DE60113789T2 - Mischwerkzeug mit verstellbarem Kollisionsprofil und Verfahren zur Verstellung des Kollisionsprofils - Google Patents

Mischwerkzeug mit verstellbarem Kollisionsprofil und Verfahren zur Verstellung des Kollisionsprofils Download PDF

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Description

  • Das Feld der vorgeschlagenen Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Hochintensitäts- Mischen, insbesondere für Mischvorgänge, die vorgesehen sind, um zu bewirken, dass zugesetzte Materialien sich an die Basispartikel anhängen. Genauer gesagt bezieht sich die vorgeschlagene Erfindung auf ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Oberflächenmodifikationen an elektrophotographischen und verwandten Tonerpartikel.
  • Hochgeschwindigkeits- Mischen von trockenen, dispergierten, oder breiförmigen Partikeln ist ein üblicher Vorgang in der Herstellung von vielen industriellen Produkten. Beispiele für solche Produkte, die gewöhnlich unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeits- Mischvorgangs hergestellt werden, schließen ohne Begrenzung, Farbe oder Farbdispersionen, Pigmente, Lacke, Tinten, Medikamente, Kosmetika, Klebstoffe, Lebensmittel, Lebensmittelfarbstoffe, Aromen, Getränke, Gummi, und viele andere Kunststoffprodukte ein. In einigen industriellen Vorgängen werden die Einwirkungen, die während des Hochgeschwindigkeits- Mischens entstehen, verwendet, um sowohl das Mischgut gleichmäßig zu mischen, und um zusätzlich eine Anhaftung der Zusatzstoffchemikalien an die Oberfläche der Partikel zu bewirken (einschließlich Harzmoleküle oder Konglomerate von Harz und Partikeln), um zusätzliche chemische, mechanische, und/oder elektrostatische Eigenschaften zu verleihen. Eine derartige Anhaftung zwischen Partikeln wird üblicherweise sowohl durch mechanische Einwirkung wie auch durch elektrostatische Verbindung zwischen den Zusätzen und den Partikeln als eine Folge der extremen Drücke bewirkt, die durch die Partikel/Zusatzstöße innerhalb der Mischeinrichtung geschaffen wurden. Unter den Produkten, in denen Anhaftungen zwischen Partikeln und/oder Harz und Zusatzpartikeln während mindestens einer Stufe der Herstellung wichtig sind, sind Farbdispersionen, Tinten, Pigmente, Gummi, und gewisse Kunststoffe.
  • Eine typische Mischmaschine und Mischwerkzeug nach dem Stand der Technik wird in den 1 und 2 beispielhaft gezeigt. 1 ist eine schematische Draufsicht einer Mischmaschine 2. Die Mischmaschine 2 umfasst ein Behälter 10, in welchem die Materialien, die gemischt werden sollen, vor oder während des Mischprozesses zugegeben werden. Der Gehäuseboden 12 trägt das Gewicht des Behälters 10 und seiner Inhalte. Der Motor 13 befindet sich innerhalb des Gehäusebodens 12, so dass sich seine Getriebewelle 14 vertikal durch eine Öffnung in dem Gehäuse 12 erstreckt. Die Welle 14 erstreckt sich ebenso durch die abgedichtete Öffnung 15, die sich am Boden des Behälters 10 befindet, durch den Behälter 10 hindurch. Die Welle 14 ist mit einer Befestigungsvorrichtung 17 an ihrem Ende versehen, und das Mischwerkzeug 16 ist durch die Befestigungsvorrichtung 17 fest an die Welle 14 angebracht. Bevor mit dem Mischen begonnen wird, wird der Deckel 18 gesenkt und auf dem Behälter 10 befestigt, um Überschwappen zu verhindern. Für das Hochintensitäts- Mischen überschreitet die Geschwindigkeit des Mischwerkzeugs an seiner äußeren Kante im allgemeinen 50 ft/second. Je höher die Geschwindigkeit ist, desto intensiver, und Werkzeuglaufgeschwindigkeiten von über 90 ft./second oder 100 ft./second sind üblich.
  • Bezug nehmend auf 2 wird nachfolgend eine perspektivische Ansicht des Mischwerkzeugs 16 nach dem Stand der Technik gezeigt. Der Mittelschenkel 20 hat eine mittige Befestigungsvorrichtung 17A für einen Eingriff durch die Befestigungsvorrichtung 17 (gezeigt in 1). In dem Beispiel, welches gezeigt wird, ist die mittige Befestigungsvorrichtung ein einfaches mit einer Nut versehenes Loch, um eine männliche Spannvorrichtung 17 (aus 1) in Empfang zu nehmen, welche dieselben Abmessungen aufweist. Der Pfeil 21 zeigt die Richtung, in welche das Werkzeug 16 auf der Welle 14 rotiert. Die vertikalen Oberflächen 19A und 19B sind an dem Ende des Mittelschenkels 20 befestigt, um die Oberflächen des Werkzeugs an seinem Punkt der höchsten Geschwindigkeit zu erhöhen. Das erhöht die „Mischkraft", oder die Anzahl von Kollisionen pro Zeiteinheit. Zusätzlich zu der Oberfläche der Oberseite des Werkzeugs wird die Intensität eines Werkzeugs durch die Werkzeuggeschwindigkeit und die Form des Werkzeugs beeinflusst. Die Wichtigkeit der Form des Werkzeugs wird nachfolgend erläutert werden. Die vertikalen Oberflächen 19A und 19B kombiniert mit den Führungskanten des Mittelschenkels 20 sind die Oberflächen des Werkzeugs 16, welche mit den Partikeln kollidieren, die innerhalb des Behälters 10 (gezeigt in 1) gemischt werden. Die Fläche, durch welche diese Oberflächen 19 und Führungskanten des Mittelschenkels 20 während der Rotation des Werkzeugs 16 durchlaufen, können als Arbeitsprofil des Werkzeugs bezeichnet werden. Anders ausgedrückt gleicht das „Profil" des Werkzeugs der zweidimensionalen Fläche, welche durch die Kollisionsoberflächen des Werkzeugs beschrieben werden, wenn dieses durch eine Ebene läuft, welche die Rotationsachse der Welle 14 einschließt. In 2 wird der Raum oder die Zone unmittelbar hinter dem rotierenden Werkzeug mit 22 bezeichnet.
  • Unterschiedliche Formen und Dicken von Mischwerkzeugen und Kollisionsoberflächen sind möglich. Unterschiedliche Konfigurationen werden in den Broschüren und Katalogen gezeigt, die von Herstellern von Hochgeschwindigkeits- Mischausrüstung wie zum Beispiel Henschel, Littleford Day Inc., und anderen Verkäufern angeboten werden. Das Werkzeug, das in 2 gezeigt wird, basiert auf einem Werkzeug für Hochintensitäts- Mischen, das von Littleford Day Inc. Hergestellt wird. Die Gründe für unterschiedliche Konfigurationen von Mischwerkzeugen sind, dass (i) unterschiedliche Viskositäten oftmals unterschiedlich geformte Werkzeuge erfordern, um die Energie und das Drehmoment des Mischmotors effizient auszunutzen und (ii) unterschiedliche Mischanwendungen unterschiedliche Mischintensitäten erfordern. Zum Beispiel könnten einige Anwendungen in der Nahrungsmittelverarbeitung eine sehr feine Verteilung von Feststoffpartikeln so wie zum Beispiel von Färbmitteln und Aromastoffen innerhalb eines flüssigen Mediums erfordern. In gleicher Weise erfordert zum Beispiel das Verarbeiten von „Snow Cones" ein schnelles und hochintensives Mischen, das darauf ausgelegt ist, Eiswürfel in kleine Partikel zu zertrümmern, welche anschließend in einem Mischer mit aromatisierten Sirups vermischt werden, um einen dünnen Brei zu bilden.
