KR100684633B1

KR100684633B1 - 내부 배치 믹서에 개선된 분산성 믹싱 및 분배성 믹싱을제공하기 위한 동기 구동용 4 날개 비-맞물림 로터

Info

Publication number: KR100684633B1
Application number: KR1020037007363A
Authority: KR
Inventors: 발자미스레프테리스; 보르젠스키프랭크; 와그너로버트; 라페트스키월터; 바우르마이스터한스
Original assignee: 패럴코오포레이션
Priority date: 2001-05-04
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2007-02-20
Also published as: WO2002089964A1; EP1383593B1; JP4195614B2; CA2428700C; US20020163852A1; CN1231289C; DE60220396T2; BR0206152B1; CZ20031324A3; MXPA03006348A; EP1383593A1; EP1383593A4; JP2004530546A; KR20040012693A; CA2428700A1; TWI227682B; DE60220396D1; BR0206152A; AU2002245544B2; US6494607B2

Abstract

본 발명은 내부 배치 믹서에 사용하기 위한 4 날개 로터에 관한 것이다. 로터는 2 개의 긴 날개를 가지고 있고, 이 2 개의 긴 날개는 상이한 어프로치각과 비틀림각을 가지고 있다. 상기 로터는 2 개의 짧은 날개를 가지고 있고 이들 짧은 날개도 상이한 어프로치각과 비틀림각을 가지는 것이 바람직하다. 상기 로터는 개선된 분배성 및 분산성 믹싱을 제공하여 재료를 처리하는데 있어서 보다 높은 생산성을 가능하게 하고 낮은 배출 온도에서 보다 균질하게 믹싱된 재료를 생산할 수 있게 한다.

내부 배치 믹서, 4 날개 로터, 어프로치각, 비틀림각, 분배성 믹싱, 분산성 믹싱, 믹싱 챔버, 날개 팁

Description

내부 배치 믹서에 개선된 분산성 믹싱 및 분배성 믹싱을 제공하기 위한 동기 구동용 4 날개 비-맞물림 로터{FOUR WING, NON-INTERMESHING ROTORS FOR SYNCHRONOUS DRIVE TO PROVIDE IMPROVED DISPERSIVE AND DISTRIBUTIVE MIXING IN INTERNAL BATCH MIXERS}

본 발명은 2 개의 반대방향으로 회전하는, 비-맞물림 4 날개 로터를 가진 내부 배치 믹싱 기계용 개량된 로터에 관한 것이다. 본 발명의 4-날개를 가진 로터는 배치 믹서 내에 있는 재료의 개선된 분산성 및 분배성 믹싱을 제공하는 것이다. 본 발명은 또한 본 발명의 2 개의 새로운 4-날개 로터를 이용하는 배치 믹싱 기계에 관한 것이며, 개선된 4-날개 로터를 가진 상기의 배치 믹싱 기계를 이용하는 개선된 배치 믹싱에 관한 것이다.

본 발명은 반대방향으로 회전하는 비-맞물림 날개를 가진 2 개의 로터를 수용하는 형태로 된 믹싱 챔버를 가진 배치 타입의 고강도 내부 믹싱 기계에 관한 것이다. 균질한 형태로 혼합될 혼합물 성분의 배치는 수직 슈트를 통하여 믹싱 챔버 속으로 이송되고 슈트 내에 위치된 램에 의한 압력 하에서 아래로 밀려내려 간다. 이 램은 유압식 또는 공압식으로 구동된다. 배치가 믹싱되는 동안 램이 하방으로그 작동 위치로 이동되었을 때 램의 하부면은 믹싱 챔버의 상부를 형성한다. 만들 어진 균질한 혼합물은 챔버의 바닥부에 있는 배출 구멍을 통하여 믹싱 챔버로부터 배출되고, 그 다음에 혼합물 성분의 그 다음 배치가 슈트를 통하여 아래로 도입될 것에 대비하여 상기 배출 구멍의 도어가 폐쇄된다.

몇가지 내부 배치 믹싱 기계는 비-맞물림 로터를 가지는 것으로 설계되어 있고, 다른 내부 배치 믹싱 기계는 맞물림 로터를 가지고 있다. 맞물림 로터는 항상 동기화된 관계로 동일한 회전 속력으로 구동되어야만 하고; 비-맞물림 로터는 상이한 믹싱 및 반죽 효과를 얻기 위해서 동일한 회전 속력이나 상이한 회전 속력으로 구동될 수 있다. 본 발명은 비-맞물림 타입에 관한 것이다. 로터의 날개는 대체로 나선형의 형상을 가지고 있고, 아래에서 기술하는 바와 같이, 로터 날개의 다양하고 강력한 동적 효과의 협력적인 상호작용에 의해 고강도 믹싱 및 균질화를 만들어 낸다. 비-맞물림 로터를 가지고 있는 내부 배치 믹서에 관한 더 많은 정보에 대해서는 미국특허 제1,200,070호 및 제3,610,585호, 그리고 최근의 미국특허제4,744,668호 및 제4,834,543호가 참고로 될 수 있고, 그리고 이들 특허의 내용은 본 발명의 배경 기술정보로서 본 명세서에 포함되어 있다.

