ES2227967T3 - Rotor para mezclar elastomeros con angulo de aleta o pestaña variable. - Google Patents
Rotor para mezclar elastomeros con angulo de aleta o pestaña variable.Info
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Abstract
Mezclador interno para mezclar elastómeros y similares, que comprende una cámara de mezclado (2), delimitada por paredes (3a, 3b), dividida en dos semi- cámaras (2a, 2b), cada una de la cuales aloja internamente un rotor (5) que tiene una primera sección (L1) de mayor longitud en la dirección axial, que define una aleta de empuje (6), y una segunda sección (L2) de menor longitud en la dirección axial, que define una aleta de empuje antagonista, estando ambos rotores desplazados en fase uno de otro, caracterizado porque ambas aletas de empuje y empuje antagonista definen una cresta de anchura propia (B), un ángulo de entrada (C) hacia y un ángulo de salida (D) desde la mezcla, al menos una de dichas aleta de empuje (6) o aleta de empuje antagonista (7) tiene un ángulo de torsión (â, ó) que es variable a lo largo de su extensión axial.
Description
Rotor para mezclar elastómeros con ángulo de
aleta o pestaña variable.
La presente invención se refiere a un mezclador
interno según las características del preámbulo de la Reivindicación
1 adjunta para mezclar elastómeros y similares, con un par de
rotores que comprenden una primera sección de mayor longitud axial,
que define una aleta de empuje, y una segunda sección axial de menor
longitud que define una aleta de empuje antagonista.
En la técnica de procesamiento de goma y
plásticos, se conoce que se utilizan máquinas mezcladoras del tipo
denominado "mezcladores internos" con objeto de obtener una
mezcla adecuada para que se transforme en el producto acabado o
semi-acabado, estando formadas internamente dichas
máquinas mezcladoras por una cámara de mezclado (dividida en dos
semi-cámaras) que tienen, girando dentro de ellas,
dos rotores de ejes paralelos los cuales pueden ser, por ejemplo, de
tipo tangencial o penetrar uno en otro.
Dichos rotores tienen esencialmente la función de
realizar:
- -
- la incorporación de los diversos ingredientes que forman el material procesado, que más abajo, por motivos de simplicidad, se denominará mezcla;
- -
- la dispersión, es decir, la reducción en diámetro de las cargas, tales como negro de humo, y sílice, introducidas en la mezcla;
- -
- la distribución/homogeneización de las cargas dentro de la mezcla a fin de hacer la última tan uniforme como sea posible en la totalidad de su masa.
También se sabe, que mientras que la dispersión
depende de las características del campo de flujo, tales como la
fuerza de corte y el grado de deformación que los rotores son
capaces de producir en la mezcla durante la rotación, la
distribución de las cargas en la matriz de polímero depende del
rendimiento del campo de velocidad dentro de la cámara de mezclado,
a saber la capacidad de los rotores para desplazar la mezcla sin
crear puntos de estancamiento y al mismo tiempo hacer que la mezcla
fluya desde una semi-cámara a la otra.
Las diferentes configuraciones y formas
geométricas de los rotores producen por tanto dos tipos diferentes
de acciones de mezclado definidos como sigue:
- -
- mezclado dispersivo = la incorporación de partículas de carga en la matriz del elastómero y reducción del diámetro medio de partícula de los componentes individuales incorporados; y
- -
- mezclado distributivo = distribución uniforme y homogeneización de las partículas dentro de la mezcla
Más particularmente se sabe que, con objeto de
obtener un mezclado distributivo, es necesario que la mezcla se
someta a dos empujes diferentes, es decir, a un empuje axial, que
origina el flujo de las partículas de la mezcla en dirección axial
dentro de dicha semi-cámara, y, un empuje
transversal, que hace pasar la mezcla de una
semi-cámara a la otra.
También se conoce que es muy difícil maximizar
las dos acciones diferentes de mezclado al mismo tiempo, puesto que
las configuraciones y formas geométricas de los rotores de mezclado
(alojados dentro de las respectivas semi-cámaras de
las máquinas de mezclado), que determinan una mejora del mezclado
dispersivo, tienden a empeorar las características de mezclado
distributivo y viceversa.
Por consiguiente, se han realizado numerosos
intentos para diseñar configuraciones de rotores que pudiesen
producir no solamente un equilibrio aceptable entre las dos acciones
diferentes de mezclado, sino también una optimización simultanea de
ellas.