  • Die meisten Hochgeschwindigkeits- Mischwerkzeuge nach dem Stand der Technik haben keine ansteigenden vertikalen Elemente so wie die Oberflächen 19, die in 2 gezeigt werden. Anstelle dessen hat ein herkömmliches Mischwerkzeug eine Kollisionsoberfläche, die einfach durch die Führungskante seines Mittelschenkels 20 ausgebildet wird. In vielen Werkzeugen ist die Führungskante abgerundet oder bogenförmig ausgebildet, um einen „Schneepflug"- Effekt zu vermeiden, bei welchem die Partikel auf einer flachen Führungsfläche verkrusten, je nachdem wie viel „Schnee" komprimiert wird und bildet Aufhäufungen vor einem Schneepflug. Das Werkzeug, welches in 2 gezeigt wird, versucht, diesen Schneepflug -Effekt auf steigenden Kollisionsoberflächen 19 durch Abschrägen der Vorwärtsfläche der Oberflächen 19 in einem spitzen Winkel zu vermeiden, wodurch bewirkt wird, dass die Partikel entweder von dem Werkzeug nach oben abprallen oder durch die Reibung nach oben entlang der Fläche des Werkzeugs mitgerissen werden, bis die Partikel über dessen Oberseite in die Leeseite des Werkzeugs herübergetragen wurden. Jedoch besteht ein Problem mit dem Werkzeug, wel ches in 2 gezeigt wird, und mit anderen Werkzeugen nach dem Stand der Technik darin, dass eine vergrößerte Kollisionsoberfläche dazu neigt, Wirbel in der Wirbelzone des Werkzeugs zu erzeugen und auch die Gesamtdichte der Partikel in der Zone 22 hinter dem Werkzeug zu verringern. Das Ausmaß von solchen Dichteschwankungen hängt primär von der Geschwindigkeit des Werkzeugs durch die Partikelmixtur und auch von der Höhe, der Breite, und der Tiefe der Kollisionsoberfläche 19 ab.
  • Aufgrund des vorstehend genannten Schneepfluges, Verwirbelungen und Dichtebegrenzungen sind herkömmliche Werkzeuge, so wie sie in 2 gezeigt wurden, in ihrer Höhe und in der Breite jeder vergrößerten Kollisionsoberfläche begrenzt. In der Tat nimmt man an, dass in Werkzeugen nach dem Stand der Technik, welche Elemente aufweisen, die über den Mittelschenkel 20 ansteigen, die Höhe (festgelegt nachstehend als die Y-Achsen- Abmessung) solch vertikal ansteigender Elemente geringer als die Tiefe (festgelegt nachstehend als die Z-Achsen- Abmessung) des Mittelschenkels 20 in seinem Bereich nahe dem Befestigungspunkt des vergrößerten Elements ist. Ebenso nimmt man an, dass die Breite (festgelegt nachstehend als die X-Achsen- Abmessung) jedes der vertikal steigenden Elemente des herkömmlichen Werkzeugs die Höhe, oder y-Achse, des Mittelschenkels 20 in dem Bereich des Mittelschenkels 20 nicht überschreitet, nahe dem Punkt, wo das ansteigende Element angebracht ist. Letztlich wird angenommen, dass in Hochgeschwindigkeits- Mischwerkzeugen nach dem Stand der Technik, welche ansteigende Elemente aufweisen, die z-Achsen- Abmessung, oder Tiefe des ansteigenden Elements bei weitem seine Breite oder x-Achsen- Abmessung übersteigt. Zur Klärung sei erwähnt, dass die Höhe oder y-Achsen- Abmessung eines Mischwerkzeugs und seiner Elemente die Abmessung des Werkzeugs oder Elements in der Ebene bedeutet, welche die Welle 14 enthält, um welche das Werkzeug rotiert. Die Tiefe oder Z-Achse des Werkzeugs und seiner Elemente soll die Abmessung senkrecht sowohl zu der Achse des Mittelschenkels des Werkzeugs als auch senkrecht zu der Y-Achse bedeuten. Die x-Achse des Werkzeugs und seiner Elemente soll in der Richtung der Achse des Mittelschenkels des Werkzeugs gemessen werden. Für den Mittelschenkel 20 selbst ist die x-Achsen- Abmessung ein Maß für seine Länge. Für jede ansteigende Kollisionsoberfläche ist die x-Achse ein Maß für seine Breite.
  • Eine weitere Eigenschaft des Mischwerkzeugs nach dem Stand der Technik wird von den vorstehend genannten Begrenzungen in Bezug auf die Höhe der Kollisionsoberflä che abgeleitet, wie vorstehend erläutert wurde. Besonders herkömmliche Werkzeuge sind dünn hinsichtlich ihrer Höhe und, wenn eine vertikale Oberfläche so wie zum Beispiel 19 vorliegt, hat so eine vertikale Oberfläche ein dünnes x-Achsen Profil. Solche eine Dünnheit ist erforderlich, um übermäßige Wirbel und Bereiche niedriger Dichte auf der Leeseite des Werkzeugs zu vermeiden. Die Schleppkanten des herkömmlichen Werkzeugs sind manchmal abgerundet oder bogenförmig ausgebildet. Jedoch ist dies aufgrund der „Dünnheit" des Werkzeugs in der Y-Achse nicht notwendig und es nicht bekannt, die Führungs- oder Schleppoberflächen des Werkzeugs außer in dem Bereich nahe an der Führungskante und/oder Schleppkante bogenförmig auszubilden.
  • Wie vorstehend erwähnt wurde, schreiben unterschiedliche Mischrezepturen oder -produkte oftmals unterschiedliche Kollisionsoberflächenformen und Abmessungen vor, um die Mischeffizienz, die Mischzeit, und den Stromverbrauch zu optimieren. Wenn zum Beispiel eine Schnellmisch- Verfahrenszeit erwünscht ist, kann das Mischwerkzeug schneller rotiert werden oder ein Werkzeug mit einer größeren Kollisionsoberfläche ausgewählt werden, um die Anzahl von Partikelkollisionen pro Zeiteinheit und die Mischintensität zu erhöhen. Jedoch beschränkt für jede gegebene Viskosität die Leistung und die Konfiguration des Mischmotors effektiv die Geschwindigkeit des Werkzeugs und die Größe einer Kollisionsoberfläche so wie zum Beispiel der Oberfläche 19.