오늘날 미국에서 상업적으로 사용되는 비-맞물림 로터를 가진 내부 배치 믹싱 기계의 대부분은 비-동기식으로 작동되며, 다시 말해, 종종 "마찰 비율(friction ratio)" 작동 모드라고 불리는, 상이한 회전 속력으로 구동되는 로터를 가지고 있다. 예를 들면, 전형적인 비-동기식 작동은 하나의 로터를 다른 로터가 8회전하는 동안 9회전하게 하는 것으로, 다시 말해 9 대 8 즉 1.125 대 1의 "마찰 비율"로 작동시키는 것이다.

1988년 5월 17일자로 발행된 미국특허 제4,744,668호에는, 최근에 보다 많은 비-동기식 배치 믹서 또는 동기식 배치 믹서에 사용되기에 적합한 향상된 성능을 가진 새로운 4-날개 및 3-날개 로터가 기술되어 있다.

미국특허 제4,834,543호는 배치 믹싱 기계에 사용된 2 개의 로터 각각이 2 개의 긴 날개 및 2 개의 짧은 날개를 가지고 있으며, 일정한 180°의 위상 각도로 동기식 속력으로 구동될 4-날개, 비-맞물림 로터를 기술하고 있다.

미국특허 제4,744,668호 및 제4,834,543호에서, 바람직한 위상 각도 관계로 배향된 채로 특정한 로터를 동기식으로 구동시킴으로써 최적 또는 바람직한 결과가 성취될 수 있다는 것을 알 수 있다. 상기 특허는 바람직한 위상 각도 관계가 약 180°인 것으로 명시하고 있다.

동기식 회전의 내부 배치 믹싱 기계에 사용하기 위해 지금까지 제안된 4-날개, 비-맞물림(접하는) 로터는 믹서 챔버 내의 로터에 의해 발생된 집중적인 전단력으로 인해 주로 소형의 분산성(집중적인) 믹싱을 촉진시키는 타입이었다. 분산성 믹싱에 있어서 발생된 큰 전단력은 혼합될 재료의 배치 내의 덩어리를 신속하게 파괴한다. 비-맞물림 로터는 또한 우수한 분산성 믹싱 특성과 함께 고충전율(high fill factor)과 짧은 공급 시간 및 배출 시간을 제공하는 특성을 가지고 있다. 그러나, 상기와 같은 비-맞물림 로터는 혼합될 재료의 실질적으로 동등하게 우수한 분배성(광역적인) 믹싱을 제공하지 못한다. 또한, 상기와 같은 비-맞물림 로터의 사용은 혼합될 재료에서의 바람직하지 않은 온도 상승에 의해 특징될 수 있다.

한편, 지금까지 맞물림 로터를 이용하는 믹싱 기계는 보다 우수한 열전달 특 성과 믹싱 배치 전체에 걸친 보다 우수한 열적 제어를 가지고 있다. 또한, 비-맞물림 로터를 이용하는 믹싱 기계와 대비하여, 맞물림 로터를 이용하는 믹싱 기계는 2 개의 로터 사이의 좁은 틈새 구역에서 큰 신장성 변형을 가하여 우수한 유동 분할과 그 결과로서 우수한 분배성 믹싱이 가능하다. 대조적으로, 비-맞물림 로터를 이용하는 믹싱 기계에 있어서 약한 유동 분할만이 상기 구역에서 만들어 지고 그 결과 일반적으로 실질적으로 동등한 분배성 믹싱을 만들지 못한다. 따라서 배치 믹서에 사용되기 위한 로터는 혼합될 재료의 배치의 프로세싱에 있어서 우수한 분산성 믹싱 및 우수한 분배성 믹싱을 동시에 만들어서 맞물림 로터와 비-맞물림 로터 양자의 장점을 가질 필요가 있다.