Ejemplos de tales rotores conocidos se ilustran,
por ejemplo, en la Patente Británica GB-2.024.635,
en la el rotor está dividido en dos secciones axiales de diferente
longitud que forman respectivamente la aleta de empuje (de mayor
longitud) y la aleta de empuje antagonista (de menor longitud).
Dicho rotor tiene unos ángulos de hélice
constantes, aunque funcional, funciona consecuentemente de idéntica
manera en todas las zonas del campo de flujo dentro de la cámara de
mezclado, no permitiendo la maximización simultánea de las dos
acciones de mezclado dispersiva y distributiva a lo largo del campo
de flujo de la cámara.
Por tanto, el problema técnico que se plantea, es
el de proporcionar un rotor para mezcladores internos para mezclar
productos de elastómero, que tenga características geométricas
concernientes a la forma tridimensional y a la sección transversal
que son tales como permitir la maximización simultánea de las
acciones de mezclado dispersivo y distributivo en todos los puntos
del campo de flujo.
Dentro del alcance de este problema un
requerimiento adicional es la necesidad de producir un
desplazamiento de fase óptimo entre dos rotores idénticos montados
en paralelo uno con otro dentro de una máquina de mezclador
interno.
Estos problemas técnicos se resuelven según la
presente invención mediante un mezclador interno según las
características de la parte caracterizadora de la Reivindicación 1
adjunta. En las reivindicaciones dependientes se describen
realizaciones preferidas de la invención.
Se pueden obtener más detalles de la siguiente
descripción de un ejemplo no limitativo de una realización
proporcionada respecto a los dibujos que se acompañan en los
que:
La Figura 1 muestra una vista en sección
esquemática de un mezclador interno;
La Figura 2 muestra una vista en perspectiva de
uno de los dos rotores de un mezclador interno según la presente
invención;
La Figura 3 muestra una vista lateral del rotor
según la Figura 2;
La Figura 4 muestra una vista lateral del rotor
según la Figura 2 girado totalmente 90º;
La Figura 5 muestra el desarrollo plano del
perfil del rotor según la presente invención;
La Figura 6 muestra una vista en sección
transversal de la cámara de mezclado, con un detalle ampliado del
borde externo del rotor, según la invención;
La Figura 7 muestra una vista en planta superior
de la cámara de mezclado de mezclador interno según la
invención;
La Figura 8 muestra una vista de un corte a lo
largo del plano indicado por VIII-VIII en la Figura
7; y
La Figura 9 muestra el desarrollo plano de un
perfil adicional del rotor para un mezclador interno según la
presente invención.
Como se ilustra, un mezclador interno 1 comprende
una parte de carga superior 1a, una cámara de mezclado 2 y una base
1b con una escotilla 20 para abrir la cámara de mezclado con objeto
de descargar la mezcla al final del ciclo.
La cámara 2 está formada a su vez por dos paredes
3a, 3b y dos resaltos (en la Figura 1 solo es visible el 4b) que
definen la configuración típica de la cámara de circunferencias que
se cortan entre sí, la cual está dividida por tanto en dos
semi-cámaras 2a, 2b que alojan internamente a los
respectivos rotores 5 que en el ejemplo son de tipo tangencial y que
giran alrededor de un eje longitudinal respectivo 5a, 5b.
Los rotores 5 tienen una forma sustancialmente
cilíndrica con una longitud total L y un diámetro D5, pero están
divididos en la dirección longitudinal en dos partes separadas, una
de ellas L1 de mayor longitud, que forma la aleta de empuje 6 de
mezcla, y una L2 de menor longitud, que forma la aleta de empuje
antagonista 7.
Los dos rotores están además montados enfrentados
cada uno dentro de la cámara 2 (Figuras 1, 7) de modo que cada aleta
de empuje 6 tiene, correspondiente a ella, la aleta de empuje
antagonista del otro rotor a fin de producir un gradiente de presión
entre los dos rotores que facilite el paso de la mezcla de una
semi-cámara a la otra, permitiendo cerrar la
trayectoria de desplazamiento de las partículas de mezcla que así
circulan por dentro de la cámara pasando de una
semi-cámara a la otra, produciendo el deseado
mezclado distributivo.
Como se muestra en las Figuras 2 y 3, los rotores
5 tienen una aleta de empuje 6 con un ángulo de torsión \beta (es
decir el ángulo entre el eje de giro del rotor y una línea
tangencial a cualquier punto de la cresta de la hélice) variable a
lo largo de la extensión de la hélice de la propia aleta.
