto rotory mají v podstatě za úkol provádět následující funkce:

- vpravování různých složek, které vytvářejí zpracovávaný materiál, který bude v dalším z důvodů zjednodušení nazýván směsí;

- disperze neboli rozptylování, to jest snižování průměru plniv, jako jsou například saze nebo křemen, přiváděných do směsi;

- distribuce a homogenizace plniv uvnitř směsi za účelem dosažení pokud možno co největší stejnorodosti směsi v celé její hmotě.

Je rovněž všeobecně známo, že pokud disperze závisí na charakteristických znacích průtokového pole, jako je například střihová síla nebo deformační gradient, kterými jsou rotory schopny působit na směs během otáčení, pak distribuce plniv v polymemí základové hmotě závisí na účinnosti rychlostního pole zvnitř mísicí komory, zejména na kapacitě rotorů pro účely pohybu směsi bez vytváření stagnačních bodů a při současném zaručení, aby směs proudila z jedné polokomory do druhé.

Různé uspořádání a geometrické tvary rotorů tak vytvářejí dva odlišné typy mísícího působení, které lze definovat následovně:

- disperzní míšení = vmíchávání částic plniva do elastomerního základového materiálu a snižování průměru hlavních částic u jednotlivých obsažených složek; a

- distributivní míšení = stejnoměrné rozdělování a homogenizace částic uvnitř směsi.

Zejména je známo, že za účelem dosahování distributivního míšení je nezbytné, aby byla směs podrobena dvěma různým tlakům, to jest osovému tlaku, který způsobuje proudění částic směsi v osovém směru uvnitř polokomory, a příčnému tlaku, který způsobuje, že směs přechází z jedné polokomory do druhé.

Rovněž je známo, že je příliš obtížné maximalizovat obě různá mísicí působení současně, jelikož uspořádání a geometrické tvary mísících rotorů (uložených uvnitř příslušných polokomor mísi50 cích strojů), které určují zdokonalení disperzního míšení, mají tendenci zhoršovat charakteristické znaky distributivního míšení a naopak.

Bylo vyvinuto značné úsilí za účelem vyvinutí takové konstrukce uspořádání rotorů, která by zajistila nejenom přijatelnou vyváženost mezi oběma rozdílnými mísícími působeními, avšak rovněž současnou optimalizaci těchto dvou mísících působení.

Příklady takových známých rotorů jsou popisovány například v britském patentovém spise GB 2 024 635, kde je rotor rozdělen na dva osové úseky o různé délce, vytvářející příslušnou tlačnou lopatku (o větší délce) a příslušnou protitlačnou lopatku (o menší délce).

Rotor má konstantní úhly stoupání šroubovice a přestože je funkční, tak v důsledku toho pracuje ío stejným způsobem ve všech zónách průtokového pole uvnitř mísící komory, což neumožňuje současnou maximalizaci disperzního a distributivního mísícího působení v celém průtokovém poli v mísící komoře.

Podstata vynálezu

Vytyčený technický problém spočívá v tom, že je nutno vyvinout rotor pro stroje na míšení elastomerních produktů, který bude mít geometrické charakteristiky, vztahující se k trojrozměrnému tvaru a průřezu, které budou takové, aby umožňovaly současnou maximalizaci disperzního a distributivního mísícího působení v každém bodě průtokového pole.

V rámci tohoto problému je dalším požadavkem potřeba vytvořit optimální úhel fázového posunu mezi dvěma identickými rotory, uspořádanými vzájemně vůči sobě rovnoběžně uvnitř mísícího stroje.

Shora uvedené technické problémy byly v souladu s předmětem tohoto vynálezu vyřešeny tak, že byl vyvinut uzavřený mísič pro míšení elastomerů a podobných materiálů, obsahující mísící komoru, vymezenou stěnami a rozdělenou na dvě polokomory, v každé z nichž je uvnitř uložen rotor, který má první úsek o větší délce v axiálním směru, vymezující tlačnou lopatku, a druhý úsek o menší délce v axiálním směru, vymezující protitlačnou lopatku, přičemž oba rotory jsou vzájemně vůči sobě fázově posunuty.