본 발명은 각각의 로터 날개가 특정한 기능을 수행하는 새로운 4-날개 로터와, 믹싱 배치의 우수한 분산성 믹싱 및 우수한 분배성 믹싱과 우수한 공정 온도 제어를 할 수 있도록 믹싱 기계 내에서 동기적으로 구동되는 로터로서 이들 로터를 사용하는 방법을 제공하여, 믹서의 믹싱 챔버를 보다 잘 사용할 수 있고 열적으로 동시에 조성적으로 보다 균질하게 혼합된 생산물을 만들어 낼 수 있도록 한다. 본 발명의 로터에 있어서 일정한 날개는 배치에서 주로 분산성 믹싱을 촉진시키고 다른 날개는 주로 분배성 믹싱을 촉진시킨다.

본 발명의 다른 특징은 믹싱 기계에 새로운 로터를 사용하여 2 개의 로터 사이의 상호작용의 창(window)에서 일정한 유동 패턴을 보강하고 믹서의 하나의 로터 챔버와 다른 로터 챔버 사이의 물질의 보다 효율적인 교환을 가능하게 한다. 이러한 기능은 2 개의 로터 사이의 상호작용의 창에 거의 언제나 로터 날개가 존재하도록 하는 대체로 나선형의 길이를 가지고 있는 날개를 가진 로터에 의해 부분적으로 수행된다. 이러한 구성은 2 개의 로터 사이의 상호작용의 창에서의 유동 패턴에 영향을 미칠 수 있는 많은 융통성을 허용한다.

본 발명의 또 다른 특징은 본 발명의 날개 설계와 믹싱 기계 내에서 로터의 적절한 얼라인먼트를 통하여 믹싱 챔버 내에서의 정체 구역을 실질적으로 제거하는 것이다. 본 발명의 또 다른 특징은 본 발명의 새로운 날개를 가진 로터의 기하하적 구조와 로터 속력으로 인해 믹싱 사이클 동안에 믹싱 강도를 변화시키는 것이다.

동기식 구동 수단을 가지고 있는 내부 집중 배치 믹싱 기계의 동일한 4 날개 비-맞물림 로터를 가진 동기식 비-맞물림 회전을 위한 본 발명의 4 날개 로터는, 축선 및 로터의 제 1 단부로부터 로터의 대향하는 제 2 단부까지의 축선방향의 길이를 가지고 있으며 제 1 및 제 2 긴 날개와 제 1 및 제 2 짧은 날개를 포함하는 대체로 나선형의 4 개의 날개를 가지고 있는 로터로 구성되어 있다. 제 1 긴 날개는 로터의 제 1 단부에서 로터 축선에 대하여 약 0°의 각도상의 위치에서 시작되고 약 45°내지 60°사이의 비틀림각으로 로터 축선에 대하여 배향된 날개 팁을 가지고 있으며 로터의 축선방향의 길이의 약 60% 내지 약 80% 사이의 축선방향의 길이를 가지고 있다. 이 제 1 긴 날개는 약 25°내지 60° 어프로치각을 가지고 있다. 로터 상의 제 2 긴 날개는 로터의 제 2 단부에서 로터 축선에 대하여 약 220°내지 약 240°의 각도상의 위치에서 시작되고 약 20°내지 40°사이의 비틀림각으로 로터 축선에 대하여 배향된 날개 팁을 가지고 있으며 로터의 축선방향의 길이의 약 60% 내지 80% 사이의 축선방향의 길이를 가지고 있다. 이 제 2 긴 날개의 어프로치각은 약 15°내지 25°사이의 어프로치각을 가지고 있다. 제 1 및 제 2 긴 날개의 각각의 날개 팁은 날개의 비틀림각에 대해 수직으로 측정된 폭을 가지고 있고, 제 1 긴 날개 팁의 폭은 제 2 긴 날개 팁의 폭보다 적어도 50% 그리고 약 100%에 이르기 까지 더 넓다. 로터 상의 제 1 짧은 날개는 로터의 제 1 단부에서 로터 축선에 대하여 약 170°내지 약 190°범위의 각도상의 위치에서 시작되고, 약 25°내지 60°범위의 비틀림각으로 로터 축선에 대하여 배향된 날개 팁을 가지고 있고, 바람직하게는 제 1 긴 로터의 날개 팁의 비틀림각과 실질적으로 동일하고, 로터의 축선방향의 길이의 약 10% 내지 30% 사이의 축선방향의 길이를 가지고 있다. 로터 상의 제 2 짧은 날개는 로터의 제 2 단부에서 로터 축선에 대하여 약 350°내지 약 20°범위의 각도상의 위치에서 시작되고, 약 25°내지 60°범위의 비틀림각으로 로터 축선에 대하여 배향된 날개 팁을 가지고 있고, 바람직하게는 제 2 긴 로터의 날개 팁의 비틀림각과 실질적으로 동일하고, 로터의 축선방향의 길이의 약 10% 내지 30% 사이의 축선방향의 길이를 가지고 있다. 제 1 및 제 2 긴 날개와 제 1 및 제 2 짧은 날개의 각각은 로터의 축선으로부터 실질적으로 동등한 반경방향의 거리에서 각각의 날개 팁을 가지고 있다.