  • Wenn dasselbe Mischwerkzeug für unterschiedliche Rezepturen oder Produkte verwendet wird, welche unterschiedliche Werkzeuge erfordern, dann erfordern die Vorgänge zum Ändern eines herkömmlichen Mischwerkzeugs die folgenden Schritte (beschrieben in Bezug auf 1) (A) Deckel 17 wird von der Oberseite des Behälters 10 gelöst und geöffnet; (B) Behälter 10 und Werkzeug 16 müssen mindestens teilweise durch ein Vakuum und durch Wischen gereinigt werden, besonders in dem Bereich, wo das Mischwerkzeug 16 an die Welle 14 befestigt ist; (C) Befestigungsvorrichtung 17 wird gelöst, um das Lösen des Werkzeugs 16 von der Welle 14 zu ermöglichen; (D) Das Mischwerkzeug 16 wird von der Befestigungsvorrichtung 17 abgetrennt; (D) Das Mischwerkzeug 16 wird aus dem Behälter 10 vorsichtig hochgehoben, um nicht an die Seiten des Behälters 10 zu stoßen oder diese zu zerkratzen; (F) Das entfernte Werkzeug 16 wird vor weiterem Betrieb und/oder Lagerung gründlich gereinigt; und (G) die vorangegangenen Aufgaben (außer Reinigen) werden zur Anbringung eines unterschiedlichen Mischwerkzeugs 16 in umgekehrt Reihenfolge wiederholt. Für große Mischbehälter, welche in vie len wenn nicht sogar in den meisten industriellen Anwendungen üblich sind, erfordert das Gewicht des Mischwerkzeugs 16 während des Lösens, Hebens und während das Positionierens und Wiederbefestigen des Ersatzwerkzeugs einen Kran oder eine Winde. Ein menschlicher Bediener innerhalb des Behälters 10 muss üblicherweise helfen, den Kran oder die Winde während dieses Vorgangs zu manövrieren, und die Kombination des Positionierens eines großen Werkzeugs bei dem gleichzeitigen Versuch, dieses auf der Welle 14 zu befestigen, kann den menschlichen Bediener in eine heikle Position bringen. Sogar für kleinere Mischer erfordert das Ersetzen des Werkzeugs ein ziemlich sorgfältiges Reinigen der Welle 14 und des Werkzeugs 16 und oftmals auch eine heikle Handhabung während dem gleichzeitigem Positionieren und Befestigen des Ersatzwerkzeugs 16.
  • Zusätzlich zu dem Wechseln eines Mischwerkzeugs, um sich an die Anforderungen von unterschiedlichen Rezepturen oder Produkten anzupassen, könnten diese Mischwerkzeuge das Wechseln erfordern, wenn diese übermäßig abgenutzt sind. Viele industrielle Anwendungen erfordern das Mischen von abschleifenden Partikeln so wie zum Beispiel Pigmente, Farbstoffe (einschließlich Karbonschwarz), und elektrophotografische Toner. Die vorstehenden Vorgehensweisen zum Wechseln eines Werkzeugs muss immer dann angewendet werden, wenn ein abgenutztes Werkzeug Ersetzen erfordert.
  • Die Bedeutung der vorstehenden Beschreibung des Mischwerkzeugs 16 zur Herstellung von elektrophotografischen, elektrostatischen oder ähnlichen Tonern wird durch die folgende Beschreibung eines herkömmlichen Toner- Herstellverfahrens demonstriert. Ein typischer, auf Polymer basierender, Toner wird durch Schmelz-Vermischen des erhitzten Polymerharzes mit einem Pigment in einem Extruder hergestellt, so wie zum Beispiel in einem Weiner-Pfleiderer ZSK-53, wobei das Pigment in dem Polymer verteilt wird. Nachdem das Harz extrudiert worden ist, wird die Harzmischung bezüglich ihrer Größe durch ein geeignetes Verfahren, einschließlich der Verfahren, die in der Technik bekannt sind, reduziert. Eine derartige Reduktion wird durch die Brüchigkeit der meisten Toner unterstützt, welche das Zerbrechen des Harzes bewirkt, wenn auf dieses eingewirkt wird. Dies ermöglicht eine schnelle Reduktion der Partikelgröße in Pulverisierern oder Attritoren so wie beispielweise Materialmühlen, Strahlmühlen, Hammermühlen oder ähnlichen Einrichtungen. Ein Beispiel einer geeigneten Hammermühle ist eine Alpine RTM Hammer Mill. Solche eine Hammermühle ist in der Lage, die typischen Tonerparti kel auf eine Größe von ungefähr 10 bis ungefähr 30 Mikron zu reduzieren. Für Farbtoner könnten Tonerpartikelgrößen im Durchschnitt sogar innerhalb eines kleineren Bereiches von 4 bis 10 Mikron betragen.
  • Nach Verkleinerung der Partikelgröße durch Mahlen oder Pulverisieren sortiert ein Einstufungsprozess die Partikel nach ihrer Größe. Partikel, welche als zu groß eingestuft worden sind, werden üblicherweise zur weiteren Reduktion zu der Mühle oder Pulverisierern zurückgeführt. Partikel innerhalb eines annehmbaren Bereiches werden zu dem nächsten Toner-Herstellverfahren weitergeleitet.
  • Nach der Einstufung ist der nächste typische Prozess ein Hochgeschwindigkeits-Mischprozess, in dem Oberflächenzusatzpartikel mit den eingestuften Tonerpartikeln mit einem Hochgeschwindigkeitsmischer vermischt werden. Diese Zusätze schließen ein, sind jedoch nicht begrenzt auf Stabilisierer, Wachse, Flussmittel, andere Toner und Zusätze zur Ladungssteuerung. Spezifische Zusätze, die zur Verwendung in Tonern geeignet sind, schließen aufgedampftes Siliziumdioxid, Siliziumderivate so wie zum Beispiel Aerosil.RTM. R972, erhältlich bei der Degussa Inc., Eisenoxide, Polyethylene mit endständiger Hydrogruppe so wie zum Beispiel Unilin RTM., Polyolefinwachse, welche vorzugsweise ein geringes molekulares Gewicht von ca. 1000 bis 20000 haben und einschließlich Polyethylene und Polypropylene, Polymethylmethacrylat, Zinkstearat, Chromoxid, Aluminiumoxid, Titanoxid, Stearinsäure und Polyvinylidenfluoride so wie zum Beispiel Kynar ein. Im aggregierten Zustand sind diese Zusätze üblicherweise in Mengen von ca. 0,1 bis 1 Gewichtsprozent der Tonerpartikel vorhanden. Genauer gesagt sollte vorzugsweise Zinkstearat in Mengen von 0,4 bis ca. 0,6 Gewichtsprozent vorhanden sein. Ähnliche Mengen von Aerosi.RTM. sind vorzuziehen. Für geeignete Haftung und Funktionalität liegen die typischen Zusatzpartikelgrößen in einem Bereich von 5 bis 50 Nanometern. Einige neue Toner erfordern eine größere Anzahl von Zusatzpartikeln als ältere Toner, wie auch größere Anteile von Zusätzen in dem 25–50 Nanometer- Bereich. Wenn Zusatzpartikel mit kleineren Tonerpartikelgrößen kombiniert werden, die für Farbtoner erforderlich sind, schafft die erhöhte Größe und Überdeckung von Zusatzpartikeln für einige Farbtoner einen erhöhten Bedarf nach Hochintensitäts- Mischen.