Tlačná lopatka i protitlačná lopatka mají plochý vrchol, přičemž úhel vstupu do mísiče a úhel výstupu z mísiče u alespoň jedné tlačné lopatky nebo protitlačné lopatky má úhel stoupání šroubovice, který je proměnlivý podél axiálního rozpětí lopatky.

Úhel fázového posunu mezi dvěma rotory má s výhodou velikost od 70 do 125°.

U výhodného provedení má úhel fázového posunu zejména velikost od 85 do 120°.

Poměr mezi minimální vzdálenosti vrcholu rotoru od stěny komory a průměrem rotoru leží s výhodou v rámci následujících hodnot:

0,01 < A/D5 <0,015.

U výhodného provedení leží poměr mezi minimální vzdálenosti vrcholu rotoru od stěny komory a šířkou vrcholu rotoru zejména v rámci následujících hodnot:

0,10 < A/B < 0,5.

U jiného výhodného provedení leží poměr mezi minimální vzdálenosti vrcholu rotoru od stěny komory a šířkou vrcholu rotoru v rámci následujících hodnoto:

0,15 < A/B <0,25.

Úhel stoupání šroubovice lopatky se s výhodou mění kontinuálním způsobem.

Úhel stoupání šroubovice lopatky se může rovněž měnit nekontinuálním způsobem.

-2CZ 299424 B6

Tlačná lopatka nebo protitlačná lopatka má s výhodou první úsek s úhlem o velikosti od 15 do 75°.

Uhel prvního úseku tlačné lopatky nebo protitlačné lopatky má s výhodou velikost od 30 do 60°.

Tlačná lopatka nebo protitlačná lopatka má s výhodou druhý úsek s úhlem o velikosti od 15 do 5 75°.

Uhel druhého úseku tlačné lopatky nebo protitlačné lopatky má s výhodou velikost od 25 do 60°.

Jak tlačná lopatka, tak protitlačná lopatka každého rotoru má úhel stoupání šroubovice, který je s výhodou proměnlivý podél jejího rozpětí.

ío Poměr axiálních délek druhého a prvního úseku protitlačné lopatky a tlačné lopatky má s výhodou velikost od 0,05 do 0,5.

Uhel vstupu do mísiče má s výhodou velikost od 15 do 35°.

U výhodného provedení má úhel vstupu do mísiče velikost zejména od 20 do 25°.

Uhel výstupu z mísiče má s výhodou velikost od 25 do 70°.

U výhodného provedení má úhel výstupu z mísiče velikost zejména od 35 do 60°.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude v dalším podrobněji vysvětlen na neomezujících příkladech jeho provedení, jejichž popis bude podán s přihlédnutím k přiloženým obrázkům výkresů, kde:

obr. 1 znázorňuje schematický pohled v řezu na vnitřní mísicí zařízení známého konvenčního typu;

obr. 2 znázorňuje axonometrický pohled na rotor podle tohoto vynálezu;

obr. 3 znázorňuje nárysný boční pohled na rotor podle obr. 2;

obr. 4 znázorňuje nárysný boční pohled na rotor podle obr. 2, pootočený o 90°; obr. 5 znázorňuje rovinné rozvinutí profilu rotoru podle tohoto vynálezu;

obr. 6 znázorňuje pohled v řezu na mísicí komoru se zvětšeným detailem vnějšího okraje rotoru podle tohoto vynálezu;

obr. 7 znázorňuje půdorysný pohled na mísicí komoru mísícího stroje, vybavenou dvěma rotory podle tohoto vynálezu;

obr. 8 znázorňuje pohled v řezu, přičemž řez je veden v rovině podél čáry VIII—VIII z obr. 7; a obr. 9 znázorňuje rovinné rozvinutí dalšího profilu rotoru podle tohoto vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Jak je znázorněno na přiložených obrázcích výkresů, tak uzavřený mísič I obsahuje horní přívodní část la, mísicí komoru 2 a základnu lb se stavidlem 20 pro otevírání mísicí komory 2 za účelem vyjmutí směsi na konci pracovního cyklu.