동기식으로 작동되는 배치 믹서에 상기의 2 개의 로터가 위치되어 있을 때, 제 1 로터의 제 1 긴 날개의 나선형 날개 팁의 선단 에지는 제 2 로터의 제 1 긴 날개의 나선형 날개 팁의 선단 에지가 위치되어 있는 곳으로부터 제 2 로터의 칼라 로부터 믹싱 챔버의 대향하는 단부에 있는 제 1 로터의 칼라에 위치되어 있도록 상기 로터들이 믹서의 믹싱 챔버 내에 배향되어 있다. 부가적으로, 2 개의 로터는 믹싱 챔버 내에 위치되어 있어서, 로터들이 비-맞물림 상태로 반대 방향으로 회전하는 동안에 제 2 로터의 제 1 긴 날개의 나선형 날개 팁의 선단 에지가 2 개의 로터 사이의 상호작용의 창을 통하여 회전함에 있어서 제 1 로터의 제 1 긴 날개의 나선형 날개 팁의 선단 에지를 90°내지 180°, 바람직하게는 약 90°만큼 뒤따른다. 약 90°의 이러한 배향과, 2 개의 로터의 날개의 비틀림각의 결과로서, 각각의 로터 날개는 인접하는 로터의 프로세싱 표면의 효과적인 와이핑(wiping)작용을 제공하여 상기 프로세싱 표면 상에 효과적으로 재료를 다시 공급한다. 2 개의 로터 상의 큰 날개 및 작은 날개는 2 개의 로터 사이의 공간의 믹서의 전체 구역을 거의 완벽하게 휩쓸고 지나가서 분배성 믹싱을 더욱 향상시킨다. 90°내지 180°까지의 차이보다 더 큰 상기의 로터 얼라인먼트의 다른 각도상의 위치는 예를 들면 믹서에 대한 재료 흡입 및 배출과 같은, 믹싱 프로세스의 다른 측면을 촉진시키도록 사용될 수 있다. 2 개의 로터 상의 제 1 긴 날개의 나선형 날개 팁의 선단 에지의 시작 지점의 상기의 증가된 각도상의 위치에서, 다른 로터 날개가 2 개의 로터의 상호작용의 창을 가로지르는 때에 하나의 각도상의 위치에서 2 개의 로터 사이의 보다 넓은 개방 공간이 형성된 후에 다른 로터 날개가 상기 구역을 한 번 완벽하게 휩쓸고 지나간다.

본 발명은 첨부된 도면에 의해 예시되어 있으나, 첨부된 도면에 도시된 발명 에만 제한되지는 않는다.

도 1은 믹싱 기계의 일부분이 단면으로 도시된, 본 발명의 로터를 사용하는 내부 배치 믹싱 기계의 입면도;

도 2는 믹싱 챔버에 대하여 도 1의 라인 2-2를 따라서 도시한 확대 평면 단면도;

도 3은 본 출원에 사용된 로터 프로파일 용어의 의미를 나타내기 위한 도식도;

도 4는 믹싱 기계를 도시하지 않은 상태의 믹싱 기계 내에 배향된 본 발명의 2 개의 4 날개 로터의 평면도;

도 4A는 도 4의 화살표 A 방향에서 관찰한 도 4의 로터의 측면도;

도 4B는 도 4의 화살표 B 방향에서 관찰한 도 4의 로터의 측면도; 그리고

도 5는 로터의 나선형 날개가 직선으로 표시되어 있고 대각선으로 배향된 라인이 날개 팁의 중신선을 나타내는, 본 발명의 로터를 예시하여 설명하기 위한 목적으로 본 발명의 로터를 전개하여 도시한 도식도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명을 구현하는 한 쌍의 비-맞물림 로터(21, 22)가 유리하게 사용될 수 있는, 전체로서 부재번호 20으로 표시되어 있는 배치 타입의 고 집중성 내부 믹싱 기계는 도 1에 도시된 상승된 위치와 일점 쇄선으로 도시된 하강된 작동 위치(24') 사이에서 이동가능한 수직으로 왕복운동가능한 램(24)을 포함하고 있다. 이 램(24)은 믹싱 챔버(26) 속으로 들어가서 혼합될 혼합물 성 분을 이동시키기 위해서 사용된다. 작동 위치(24')에서는, 화살표(23, 25)에 의해 도시된 바와 같이 이격된 평행한 수평 축선 둘레로 회전하는, 아래에서 기술될 2 개의 반대방향으로 회전하는 로터(21, 22)의 날개에 의해서 철저히 그리고 강도 높게 물질이 혼합되기 때문에 램은 믹싱 챔버(26)내의 물질에 의해서 발휘된 힘에 대항하여 작용한다. 도 1에 도시된 좌측 로터(21)는 시계방향으로 그 축선 둘레로 회전하며 우측 로터(22)는 반시계방향으로 그 축선 둘레로 회전한다. 믹싱 챔버(26)는 이들 2 개의 로터를 수용하도록 형태화되어 있으며 각각 대체로 둥근 원통형인 좌측 및 우측 챔버 공동(27, 28)을 포함하고 있다. 이들 챔버 공동 서로를 향하여 수평으로 대향하여 개방된 관계로 위치되어 있다. 믹싱 챔버(26)의 중심 구역(29)은 대체로 2 개의 로터(21, 22) 사이에 위치되어 있는 것으로 한정되어 있다.