  • Die vorstehend genannten Zusätze werden typischerweise zu den pulverisierten Tonerpartikeln in einen Hochgeschwindigkeitsmischer so wie zum Beispiel eine Henschel Blender FM-10, 75 oder 600 Blender zugegeben. Das Hochintensitäts- Mischen dient dazu, Anhäufungen von Zusätzen in die entsprechend Nanometergröße zu zerbrechen, die kleinstmöglichen Tonerpartikel gleichmäßig innerhalb der Tonermenge zu verteilen, und die kleineren Zusatzpartikeln an die Tonerpartikel anzubringen. Jeder dieser Prozesse vollzieht sich gleichzeitig innerhalb des Mischers. Die Zusatzpartikel werden während des Zusammenstoßes der Partikeln untereinander und zwischen den Partikeln und dem Mischwerkzeug an die Oberfläche des pulversierten Tonerpartikel angebracht, wenn sich dieser dreht. Man nimmt an, dass eine derartige Anhaftung zwischen den Tonerpartikeln und den Oberflächenzusätzen sowohl aufgrund von mechanischem Einschlag, wie auch durch elektrostatische Anziehung erfolgt. Die Menge von solchen Anhaftungen ist proportional zu dem Intensitätspegel des Mischens, welcher wiederum eine Funktion von beiden, der Geschwindigkeit und der Form (besonders der Größe) des Mischwerkzeugs ist. Die Zeitdauer, die für den Mischprozess benötigt wird, plus die Intensität legt fest, wie viel Energie während des Mischprozesses angewendet wird. Für diesen Zweck bedeutet „Intensität" die Anzahl von Partikelkollisionsvorgängen pro Zeiteinheit. Für ein effizientes Mischwerkzeug, welches Schneepflugeffekt und übermäßige Wirbel und Regionen von niedriger Dichte vermeidet, kann die "Intensität" wirksam mit Bezug auf die Leistung pro Masseeinheit (üblicherweise durch W/lb ausgedrückt) des Mischmotors gemessen werden, der das Mischwerkzeug antreibt. Wenn ein Standard Henschel Mischwerkzeug verwendet wird, um herkömmliche Toner herzustellen, liegen die Mischzeiten üblicherweise zwischen einer (1) Minute bis zu zwanzig (20) Minuten pro typischer Tonermenge von 60–1000 Kilogramm. Für gewisse neuere Toner so wie zum Beispiel für Xerox Docucenter 265 und verwandte Multifunktionsdrucker wird die Mischgeschwindigkeit und -zeiten erhöht, um sicherzustellen, dass vielfache Schichten von Oberflächenzusätzen sich an die Tonerpartikel anhaften. Zusätzlich ist für solche Toner, die einem größeren Anteil an Zusatzpartikeln über 25 Nanometer erfordern, eine höhere Mischgeschwindigkeit und – zeit erforderlich, um die größeren Zusätze in die Basisharzpartikel zu treiben.
  • Der Prozess, Toner herzustellen, wird durch einen Ausleseprozess beendet, um Toneranhäufungen und andere große Ablagerungen zu entfernen. Solche ein Ausleseprozess könnte typischerweise unter Verwendung eines Sweco Turco Screen Set, das auf Öffnungen von 37 bis 105 Mikron eingestellt ist, durchgeführt werden.
  • Die vorstehende Beschreibung eines Prozesses zum Herstellen eines elektrophotographischen Toners könnte abhängig von den Anforderungen des elektrophotographischen Toners variiert werden. Im Besonderen umfassen für Vollprozess- Farbdrucken die Färbmittel üblicherweise Gelb, Cyan, Magenta, und schwarze Färbmittel, die zu separaten Dispersionen für jeden der Farbtoner zugegeben werden. Farbtoner umfassen üblicherweise viele kleinere Partikelgrößen als schwarze Toner, in der Größenordnung von 4–10 Mikrometer. Die kleinere Partikelgröße macht die Herstellung des Toners hinsichtlich Materialhandhabung, Einstufung und Mischen schwieriger.
  • Wie vorstehend beschrieben wurde, spielt der Prozess des Mischens in der Herstellung von elektrophotographischen und ähnlichen Tonern eine immer größere Rolle. Es wäre vorteilhaft, wenn eine Vorrichtung und ein Verfahren gefunden würde, um dieses Mischverfahren zu beschleunigen und dadurch die Zeit und Kosten, die für das Mischen erforderlich sind, zu verringern. Gleichzeitig wäre es vorteilhaft, wenn eine Vorrichtung und eine Verfahren gefunden würden, die es ermöglichen, dass eher ein einzelnes Mischwerkzeug für unterschiedliche Mischintensitäten an Ort und Stelle ausgestaltet werden soll, als dass dieses Reinigung, Entfernung, und Ersetzen des gesamten Mischwerkzeugs für jede Änderung in der Intensität erfordert, da unterschiedliche Rezepturen und Produkte oftmals unterschiedliche Mischgeschwindigkeiten und Intensitäten erfordern.
  • WO-A-9711973 beschreibt eine dünne Filmbehandlungseinrichtung. Eine dünne Filmbehandlungseinrichtung wird beschrieben, welche einen zylindrischen Behandlungsbehälter und einen Rotor umfasst, welcher darin mittig angebracht ist und welcher Rührer hat, welche beweglich und in einem Winkel α zu der Rotorachse geneigt sind, in welchem der Rotor einen zylindrischen Mantel aufweist, in welchem die Rotorblätter angebracht sind, um zu rotieren, wobei der Neigungswinkel α über einen Mechanismus, der innerhalb des Rotors angebracht ist, verstellt werden kann.
  • NL-C-1009059 beschreibt eine Mischvorrichtung. Die Elemente, welche eine Kollisionsoberfläche aufweisen, sind an ein Rotationselement angebracht, welches in einem ge fäßartigen Behälter rotiert. Das Rotationselement schließt Elemente ein, um fortwährend den Neigungswinkel der Kollisionsoberflächen zu ändern.
  • EP-A-0063171 beschreibt eine Mischvorrichtung. Das Rotationselement wird in dem Behälter im wesentlichen mittig bereitgestellt. Das Rotationselement umfasst an sich befestigt eine Vielzahl von Armen, welche die Kollisionsoberflächen an diesen tragen. Der Neigungswinkel der Kollisionsoberflächen ist verstellbar.
  • US-A-5836688 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verarbeiten von Materialien. Die Verarbeitungsvorrichtung schließt einen Rotator ein, der in dem Material, welches verarbeitet werden soll, eingetaucht ist. Der Rotor ist mit einer Vielzahl von Mischelementen versehen, welche sich senkrecht von dem Rotor erstrecken. Die Neigung der Kollisionsoberflächen der Mischelemente kann während des Betriebes fortlaufend angepasst werden.