Mísicí komora 2 je dále tvořena dvěma stěnami 3a, 3b a dvěma rameny (přičemž je na vyobrazení podle obr. 1 viditelné pouze jedno rameno 4b), které definují typické uspořádání vzájemně se protínajících obvodů mísicí komory 2, která je tak rozdělena na dvě mísicí polo45 komory 2a, 2b, uvnitř kterých jsou uloženy příslušné rotory 5, které jsou u daného příkladného provedení tangenciálního typu, a které se otáčejí kolem příslušných podélných os 5a, 5b.

-3 CZ 299424 B6

Rotory 5 mají v podstatě válcovitý tvar s celkovou délkou Las průměrem D5, avšak jsou rozděleny v podélném směru na dva oddělené úseky, z nichž jeden úsek LI o větší délce vytváří mísící tlačnou lopatku 6, zatímco druhý úsek L2 o menší délce vytváří mísící protitlačnou lopatku 7.

Rotory 5 jsou dále uspořádány vzájemně proti sobě uvnitř mísící komory 2 (viz obr. 1 a obr. 7) tak, že každá mísící tlačná lopatka 6 má svou odpovídající mísící protitlačnou lopatku 7 druhého rotoru 5, takže vytvářejí tlakový gradient mezi dvěma rotory 5, který usnadňuje průchod směsi z jedné mísicí polokomory 2a do druhé mísící polokomory 2b, což umožňuje uzavírání průchozí to dráhy částic směsi, které tak cirkulují uvnitř mísicí komory 2 a procházejí zjedné mísicí polokomory 2a do druhé mísicí polokomory 2b, což způsobuje požadované distributivní míšení.

Jak je znázorněno na vyobrazeních podle obr. 2 a podle obr. 3, mají rotory 5 mísicí tlačnou lopatku 6 s úhlem β stoupání šroubovice (což je úhel mezi osou otáčení rotoru a tečnou k jakémukoliv bodu na vrcholu šroubovice), který je proměnlivý podél rozpětí šroubovice vlastní lopatky.

Tato proměnlivost může být kontinuálního typu nebo nekontinuálního typu.

Mísicí tlačná lopatka 6 (viz obr. 3 a obr. 5) pak zejména má:

- první úsek 6a s osovou délku L3, ležící pod úhlem β3 o velikosti od 15 do 75°, přičemž s výhodou má tento úhel β3 velikost od 15 do 60°; a

- druhý úsek 6b s osovou délkou L4, ležící pod úhlem β4 o velikosti od 15 do 75°, přičemž s výhodou má tento úhel β4 velikost od 25 do 60°.

Bylo rovněž prokázáno, že poměr mezi délkami úseků LI a L2 v podélném směru, to jest tlačného úseku rotoru a protitlačného úseku rotoru může být s výhodou od 0,05 do 0,5.

Kromě proměnlivého úhlu vstupu tlačné lopatky bylo rovněž experimentálně prokázáno, že zdokonalení v disperzním mísícím působení je dosahováno s takovým průřezem rotoru, který má následující charakteristiky, znázorněné na vyobrazení podle obr. 6, přičemž parametry A, B, C, D mají následující význam:

A - minimální vzdálenost A mezi vrcholem rotoru 5 a vnitřní stěnou přidružené mísicí polokomory;

B - šířka B vrcholu rotoru 5;

C - úhel C vstupu do mísiče 1;

D - úhel D výstupu z mísiče I.