램(24)이 들어올려지는 동안, 먼저 혼합될 혼합물 성분이 호퍼(30) 속으로 도입되어서, 이 혼합물 성분은 호퍼(30)와 연통되어 믹싱 챔버(26)의 중심 구역(29) 속으로 아래로 뻗어 있는 슈트(32)로 들어갈 수 있다. 그 다음에 램이 하강하여 혼합물 성분을 믹싱 챔버 속으로 밀어 넣고 믹싱 챔버 내에 혼합물 성분을 유지한다. 이 램은 믹싱 기계(20)의 전체 하우징(35)의 최상부에 장착된 유체-작동식 구동 실린더(34)에 의해 작동되는 것으로 도시되어 있다. 유압식 또는 공압식으로 될 수 있는 유체 실린더(34)는 램을 하강시키고 들어올리기 위한 램(24)에 연결된 피스톤 로드(38)를 가진 이중-작동 피스톤(36)을 포함하고 있다. 이 램은 실린더(34)의 바닥부 단부(39) 아래의 피스톤 로드(38)의 하부 단부에 고정되어 있다. 바람직한 압력하의 작동 유체는 하강된 작동 위치(24')로 피스톤(36)을 아래쪽으로 가압하기 위해 실린더(34)의 상부로 공급 라인(40)을 통하여 이송된다. 믹싱 작업이 완료된 후에, 램은 도 1에는 도시되지 않은 공급 라인을 통하여 피스톤(36) 아래의 실린더(34) 속으로 이송된 작동 유체에 의해 상승 위치로 복귀된다.

혼합되어 균질화된 재료는 잠금 기구(44)에 의해 믹싱 작업 동안에 폐쇄된 위치에 유지되어 있는 도어(42)에 의해 통상적으로 폐쇄된 배출 구멍을 통하여 믹싱 챔버(26)의 바닥부로부터 배출된다. 잠금 기구(44)에 의해 해제될 때 도어(42)는 힌지 샤프트(46) 둘레로 아래로 선회하게 된다. 도어는, 예를 들면 힌지 샤프트(46)의 양 단부에 상에 장착된 도시되지 않은 한 쌍의 유압식 토크 모터에 의해 선회하게 된다 .

도 2는 라인 2-2를 따라서 도시된 도 1의 믹싱 기구(20)의 평면 단면도이다. 로터(21, 22)는 구동 모터(50)에 의해 구동되는 기어 기구(48)에 의해 반대 방향(23, 25)으로 회전한다. 이 기어 기구(48)는 동일한 속력으로, 즉 동기적으로 로터를 구동시키기 위해 동일한 맞물림 기어를 포함하고 있다. 구동 모터(50)는 종래의 형태일 수 있으며, 바람직하게는 믹싱 챔버(26) 내의 특수한 혼합물 성분과 그 온도 및 점성 상태에 따라서, 그리고 로터에 의해 제공될 소정의 믹싱 파워의 비율에 따라서 로터의 회전 속력을 변화시키는 속력 조절 수단을 포함한다.

종래의 밀봉 칼라(54)(도 2)가 믹싱 챔버(26)를 밀봉하기 위해 각 로터의 각각의 단부에 바로 근접하여 위치되어 있다. 각각의 칼라(54)에 근접한 로터의 단부는 종종 "칼라 단부"로 지칭된다.