  • EP-A-0865817 beschreibt ein Mischwerkzeug, welches variable verstellbare Mischelemente aufweist. Ein Rotierelement wird bereit gestellt, um eine Vielzahl von Mischelementen zu tragen, wobei die Neigung der Mischelemente während des Betriebes fortlaufend verstellt werden kann.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein Mischwerkzeug zur Rotation in einer Mischmaschine besonders in Bezug auf die Tatsache zu verbessern, das Mischwerkzeug in Bezug auf geänderte Mischanforderungen rekonfigurierbar zu machen. Dieses Ziel wird durch das Bereitstellen eines verbesserten Mischwerkzeugs zur Rotation in einer Mischmaschine nach Anspruch 1, einer Mischmaschine nach Anspruch 6 und einem Verfahren zur Herstellen von Tonern nach Anspruch 7 erreicht. Die Ausführungsformen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden offensichtlich, wenn die folgende Beschreibung fortschreitet und in Bezug auf die Zeichnungen, in welchen:
  • 1 ist eine schematische Aufrissansicht einer Mischmaschine nach dem Stand der Technik;
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Mischwerkzeugs nach dem Stand der Technik;
  • 3 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Mischwerkzeugs der vorliegenden Erfindung;
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Mischwerkzeugs der vorliegenden Erfindung, welche ein verstellbares Artikulatorgelenk aufweist;
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Artikulatorgelenks der vorliegenden Erfindung; und
  • 6 ist ein Diagramm, welches spezifische Leistungspegel eines Mischmotors zeigt, wenn unterschiedliche Konfigurationen des Mischwerkzeugs der vorliegenden Erfindung verwendet werden und wenn ein herkömmliches Werkzeug nach dem Stand der Technik verwendet wird.
  • Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • Während die vorliegende Erfindung im Folgenden in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen und Verfahren der Nutzung beschrieben wird, wird man verstehen können, dass es nicht beabsichtigt ist, die Erfindung auf diese Ausführungsformen und Verfahren zu begrenzen. Im Gegenteil beabsichtigt die nachfolgende Beschreibung alle Alternativen, Modifikationen, und Äquivalente abzudecken, welche im Geist und Umfang der Erfindung eingeschlossen sein könnten, wie in den beigefügten Ansprüchen festgelegt ist.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Mischwerkzeugs, welches eine höhere Intensität (Kollisionen/Zeiteinheit) erzeugen kann als zuvor möglich waren. Diese erhöhte Intensität ist das Ergebnis einer vergrößerten Kollisionsoberfläche, welche eine ärodynamischartige Form verwendet, welche die Vergrößerung der Kollisionsprofile ermöglicht, während sie Wirbel und Partikelleerräume in der Zone hinter dem rotierenden Mischwerkzeug minimiert. Die Kombination eines größeren Kollisionsprofils und die Minimierung von Leerräumen und Wirbeln hinter dem Werkzeug führen zu mehr Kollisionen pro Zeiteinheit, oder höherer Intensität. Solch ein Anstieg in der Intensität ermöglicht, dass die Mischzeit verringert wird, wodurch Mengenkosten eingespart werden und die Produktivität erhöht wird.
  • Demgemäß wird in 3 ein Mischwerkzeug 50 der vorliegenden Erfindung innerhalb eines Behälters 10 gezeigt, welches ähnlich mit dem ist, das vorstehend in 1 gezeigt wurde. Der Mittelschenkel 51 enthält eine Befestigungsvorrichtung 52 an seiner Mitte zum Befestigen auf der rotierenden Antriebswelle 14 (nicht gezeigt) der Mischmaschine 2 (nicht gezeigt). Wie in 3 gezeigt wird, umfasst ein vergrößertes Kollisionselement einen Kollisionsamboss 55, welcher proportional größer als die Kollisionsoberfläche des Mischwerkzeugs nach dem Stand der Technik ist so wie das, welches in 2 gezeigt wird. Wie vorstehend beschrieben wurde, sind in herkömmlichen Werkzeugen vergrößerte Kollisionsoberflächen nicht zweckmäßig, da eine große Kollisionsoberfläche zu viel „Schneepflug"- Verdichtung vor dem Werkzeug und Wirbel und relative Leerräume in der Wirbelzone des Werkzeugs bildet. Um diese Hindernisse zu bewältigen, ist ein neuartiges Merkmal der vorliegenden Erfindung ein vergrößertes Kollisionselement so wie zum Beispiel der Kollisionsamboss 55 mit Querschnittsumfangslängen von seinen leewärtigen Oberflächen, welche sich verkleinern, wenn solche Querschnitte näher an der Schleppkante des Werkzeugs, das heißt, seinen beiden Seiten und/oder Ober- und Unterseitenflächen zu der Schleppkante hin zur Konvergenz neigen. Diese „negative Steigung" der leewärtigen Oberfläche vergrößert die Intensität, da die Partikel, welche nach oben oder zur Seite gestoßen werden, bis zum Kontakt mit dem Kollisionsamboss entlang der leewärtigen Steigung des Werkzeugs gleiten, um seine Wirbelzone auszufüllen, wenn das Werkzeug durch die Partikelmischung gleitet. Obwohl die tatsächlichen Bewegungen der Partikel innerhalb einer Mischmaschine eine komplexe dreidimensionale Analyse erfordern, nimmt man an, dass eine bogenförmige Form am besten die vorstehende Gestaltung erreicht, da sie bewirkt, dass der Kollisionsamboss 55 so wie eine Luftfolie in einem Gasfluid funktioniert. Mit anderen Worten agieren die Partikelmedien, durch welche das Mischwerkzeug sich bewegt, wie ein Fluid, wenn es durch das Werkzeug gemischt wird. Mit einer Luftfolie hilft die leewärtige Neigung dabei, Leerräume und Turbulenzen hinter dem Werkzeug zu minimieren. Das Ergebnis ist eine größere Partikeldichte, die für die Kollision durch den nächsten Arm des Werkzeugs zu Verfügung steht, wenn dieser durch die Mischzone durchläuft. Eine größere Dichte von Partikeln führt zu größerer Intensität (Kollisionen/Zeiteinheit). Wie vorstehend erläutert wurde, führen die gerundeten Formen des Führungsprofils des Kollisionsamboss 55 zusätzlich zu einen größeren Fluss von Partikeln über das Werkzeug und weniger „Schneepflug"- Verdichtung vor dem Werkzeug. Das Ergebnis besteht darin, dass man annimmt, dass für denselben Verbrauch von Leistung durch die Mischmaschine die vorliegende Erfindung entweder eine höhere Werkzeuggeschwindigkeit oder ein größeres Kollisionsplattenprofil ermöglicht. Entweder höhere Geschwindigkeit oder ein größeres Profil führen zu größerer Mischintensität.