Geometrie průřezu je s výhodou charakterizována zejména hodnotami parametru A tak, že:

- poměr mezi minimální vzdáleností vrcholu rotoru 5 o průměru D5 a stěny komory 2 leží v rámci následujících hodnot:

0,01 < A/D5 <0,015

- poměr mezi minimální vzdáleností A vrcholu rotoru 5 od stěny komory 2 a šířkou B vlastního 45 vrcholu leží v rámci následujících hodnot:

0,10<A/B<0,5 a s výhodou pak:

0,15 <A/B< 0,25

-4CZ 299424 B6

- úhel C vstupu do mísiče i leží mezi hodnotami 15 a 35°, s výhodou pak mezi hodnotami 20 a 25°;

- úhel D výstupu z mísiče 1 leží mezi hodnotami 25 a 70°, s výhodou pak mezi hodnotami 35 a 60°.

Parametr úhlu D má tak tendenci se zvyšovat, jelikož čím je větší jeho hodnota, tím větší je prostor, který je vytvářen mezi protitlačnou lopatkou a tlačnou lopatkou obou rotorů, čímž dochází ke zvyšování tlakového gradientu v zóně, kde směs přechází z jedné polokomory do druhé, což přispívá k celkovému zlepšení distributivního míšení.

ío Na vyobrazení podle obr. 9 je znázorněno rovinné rozvinutí dalšího profilu rotoru 5 podle tohoto vynálezu: v tomto případě je to protitlačná lopatka 7, která má úhel σ stoupání šroubovice, který je proměnlivý podél rozpětí šroubovice.

Protitlačná lopatka 7 má zejména:

- první úsek 7a s osovou délkou L6, ležící pod úhlem σ3 o velikosti od 15 do 75°, přičemž s výhodou má tento úhel σ3 velikost od 30 do 60°; a

- druhý úsek 7b s osovou délkou L7, ležící pod úhlem σ4 o velikosti od 15 do 75°, přičemž s výhodou má tento úhel σ4 velikost od 25 do 60°.

Přestože bylo popsáno příkladné provedení ve dvou verzích s jediným proměnlivým úhlem pro tlačnou lopatku nebo pro protitlačnou lopatku, je zcela samozřejmé, že odborník z dané oblasti techniky může volit a provádět odlišné kombinace proměnlivosti obou lopatek, to jest tlačné lopatky a protitlačné lopatky, přičemž může rovněž provést více než jednu proměnlivost u úhlu pro stejnou lopatku, a to jak samostatně, tak i v kombinaci s jednou nebo více proměnlivostmi u úhlu druhé lopatky.

Pokud byly oba rotory 5 smontovány uvnitř mísicí komory 2 mísicího zařízení i, je rovněž nutno zajistit, aby byly úhlově fázově posunuty o určitý úhel tak, aby bylo dosaženo optimalizace té části distributivního míšení v důsledku výměny materiálu mezi dvěma mísícími polokomorami

2a a 2b.

Úhel a fázového posunu (viz obr. 8 a obr. 9) mezi oběma rotory leží s výhodou mezi hodnotami od 70 do 125°, ještě výhodněji pak mezi hodnotami od 85 do 120°.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Uzavřený mísič (1) pro míšení elastomerů a podobných materiálů, obsahující mísicí komoru

40 (2), vymezenou stěnami (3a, 3b) a rozdělenou na dvě polokomory (2a, 2b), v každé z nichž je uvnitř uložen rotor (5), který má první úsek (Ll) o větší délce v axiálním směru, vymezující tlačnou lopatku (6), a druhý úsek (L2) o menší délce v axiálním směru, vymezující protitlačnou lopatku (7), přičemž oba rotory (5) jsou vzájemně vůči sobě fázově posunuty, vyznačující se tím, že tlačná lopatka (6) i protitlačná lopatka (7) mají vrchol o šířce (B), přičemž úhel (C)

45 vstupu do mísiče (1) a úhel (D) výstupu z mísiče (1) u alespoň jedné tlačné lopatky (6) nebo protitlačné lopatky (7) má úhel (β, σ) stoupání šroubovice, který je proměnlivý podél axiálního rozpětí lopatky (6, 7).
2. Uzavřený mísič podle nároku 1, vyznačující se tím, že úhel (a) fázového posunu mezi dvěma rotory (5) je od 70 do 125°.