Esta variación puede ser de tipo continuo o
discontinuo
Más particularmente (Figuras 3 y 5) la aleta de
empuje 6 tiene:
- -
- una primera parte 6a con una longitud axial L3, que forma un ángulo \beta3 comprendido entre 15º y 75º; preferiblemente este ángulo \beta3 está comprendido entre 15º y 60º; y
- -
- una segunda parte 6b con una longitud axial L4 que forma un ángulo \beta4 comprendido entre 15º y 60º; preferiblemente este ángulo \beta4 está comprendido entre 25º y 60º.
También se ha demostrado que la relación entre
las longitudes en sentido longitudinal L1 y L2 de las dos secciones
de empuje y empuje antagonista de los dos rotores puede estar
comprendida de manera ventajosa entre 0,05 y 0,5.
Además de la variación del ángulo de torsión de
la aleta de empuje se ha demostrado experimentalmente que se
obtienen mejoras en la acción de mezclado dispersiva dotando una
sección transversal de rotor con las siguientes características
ilustradas en la Figura 6 en la que los parámetros A, B, C, D tienen
el siguiente significado:
A = la distancia mínima entre la cresta del rotor
y la pared interna de la semi-cámara asociada;
B = la anchura de la cresta del rotor;
C= ángulo de masticación de la mezcla;
D= ángulo de salida de la mezcla.
En particular la geometría de la sección
transversal se caracteriza por valores de A tales que:
- -
- la relación entre la distancia mínima de la cresta del rotor con un diámetro D5 y la pared de la cámara cae dentro de los siguientes valores:
0,01 < A/D5
<
0,015
- -
- la relación entre la mínima distancia (A) de la cresta del rotor desde la pared de la cámara y la anchura (B) de la propia cresta está comprendida entre de los siguientes valores:
0,10 < A/B
< 0,5 y preferiblemente 0,15 < A/B <
0,25
- -
- el ángulo (C) de masticación de la mezcla está comprendido entre 15º y 35º y preferiblemente entre 20º y 25º;
- -
- el ángulo (D) de salida de la mezcla está comprendido entre 25º y 70º y preferiblemente entre 35º y 60º.
Por tanto el parámetro D tiende a incrementarse
puesto que cuanto mayor sea su valor mayor es el espacio que se
produce entre la aleta de empuje antagonista y la aleta de empuje de
los dos rotores, lo que aumenta el gradiente de presión en la zona
en la que la mezcla pasa de una semi-cámara a la
otra, favoreciendo todo ello a una mejora en el mezclado
distributivo.
La Figura 9 muestra el desarrollo plano de un
perfil adicional del rotor según la presente invención: en este caso
es la aleta de empuje antagonista 7 la que tiene un ángulo de
torsión \sigma dentro de la mezcla que es variable a lo largo de
la extensión de la hélice.
Más particularmente la aleta de empuje
antagonista tiene:
- -
- una primera parte 7a con una longitud axial L6, que forma un ángulo \sigma3 que está comprendido entre 15º y 75º; preferiblemente este ángulo \sigma3 está comprendido entre 30º y 60º; y una segunda parte 7b con una longitud axial L7, que forma un ángulo \sigma4 comprendido entre 15º y 75º; preferiblemente este ángulo \sigma4 está comprendido entre 25º y 60º.
Aunque descrito a modo de ejemplo en dos
versiones con una simple variación del ángulo de torsión para la
aleta de empuje o para la aleta de empuje antagonista es obvio que
una persona experta en la técnica pueda elegir proporcionar
diferentes combinaciones de variaciones de las dos aletas, es decir
aleta de empuje y aleta de empuje antagonista y también puede
introducir más de una variación en ángulo para una misma aleta
separadamente y en combinación con una o más variaciones en ángulo
de la otra aleta.
Una vez se hayan montado los dos rotores dentro
de la cámara 2 de mezclado de la máquina 1, también es necesario
asegurar que están desplazados en fase angular por un cierto ángulo
a fin de lograr optimización de la parte de la acción distributiva
de mezclado debida al cambio de material entre las dos
semi-cámaras 2a, 2b; más particularmente (Figuras 8,
9) el ángulo \alpha de desplazamiento de fase angular entre los
dos rotores está comprendido ventajosamente entre 70º y 125º y
preferiblemente entre 85º y 120º.