  • Um der Klarheit willen kann der Abschnitt des Kollisionsambosses 55, welcher zu dem Profil des Werkzeugs beträgt als seine „Führungsoberfläche" betrachtet werden und ist in 3 mit 57 bezeichnet. Dies ist die Oberfläche, welche auf das Partikelmaterial am direktesten einwirkt. Der Abschnitt des Kollisionsambosses 55 an der Rückseite der Führungsoberfläche kann als seine „Schleppoberfläche" betrachtet werden und ist in 3 mit 56 bezeichnet. Bei Verwendung der bogenförmig geformten Schleppoberfläche der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Höhe oder die y-Achsen Abmessung des Kollisionsambosses zu erhöhen, um die Tiefe, oder die z-Achsen Abmessung des Mittelschenkels 51 (sogar um einen Faktor von 2 bis 3) in dem Bereich nahe dort, wo der Kollisionsamboss 55 angebracht ist, zu übertreffen. Es ist ebenso möglich, die Breite oder x-Achsen- Abmessung des Kollisionsamboss 55 bis zu einer Breite zu vergrößern, welche die Höhe oder die y-Achse des Mittelschenkels 51 (sogar um einen Faktor größer als 1,5 oder 2) übertrifft in dem Bereich nahe dort, wo die Kollisionsplatte 35 angebracht ist. Für einen großen Kollisionsamboss 55 ist es vorzuziehen, dass der Kollisionsamboss 55 hohl ist oder von einer relativ dünnen Platte besteht, um sein Gewicht zu reduzieren. Insbesondere ist es vorzuziehen, dass die Führungsoberflächen des Kollisionsambosses 55 oder eines anderen vergrößerten Kollisionselements in der vorliegenden Erfindung 0,5 inch dick ist und vorzugsweise 3/16 inch dick ist.
  • Man sollte erkennen können, dass die Anwendung der vorstehenden Gestaltungsgrundsätze jede Anzahl von Gestaltungen ermöglicht, einschließlich der Gestaltung, welche nachstehend erläutert wird, sich auf die Verwendung von verstellbaren und beanstandeten Kollisionsplatten bezieht. Obwohl die bevorzugte Ausführungsform dieses Aspektes der Erfindung eine bogenförmige Form über die gesamte Schlepp- und Führungsoberflächen umfasst, wäre es möglich, ein annehmbares Ergebnis zu erlangen, welches eine negative Neigung über weniger als die gesamte (vielleicht näherungsweise die Hälfte) der gesamten Schleppoberfläche verwendet. Es ist ebenso vorzuziehen, dass die meisten oder alle der Führungsoberflächen eine bogenförmige Form haben. Je größer das Profil der Kollisionsoberfläche ist, desto größer ist der Anteil der Schleppoberfläche, welche negativ geneigt sein muss, um die Effekte der vorliegenden Erfindung erreichen zu können.
  • Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Mischwerkzeug, welches Rekonfiguration der effektiven Kollisionsoberflächengröße und -profil ermöglicht, ohne dass das gesamte Werkzeug entfernt werden muss. Bezug nehmend auf 4 umfasst das Mischwerkzeug 30 einen Mittelschenkel 31 und die Kollisionsplatten 35A und 35B. Der Mittelschenkel 31 enthält eine Befestigungsvorrichtung 32 in seiner Mitte, um ihn auf eine rotierende Antriebswelle 14 (nicht gezeigt) der Mischmaschine 2 (nicht gezeigt) anzubringen. Jedes Ende des Mittelschenkels 31 enthält einen Verbindermechanismus 33, um darauf einen Arm 34 starr anzubringen und zu halten. Der Verbindermechanismus 33, welcher in 4 gezeigt wird, umfasst eine einfache Mutter- und Schraubenbefestigungseinrichtung, welche die Kollisionsplatten 35A und 35B jeweils auf den Armen 34A und 34B und auf dem Mittelschenkel 31 zusammenpresst und starr positioniert. Wie nachstehend genauer beschrieben werden wird, sind nachstehend unterschiedliche Anordnungen zum Positionieren der Arme 34A und 34B möglich. Zusätzlich sind unterschiedliche Anordnungen für eine verstellbare Kollisionsoberfläche möglich. Zum Beispiel könnte jeder Endbereich des Mittelschenkels 31 eine Führungskantenklappe umfassen, welche mit dem Mittelschenkel durch einen oder zwei, oder mehrere Verbindermechanismen verbunden ist, so dass der Winkel der Klappen nach unten gekippt oder angehoben werden könnte wie die Führungskanten- Vorflügel irgendeines Hochgeschwindigkeitsjets oder Flugzeugs.
  • In der gezeigten Ausführungsform ist an der gegenüberliegenden Ende des Arms 34A von dem Mechanismus 33 eine vergrößerte Kollisionsoberfläche befestigt, welche aus der Kollisionsplatte 35A ausgebildet wird. Die Kollisionsplatte 35A unterscheidet sich von den Kollisionsoberflächen nach dem Stand der Technik, da die Kollisionsplatte 35A beabstandet ist und nicht integral geschmiedet, geschweißt, oder anderweitig als ein Teil des Mittelschenkels 31 geformt ist. Zusätzlich stellt die Kollisionsplatte 35A ein wesentlich größeres Profil als das Profil des Mittelschenkels 31 dar. Unterschiedliche Anordnungen zum Verriegeln der Kollisionsplatte 35A sind möglich. Zum Beispiel könnte die Kollisionsplatte 35A direkt mit dem Mittelschenkel 31 verbunden werden, ohne dass ein Arm 34A dazwischen liegt oder ein Arm 34A könnte dauerhaft mit einem Verbindermechanismus zwischen dem Arm 34A und der Kollisionsplatte 35A an den Mittelschenkel 31 angebracht werden. Der Arm 34A kann jede Anzahl von Ausführungsformen annehmen, einschließlich Verbindungselementen, solange der Arm 34A die Funktion hat, die Kollisionsplatte von dem Mittelschenkel 31 beabstandet in Position zu halten. Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet einen Verbindermechanismus so wie der Mechanismus 33, welcher das Entfernen und Ersetzen einer Kollisionsplatte ermöglicht, wenn die Kollisionsplatte aufgrund von Abreibung und Abnutzung das Ende ihrer Lebensdauer erreicht hat. Ohne solche entfernbaren Kollisionsplatten erfordert das gesamte Mischwerkzeug Entsorgung oder Wiederherstellung, wenn die Kollisionsplatte das Ende ihrer Lebensdauer erreicht hat.
  • Der Verbindermechanismus 33 kann jede Anzahl von Anordnungen annehmen, solange es die Anpassung des Profils des Werkzeugs erlaubt. In der gezeigten Ausführungsform, ermöglicht der Mechanismus 33 dem Arm 34A, um die Achse des Mittelschenkels 31 zu kippen. In der Tat formt der Mechanismus 33 ein Artikulatorgelenk, welches dem Arm 34A ermöglicht, jede Anzahl von Winkeln in Bezug auf den Mittelschenkel 31 anzunehmen. Das Artikulatorgelenk ist eine einfache Mutter- und Schraubenbefestigungseinrichtung, welche mit Standardwerkzeug so wie zum Beispiel Steckschlüsseln gelöst und festgezogen werden kann. Jede Anzahl von sonstigen Artikulatorgelenken sind möglich, solange diese dem Arm 34A ermöglichen, sich zu drehen, wenn das Gelenk gelöst wird und starr an seinem Platz gehalten zu werden, wenn das Gelenk einmal festgezogen ist.