도 2에서, 좌측 및 우측 로터(21, 22)는 각각의 칼라 단부(57, 58) 사이에서 측정된 로터 축선방향의 길이("L")를 각각 가지고 있는 것으로 도시되어 있다. 구동 샤프트(55 또는 56)에 연결된 칼라 단부(57)는 로터의 "피구동 단부"이고, 나머지 칼라 단부(58)는 "냉각재 단부" 또는 "냉각수 단부"이다. 로터는 냉각재 통로 및 냉각재를 포함하고 있고, 이 냉각재는 통상 냉각수이며, 구동 샤프트(55, 56)의 위치로부터 양 단부에 있는 냉각재 통로 속으로 이송된다. 팁 직경에 의해 형성된 로터 포락선(envelope)은 도 3에 도시된 바와 같이 각각 직경 "D"를 가지고 있다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 로터 포락선의 전개된 길이는 "πD"이다. 도 3은 본 발명의 로터의 설명과 관련하여 사용된 용어를 예시하고 있다.

도 4, 4A, 4B 및 5를 참고하면, 본 발명의 로터의 한 실시예가 도시되어 있다. 이 로터는 대향하는 칼라 단부로부터 시작되는 2 개의 긴 날개(61, 62)를 가지고 있다. 상기의 "로부터 시작되는"이라는 용어 또는 이와 유사한 용어는 각각의 나선형 날개 팁(61 또는 62)의 선단부가 표시된 칼라 단부에 위치되어 있는 것을 의미한다. 로터 축선은 참고 번호 60으로 표시되어 있고, 전개된 로터 포락선의 각도상의 위치 0°, 90°, 180°, 270° 및 360°는 로터 축선 둘레상의 각도상의 위치이다. 0°또는 360°의 각도상의 위치는 중심 구역(29)에 근접한 로터 포락선 상에 위치되어 있으며 2 개의 로터 축선(60)을 포함하는 수평면 상에 놓여 있기 때문에, 도 4, 4A, 4B 및 5와 관련하여 설명의 편의상 한정되어 있다. 또한 이 평면은 2 개의 로터 사이의 상호작용의 창(window)으로서 이하에서 지칭된다. 유 사하게, 로터는 또한 대향하는 칼라 단부로부터 시작되는 2 개의 짧은 날개(63, 64)를 가지고 있다.

본 발명의 예시적인 로터 레이아웃의 전개된 포락선은 도 5에 도시되어 있다. 이 도면에서 로터 날개는 날개 팁의 폭이 부분적으로 표시된 상태로, 각각의 날개 팁의 중심 라인에 의해 묘사되어 있다. 로터(21)에서 제 1 긴 날개(61)는 로터의 하나의 축선방향의 단부에서 로터 축선에 대하여 약 0°의 각도상의 위치에서 시작되고 50°의 비틀림각을 가지고 있다. 제 1 긴 날개의 축선방향의 길이(L₁)는 로터 축선방향의 길이(L)의 73.3% 이다. 이 날개의 날개 팁의 폭은 W₁이다. 이 날개 폭은 날개의 비틀림각에 대해 수직으로 측정되었다. 제 2 긴 날개(62)는 로터의 대향하는 축선방향의 단부에서 로터 축선에 대하여 약 230°의 각도상의 위치에서 시작되고 33°의 비틀림각을 가지고 있다. 이 제 2 긴 날개의 축선방향의 길이(L₂)는 로터 축선방향의 길이(L)의 73.3% 이다. 이 날개의 날개 팁의 폭은 W₂이다. 날개 폭(W₁)은 날개 폭(W₂)보다 55% 더 크다. 제 1 짧은 날개(63)는 제 1 긴 날개(61)와 동일한 로터의 축선방향의 단부에서 시작되지만, 로터 축선에 대하여 180°의 각도상의 위치에서 시작되고 50°의 비틀림각을 가지고 있다. 이 제 1 짧은 날개의 축선방향의 길이(L₃)는 로터 축선방향의 길이(L)의 20% 이다. 이 날개의 날개 팁의 폭은 W₃이다. 제 2 짧은 날개(64)는 제 2 긴 날개(62)와 동일한 로터의 축선방향의 단부에서 시작되지만, 로터 축선에 대하여 5°의 각도상의 위치에 시작되고 33°의 비틀림각을 가지고 있다. 이 날개의 날개 팁의 폭은 W₄이다. 날개 폭(W₃)은 날개 폭(W₄)보다 55% 더 크다.