Claims (18)
1. Mezclador interno para mezclar elastómeros y
similares, que comprende una cámara de mezclado (2), delimitada por
paredes (3a, 3b), dividida en dos semi-cámaras (2a,
2b), cada una de la cuales aloja internamente un rotor (5) que tiene
una primera sección (L1) de mayor longitud en la dirección axial,
que define una aleta de empuje (6), y una segunda sección (L2) de
menor longitud en la dirección axial, que define una aleta de empuje
antagonista, estando ambos rotores desplazados en fase uno de otro,
caracterizado porque ambas aletas de empuje y empuje
antagonista definen una cresta de anchura propia (B), un ángulo de
entrada (C) hacia y un ángulo de salida (D) desde la mezcla, al
menos una de dichas aleta de empuje (6) o aleta de empuje
antagonista (7) tiene un ángulo de torsión (\beta, ó) que es
variable a lo largo de su extensión axial.
2. Mezclador interno según la Reivindicación 1,
caracterizado porque el ángulo (\alpha) de desplazamiento
de fase angular entre los dos rotores (5) está comprendido entre 70º
y 125º.
3. Mezclador interno según la Reivindicación 2,
caracterizado porque dicho ángulo (\alpha) de
desplazamiento de fase angular entre los dos rotores (5) está
comprendido preferiblemente entre 85º y 120º.
4. Mezclador interno según la Reivindicación 1,
caracterizado porque la relación (A/D5) entre la mínima
distancia (A) de la cresta del rotor (5) desde la pared de la cámara
(2) y el diámetro D5 del propio rotor está comprendida entre los
siguientes valores:
0,01 < A/D5
<
0,015
5. Mezclador interno según la Reivindicación 1,
caracterizado porque la relación entre la mínima distancia
(A) de la cresta del rotor (5) y la anchura (B) de la propia cresta
está comprendida entre los siguientes valores:
0,10 < A/B
<
0,5
6. Mezclador interno según la Reivindicación 5,
caracterizado porque la relación entre la mínima distancia
(A) de la cresta del rotor (5) y la anchura (B) de la propia cresta
está comprendida entre los siguientes valores:
0,15 < A/B
<
0,25
7. Mezclador interno según la Reivindicación 1,
caracterizado porque dicho ángulo de entrada (\beta,
\sigma) en la mezcla varía de manera continua.
8. Mezclador interno según la Reivindicación 1,
caracterizado porque dicho ángulo de entrada (\beta,
\sigma) varía de manera discontinua.
9. Mezclador interno según la Reivindicación 1,
caracterizado porque dicha aleta de empuje (6) o dicha aleta
de empuje antagonista (7) tiene una primera parte (6a, 7a) con un
ángulo de entrada (\beta3, \sigma3) comprendido entre 15º y
75º.
10. Mezclador interno según la Reivindicación 9,
caracterizado porque dicho ángulo de entrada (\beta3,
\sigma3) de la primera parte (6a, 7a) de la aleta de empuje (6) o
de la aleta de empuje antagonista (7) está comprendido
preferiblemente entre 30º y 60º.
11. Mezclador interno según la Reivindicación 1,
caracterizado porque dicha aleta de empuje (6) o dicha aleta
de empuje antagonista (7) tiene una segunda parte (6b, 7b) con un
ángulo de entrada (\beta4, \sigma4) comprendido entre 15º y
75º.
12. Mezclador interno según la Reivindicación 11,
caracterizado porque dicho ángulo de entrada (\beta4,
\sigma4) de la segunda parte (6b, 7b) de la aleta de empuje (6) o
de la aleta de empuje antagonista (7) está comprendido
preferiblemente entre 25º y 60º.
13. Mezclador interno según la Reivindicación 1,
caracterizado porque la aleta de empuje (6) y la aleta de
empuje antagonista (7) de cada rotor tiene un ángulo de torsión
hacia el interior de la mezcla que es variable a lo largo de su
extensión.
14. Mezclador interno según la Reivindicación 1,
caracterizado porque la relación entre las longitudes axiales
(L2/L1) de la aleta de empuje antagonista (7) y la aleta de empuje
(6) está comprendida entre 0,05 y 0,5.
15. Mezclador interno según la Reivindicación 1,
caracterizado porque el ángulo (C) de masticación del rotor
está comprendido entre 15º y 35º.
16. Mezclador interno según la Reivindicación 15,
caracterizado porque el ángulo (C) de masticación de la
mezcla esta comprendido preferiblemente entre 20º y 25º.
17. Mezclador interno según la Reivindicación 1,
caracterizado porque el ángulo (D) de salida de la aleta del
rotor de la mezcla está comprendido entre 25º y 70º.
18. Mezclador interno según la Reivindicación 17,
caracterizado porque el ángulo (D) de salida de la mezcla
está comprendido preferiblemente entre 35º y 60º.
Applications Claiming Priority (2)
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