  • Ein Beispiel einer alternativen Ausführungsform eines Artikulatorgelenks 33 wird in 5 gezeigt. Die Ausführungsform, welche in 5 gezeigt wird, ermöglicht Artikulation des Arms 34 in voreingestellte Positionen, welche durch die Ausrichtung des Bolzens 45 (welcher durch das Loch 46 in den Arm 34 läuft) mit den ausgebohrten Löchern 41, 42, 43, und 44 festgelegt sind, welche in der mittigen Nabe 35 ausgebildet sind. Der Pro zess des Artikulierens des Gelenks auf diese voreingestellten Winkel wird durch relativ einfaches Lösen und Rückziehen des Bolzens 45 erreicht. Wenn der Bolzen 45 zurückgezogen wird, kann der Arm 34 so repositioniert werden, dass der Bolzen 45 sich mit einem anderen dieser Löcher 41, 42, 43, und 44 ausrichtet und in dieses eingesetzt werden kann. Zuletzt wird der Arm wieder an seinem Platz durch Befestigen der Schraube 45 befestigt.
  • Man sollte erkennen können, dass auch anderweitige Gestaltungen für rekonfigurierbare Werkzeuge möglich sind. zum Beispiel könnte die vorstehende Beschreibung einer Führungskantenklappe diesen Zweck erfüllen. Gleichermaßen könnte eine bewegliche Kollisionsoberfläche, vorzugsweise eine Kollisionsplatte, ohne einen Arm direkt mit dem Mittelschenkel verbunden werden, um eine beabstandete Trennung zwischen der Oberfläche und dem Mittelschenkel bereit zu stellen. Obwohl viele solche Variationen möglich sind, umfasst die bevorzugte Ausführungsform jedoch einen Arm und eine beabstandete Kollisionsplatte, wie vorstehend in Bezug auf die 3 und 4 beschrieben wurde.
  • Die Vorzüge des rekonfigurierbaren Mischwerkzeugs der vorliegenden Erfindung werden klar werden, wenn die Anpassungsvorgänge mit den Vorgänge verglichen werden, die notwendig sind, die nicht-anpassbaren Werkzeuge nach dem Stand der Technik auszuwechseln. Die herkömmlichen Vorgänge sind vorstehend beschrieben und erfordern, unter anderen Schritten, das Reinigen des Mischbehälters und des Werkzeugs, um Zugang zu dem Verschlussmechanismus des Antriebsschaftes der Mischmaschine zu erhalten, gefolgt vor der typischen Benutzung des Krans oder Winde, um das Werkzeug aus dem Mischbehälter zu heben. Im Gegensatz dazu sieht der vergleichbare Prozess zum Ändern der Konfiguration des Mischwerkzeugs der vorliegenden Erfindung wie folgt aus (die Zahlen sind in Bezug auf die 1 und 3, wie anwendbar): (A) Deckel 17 wird gelöst und von der Oberseite des Behälters 10 geöffnet; (B) das Mischwerkzeug 16 muss zumindest teilweise durch Staubsaugen oder Wischen in dem Bereich des Artikulatorgelenks 33 gereinigt werden; (C) das Artikulatorgelenk 33 wird gelöst, um dem Arm 34 (und deshalb der Kollisionsplatte 35) zu ermöglichen, repositioniert zu werden; (D) der Arm 34 wird auf den neuen Winkel repositioniert, der durch die neue Rezeptur oder das neue Produkt erforderlich ist; (D) das Artikulatorgelenk 33 wird wieder befestigt.
  • Zusammenfassend kann man sagen, dass das Mischwerkzeug 16 der vorliegenden Erfindung mit seinem Artikulatorgelenk signifikante Zeit-, Sicherheits-, und Produktivitätseinsparungen ermöglicht. Unter diesen Vorteilen sind: 1.) Eliminierung der Notwendigkeit eines Kranes oder einer Winde, wodurch Zeit (besonders wenn so ein Kran oder eine Winde nicht sofort verfügbar sind) und die Anforderung für teure Zusatzausrüstung so wie zum Beispiel einer Winde gespart wird; 2.) Menschliche Bediener müssen während des Entfernens der alten Werkzeuge und des Anbringens eines neuen Werkzeugs nicht gleichzeitig positionieren und befestigen; und 3.) Reinigungsaufgaben sind weitgehend begrenzt und vereinfacht, da das gesamte Werkzeug nicht für das Ersetzen, das Handhaben, oder die Lagerung gereinigt werden muss. Das Reinigen des Behälters 10 wird ebenso reduziert und die Welle 14 muss überhaupt nicht gereinigt werden. Zuletzt ist es offensichtlich weniger teuer, wenn man ein einzelnes flexibles Mischwerkzeug für unterschiedliche Rezepturen und Produkte verwenden kann, als ein Inventar von Werkzeugen zu benötigen, welche jedes Mal ersetzt werden müssen, wenn eine Rezeptur oder ein Produkt eine unterschiedliche Werkzeugkonfiguration erfordert.
  • Die Flexibilität des Mischwerkzeugs der vorliegenden Erfindung wird in 6 demonstriert, welche unterschiedliche Intensitätspegel zeigt, die mit dem Werkzeug der vorliegenden Erfindung erhalten wurden, wenn dieses in verschiedene Positionen rekonfiguriert wird. Jede der 4 Kurven, die in 5 gezeigt werden, zeigen Daten, die während des Mischens eines Xerox Toners für Xerox Docucenter 265 multifunktionaler Drucker in einem Henschel 75-Liter Mischer erzeugt wurde. Vier Mischungen wurden hergestellt, wobei für alle dieselbe Geschwindigkeit verwendet wurden. Die Vertikale Achse misst die Spezifische Leistung des Mischmotors (W/lb), welche, wie vorstehend beschrieben wurde, als ein gutes Maß für die Mischintensität betrachtet werden kann, wenn eine effizientes Werkzeug benutzt wird. Die horizontale Achse misst die Zeit der Mischung. Die Kurve, die mit runden Datenpunkten markiert ist, zeigt die Ergebnisse mit dem Arm 34, der auf 45 Winkelgrad eingestellt ist, welcher Winkel für dieses Experiment die größte Werkzeugprofiloberfläche bietet. Wie man in 6 sehen kann, zeigt diese Kurve mit quadratischen Datenpunkten, welche das größte Profil widerspiegeln, die größte Mischintensität. Die Kurve, die mit rautenförmigen Datenpunkten markiert ist, zeigt die Ergebnisse mit dem Arm 34, der auf einen Winkel von 22,5 Grad eingestellt ist, wohingegen die Kurve, welche mit dreiecksförmigen Datenpunkten markiert ist, die Ergebnisse zeigt, wenn der Arm 34 auf einen Winkel von 0 Grad eingestellt ist. Diese Winkel bewirken verkleinernde Werkzeugoberflächen und, wie erwartet, eine sich verkleinernde Mischintensität, welche die verkleinerten Profile widerspiegelt. Zuletzt zeigt die Kurve mit den quadratförmigen Datenpunkten die Ergebnisse bei Verwendung eines Henschel Mischwerkzeugs, welches üblicherweise verwendet wird, wenn elektrophotografische Toner gemischt werden (dieses Werkzeug unterscheidet sich von dem Werkzeug aus 2). Wenn das mit den Ergebnissen unter Verwendung des 45 Grad Winkels verglichen wird, stellt das Standard- Werkzeug weniger als 50% der Mischintensität bereit, die durch das Werkzeug der vorliegenden Erfindung bei seinem Maximalprofil und -intensität geboten wird. Solche Ergebnisse sollten erwartet werden, da herkömmlichen Werkzeugen sowohl Kollisionsplatten als auch gebogene Schleppoberflächen fehlen.