도 4, 4A 및 4B는 2 개의 로터가 도 1에서 기술된 것과 같은 집중적인(intensive), 내부 배치 믹싱 기계에 사용되는 경우에 날개의 상대적인 배향을 도시하고 있다. 상기의 배치 믹서에서 광역적인(extensive) 믹싱을 제어하는 한 가지 수단은 믹서의 한 챔버로부터 믹서의 다른 챔버로 재료를 강제로 교환하기 위해서 각각의 로터의 로터 날개가 소정의 형태로 로터 사이의 상호작용의 창을 가로지르는 식으로 서로에 대한 로터 날개의 배향을 통하여 제어하는 것이다. 비교적 큰 비틀림각 및 비틀림부 즉 축선방향의 길이(L₁)를 가진 각각의 로터(21, 22)의 제 1 긴 날개(61)는 2 개의 로터 사이의 상호작용의 창을 휩쓸고 지나간다. 이러한 유동 패턴은 제 2 긴 날개(62)와 로터 날개가 각각의 로터 회전의 전체 지속기간 동안 2 개의 로터 사이의 상호작용의 창에 항상 존재하도록 설계되어 있는 2 개의 짧은 날개(63, 64)에 의해서 더욱 강화된다. 바람직한 로터 배향은 제 2 로터(22)의 제 2 긴 날개(62)가 상호작용의 창 속으로 들어가는 시작 지점(72)의 0° 내지 25° 범위의 각도 배향의 범위내에서 로터들 사이의 상호작용의 창으로 들어가는 제 1 로터(21)의 제 1 긴 날개(61)의 시작 지점(71)을 가지고 있다. 이러한 구성에 있어서, 2 개의 로터 날개의 비틀림각의 결과로서, 각각의 로터 날개는 인접한 로터의 프로세싱 표면을 효과적으로 휩쓸고 지나가서 이들 표면 내에 유효한 재료를 새로 제공한다. 2 개의 로터의 긴 로터 날개 및 짧은 로터 날개는 2 개의 로터 사이의 공간 내의 믹서의 전체 구역을 거의 완벽하게 휩쓸고 지나가서 광역적인 믹싱을 더욱 강화되도록 보장한다. 제 1 로터(21)의 제 1 긴 날개의 시작 지점(71)이 제 2 로터(22)의 제 1 긴 날개(61)의 시작 지점(73)보다 90° 내지 180°의 각도상의 위치 만큼 먼저 상호작용의 창 속으로 들어가는 것이 더욱 바람직하다. 그러나, 재료를 믹서로의 흡입 및 믹서로부터의 배출과 같은 믹싱 프로세스의 다른 측면을 촉진시키는 다른 로터 얼라인먼트가 가능하다는 것을 알 수 있다.

본 발명의 로터에 있어서, 제 1 긴 날개(61)의 비틀림각은 로터 날개 팁 간극을 가르지르고 축선방향으로 로터 날개 길이(L₁)를 따라 지나도록 허용되는 재료의 양을 균형맞추도록 선택된다. 이 제 1 긴 날개에 대한 45° 내지 60°의 비틀림각은 로터 날개(61)의 전방에 축적된 재료의 50%를 초과하는 양이 향상된 광역적인 믹싱과 재료 온도 제어를 위해, 축선방향으로 유동하게 되도록 보장한다. 로터 날개(61)의 전방에 축적된 재료의 나머지는 로터 날개 팁을 넘어서 점차적으로 둘레방향으로 유동한다. 로터 비틀림각의 적절한 선택은 반경방향 및 축선방향의 재료 유동의 적절한 비율을 확보할 수 있는 반면에, 로터 날개의 비틀림 길이 즉 로터 길이의 60 내지 80%의 등가인 축선방향의 길이는 축선방향의 재료 유동의 정도를 제어한다. 따라서, 본 발명의 로터는 제 1 긴 로터 날개(61)의 전방에 축적된 재료의 많은 부분이 믹싱 챔버의 대부분을 가로지르게 되도록 한다.

로터의 제 2 긴 날개(62)를 로터 축선에 대하여 220° 내지 240°의 각도상의 위치에 배치시키면 재료는 하나의 로터 날개로부터 다른 로터 날개로 자유롭게 이전되게 한다. 이 날개(62)에 대한 20° 내지 40°의 비틀림각은 로터 날개 팁과 믹싱 챔버의 내측 하우징 벽 사이의 로터의 반경방향의 간극 내로 재료의 많은 양이 유동하도록 한다.

분산성 믹싱은 한정된 횟수에 걸쳐서 재료를 반복적으로 제어된 응력을 받게 함으로써 이루어 진다. 설계 파라미터 중에서 재료가 로터 날개와 내측 하우징 벽 사이의 반경방향의 간극을 통하여 유동할 때 재료에 가해진 응력 수준에 영향을 미치는 것은 유효한 전단률 및 재료 점성이다. 재료 점성은 처리되는 재료의 분자 구조 및 처리 온도에 따른 특성이다. 본 발명의 로터는 이 처리 온도가 효과적으로 제어될 수 있는 유효한 수단을 제공한다. 반면에, 응력 수준은 전단률 및 온도에 따라 좌우된다. 로터 날개 팁과 챔버 벽의 표면 사이의 반경방향의 간극 내로 유동하도록 허용된 재료의 양은 로터 날개의 작업 표면 내의 팁 간극 및 어프로치각과 함수적 상관관계가 있다. 본 발명에 있어서 로터의 설계 파라미터는 믹서의 상기와 같은 부분을 통과하는 재료의 양에 대해 효과적인 제어를 가능하게 한다.