50
3. Uzavřený mísič podle nároku 2, vyznačující se tím, že úhel (a) fázového posunu je zejména od 85 do 120°.

-5CZ 299424 B6
4. Uzavřený mísič podle nároku 1, vyznačující se tím, že poměr (A/D5) mezi minimální vzdáleností (A) vrcholu rotoru (5) od stěny komory (2) a průměrem (D5) rotoru (5) leží v rámci následujících hodnot:

0,01 <A/D5<0,015.
5. Uzavřený mísič podle nároku 1, vyznačující se tím, že poměr (A/B) mezi minimální vzdáleností (A) vrcholu rotoru (5) od stěny komory (2) a šířkou (B) vrcholu rotoru (5) leží v rámci následujících hodnot:

0,10 < A/B <0,5. io
6. Uzavřený mísič podle nároku 5, vyznačující se tím, že poměr (A/B) mezi minimální vzdáleností (A) vrcholu rotoru (5) od stěny komory (2) a šířkou (B) vrcholu rotoru (5) leží v rámci následujících hodnot:

0,15 < A/B <0,25.
7. Uzavřený mísič podle nároku 1, vyznačující se tím, že úhel (β, σ) stoupání šroubovice lopatky se mění kontinuálním způsobem.
8. Uzavřený mísič podle nároku 1, vyznačující se tím, že úhel (β, σ) stoupání

20 šroubovice lopatky se mění nekontinuálním způsobem.
9. Uzavřený mísič podle nároku 1, vyznačující se tím, že tlačná lopatka (6) nebo protitlačná lopatka (7) má první úsek (6a, 7a) s úhlem (β3, σ3) o velikosti od 15 do 75°.

25
10. Uzavřený mísič podle nároku 9, vyznačující se tím, že úhel (β3, σ3) prvního úseku (6a, 7a) tlačné lopatky (6) nebo protitlačné lopatky (7) má velikost od 30 do 60°.
11. Uzavřený mísič podle nároku 1, vyznačující se tím, že tlačná lopatka (6) nebo protitlačná lopatka (7) má druhý úsek (6b, 7b) s úhlem (β4, σ4) o velikosti od 15 do 75°.
12. Uzavřený mísič podle nároku 11, vyznačující se tím, že úhel (β4, σ4) druhého úseku (6b, 7b) tlačné lopatky (6) nebo protitlačné lopatky (7) má velikost od 25 do 60°.
13. Uzavřený mísič podle nároku 1, vyznačující se tím, že jak tlačná lopatka (6), tak 35 protitlačná lopatka (7) každého rotoru (5) má úhel (β, σ) stoupání šroubovice, který je proměnlivý podél jejího rozpětí.
14. Uzavřený mísič podle nároku 1, vyznačující se tím, že poměr axiálních délek druhého a prvního úseku (L2/L1) protitlačné lopatky (7) a tlačné lopatky (6) má velikost od 0,05

40 do 0,5.
15. Uzavřený mísič podle nároku 1, vyznačující se tím, že úhel (C) vstupu do mísiče (1) má velikost od 15 do 35°.

45
16. Uzavřený mísič podle nároku 15, vyznačující se tím, že úhel (C) vstupu do mísiče (1) má velikost zejména od 20 do 25°.
17. Uzavřený mísič podle nároku 1, vyznačující se tím, že úhel (D) výstupu z mísiče (l)má velikost od 25 do 70°.
18. Uzavřený mísič podle nároku 17, vyznačující se tím, že úhel (D) výstupu z mísiče (1) má velikost zejména od 35 do 60°.