  • Demgemäß schließt das Werkzeug der vorliegenden Erfindung eine Kollisionsplatte, gewölbte Oberflächen, und ein Artikulatorgelenk ein. Wenn dies mit den bekannten Mischwerkzeugen nach dem Stand der Technik verglichen wird, ermöglicht die vorliegende Erfindung eine höhere Mischintensität als zuvor möglich war, ohne Schneepflug- Verdichtung vor dem Werkzeug oder Wirbel oder Leerräumen in der Wirbelzone des Werkzeugs. Zusätzlich ermöglicht das Artikulatorgelenk der vorliegenden Erfindung, dass ein einzelnes Mischwerkzeug der vorliegenden Erfindung eine große Vielfalt von unterschiedlichen Gestaltungen annimmt, wobei jede einen unterschiedlichen Pegel der Mischintensität ermöglicht, was für unterschiedliche Rezepturen und Produkten erforderlich sein könnte. Zusammen ermöglichen die Verbesserungen der vorliegenden Erfindung eine größere Mischintensität und Gesamtproduktivität und auch Einsparungen im Hinblick auf Werkzeug- und Inventarkosten, sowie Zeit und Sicherheit. Wenn die Vorteile auf die Herstellung von Tonern angewendet werden, ergeben sich beträchtliche Kosteneinsparungen.
  • Es ist deshalb offensichtlich, dass hier gemäß der vorliegenden Erfindung ein Mischwerkzeug bereit gestellt worden ist, welches die Ziele und Vorzüge, welche vorstehend dargelegt wurden, erfüllt. Während die Erfindung in Verbindung mit einigen Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist es offensichtlich, dass viele Alternativen, Modifikationen, und Variationen für den Fachmann ersichtlich sein werden. Demgemäß ist es beabsichtigt, all diese Alternativen, Modifikationen, und Variationen, welche innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche fallen, einzuschließen.

Claims (7)

  1. Ein verbessertes Mischwerkzeug (30) zur Rotation in einer Mischmaschine, wobei das Werkzeug umfasst: einen Mittelschenkel (31); eine Kollisionsoberfläche (35A, 35B), welche ein Kollisionsprofil aufweist; und ein Verbindermechanismus (34, 35), der die Kollisionsoberfläche (35A, 35B) mit dem Mittelschenkel (31) verbindet, wobei der Verbindermechanismus die Kollisionsoberfläche mit dem Mittelschenkel in einer aus einer Vielzahl von voreingestellten Positionen verbinden kann, welche während der Rotation des Werkzeugs derart feststehend sind, dass das Kollisionsprofil der Kollisionsoberfläche mit unterschiedlichen Positionen der Verbindung variiert, der Verbindermechanismus (34, 35) mindestens einen Arm (34) umfasst, der ein erstes und zweites Ende aufweist, wobei das erste Ende des Armes drehbar mit dem Mittelschenkel verbunden ist und das zweite Ende mit der Kollisionsoberfläche (35A, 35B) verbunden ist und wobei der Arm ein Durchgangsloch aufweist; gekennzeichnet durch eine mittige Nabe (35), welche an dem Mittelschenkel (31) befestigt ist und eine Vielzahl von Durchgangslöchern aufweist; einen Bolzen zum Befestigen des Armes in positionsmäßiger Beziehung zu der mittigen Nabe (35), wenn der Bolzen durch das Loch in dem Arm und in eines aus der Vielzahl von Durchgangslöchern in der mittigen Nabe (35) eingesetzt wird.
  2. Das Mischwerkzeug nach Anspruch 1, wobei der Verbindermechanismus ein Artikulatorgelenk ist.
  3. Das Mischwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die Kollisionsoberfläche eine Kollisionsplatte umfasst, die von dem Mittelschenkel beabstandet ist.
  4. Das Mischwerkzeug nach Anspruch 3, wobei der Mittelschenkel ein erstes und zweites Ende aufweist; und weiterhin mindestens eine Kollisionsplatte umfasst, welche nahe an jedem Ende angeordnet ist.
  5. Das Mischwerkzeug nach Anspruch 1, wobei der Verbindermechanismus eine Befestigungseinrichtung (33) umfasst, welche gelöst werden kann, um die Kollisionsoberfläche von dem Mittelschenkel (31) zu trennen.
  6. Eine Mischmaschine, die umfasst: einen Behälter zum Aufnehmen eines Mediums, das gemischt werden soll; ein Mischwerkzeug (30) nach Anspruch 1; und eine drehbare Antriebswelle, die mit dem Mischwerkzeug innerhalb des Behälters verbunden ist, zum Übertragen einer Drehbewegung auf das Mischwerkzeug (30).
  7. Ein Verfahren zum Herstellen von Tonern, das umfasst: (a) Schmelz-Vermischen einer Mischung, die Tonerharz und Farbstoffe einschließt; (b) Reduzieren der Schmelz-Mischung in Partikel; und (c) Zugeben von Oberflächenzusatzpartikeln zu der Mischung von Schmelz-Mischpartikeln; und (d) Mischen der Schmelz-Mischung und Oberflächenzusatzpartikel in einer Mischmaschine unter Verwendung eines rotierenden Mischwerkzeugs, das umfasst: einen Mittelschenkel (31); eine Kollisionsoberfläche (35A, 35B), welche ein Kollisionsprofil aufweist; und ein Verbindermechanismus (34, 35), der die Kollisionsoberfläche (35A, 35B) mit dem Mittelschenkel (31) verbindet, wobei der Verbindermechanismus die Kollisionsoberfläche mit dem Mittelschenkel in einer aus einer Vielzahl von voreingestellten Positionen verbinden kann, welche während der Rotation des Werkzeugs derart feststehend sind, dass das Kollisionsprofil der Kollisionsoberfläche mit unterschiedlichen Positionen der Verbindung variiert, der Verbindermechanismus (34, 35) mindestens einen Arm (34) umfasst, der ein erstes und zweites Ende aufweist, wobei das erste Ende des Armes drehbar mit dem Mittelschenkel verbunden ist und das zweite Ende mit der Kollisionsoberfläche (35A, 35B) verbunden ist und wobei der Arm ein Durchgangsloch aufweist; wobei eine mittige Nabe (35) an dem Mittelschenkel (31) befestigt ist und eine Vielzahl von Durchgangslöchern aufweist; einen Bolzen zum Befestigen des Armes in positionsmäßiger Beziehung zu der mittigen Nabe (35), wenn der Bolzen durch das Loch in dem Arm und in eines aus der Vielzahl von Durchgangslöchern in der mittigen Nabe (35) eingesetzt wird.
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