믹싱 강도를 제어하기 위해 본 발명의 로터에 사용된 다른 수단은 각각의 날개에 대한 소정의 프로세싱 기능에 따라 로터 날개 팁 폭의 선택을 통한 것이다. 동일한 날개 팁 폭이 2 개의 긴 날개 및/또는 2 개의 짧은 날개에 대해서 사용될 수 있지만, 제 1 긴 날개(61)의 날개 폭은 제 2 긴 날개(62)의 날개 폭보다 적어도 50% 더 크고, 그리고 약 100% 까지 더 크게 되는 것이 바람직하다. 유사하게, 제 1 짧은 날개(63)의 날개 폭은 제 2 짧은 날개(64)의 날개 폭보다 적어도 50% 더 크게 되는 것이 바람직하다. 또한 제 1 짧은 날개(63)의 폭이 제 1 긴 날개(61)의 폭과 동일하고 제 2 짧은 날개(64)의 폭이 제 2 긴 날개(62)의 폭과 동일한 것이 바람직하다. 보다 큰 날개 폭은 로터 날개 팁 폭을 증가시키면서 재료 전단작용의 결과로서 믹싱의 지속기간이 증가하기 때문에 믹싱의 강도를 증가시킨다. 바람직하게는, 각각의 로터 날개의 믹싱 특성을 보다 최적화하기 위해서 로터 날개의 시작 지점으로부터 로터 날개의 종결 지점까지 로터 날개 폭에 있어서 선형적인 변화를 채용할 수 있다.

본 발명의 로터의 짧은 날개(63, 64)는 재료를 로터의 날개의 시작 지점으로부터 멀어지도록 결과적으로 믹서 챔버의 단부 플레이트로부터 멀어지도록 향하게 작용한다. 이들 날개는 재료를 단부 플레이트로부터 멀어지도록 향하게 하여 비교적 재료 유동이 부족한 정체 구역을 제거하는 것으로서, 다시 말해 2 개의 로터 단부에 있는 구역으로 들어가도록 허용된 재료의 양을 감소시켜서 이 구역에서 발생되는 마모를 감소시킨다. 날개의 각도상의 시작 지점 및 날개의 축선방향의 길이는 믹서의 둘레 및 축선방향의 길이를 따라서 재료의 자유롭고 연속적인 유동을 가능하게 하면서 상기한 목적을 달성하도록 선택된다.

본 발명의 로터의 다른 특징은 로터 날개에 대한 상이한 어프로치각이다. 이 어프로치각은 챔버의 내측 벽에 대한 접선과 로터 날개 팁 근처의 로터 작업 표면에 의해서 형성된 각도이다. 로터 팁의 근처에 형성된 "쐐기형상의" 구역은 재료가 날개 팁을 넘어서 적절하게 유동할 수 있도록 한다. 제 1 긴 로터(61)에 대한 어프로치각은 25° 내지 60°사이에서 변화하고 재료의 원주 방향의 유동보다는 축선방향의 유동을 주로 촉진시킨다. 제 2 긴 날개(62)의 어프로치각은 15°내지 25°사이에서 변화하고 로터 날개의 쐐기형상의 구역에 포획된 재료의 대부분이 로터 날개 팁과 챔버의 내측 벽에 의해서 형성된 반경방향의 간극을 통하여 로터 날개를 넘어가게 되도록 한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서 제 1 짧은 날개(63)의 어프로치각은 제 2 짧은 날개(64)의 어프로치각보다 더 큰 각도로서, 적어도 5°, 바람직하게는 5° 내지 15°이다. 따라서, 제 1 짧은 날개는 주로 분배성 믹싱을 촉진시키고 제 2 짧은 날개는 주로 분산성 믹싱을 촉진시킨다.

본 발명의 로터의 다른 특징으로서, 2 개의 긴 날개(61, 62)의 어프로치각은 또한 2 개의 긴 로터 날개의 길이를 따라서 변화될 수 있어서 축선방향으로 유동하거나 각각의 날개 팁을 넘어서 원주방향으로 유동하도록 허용된 재료의 양에 영향을 미친다. 예를 들면, 제 1 긴 로터 날개(61)에 대한 어프로치각은 로터 상의 날개의 시작 지점의 최소 60°로부터 로터 상의 날개의 종결 지점의 25°까지 변화될 수 있고, 제 2 긴 날개(62)에 대해서는 시작 지점의 25°의 어프로치각으로부터 종결 지점의 15°의 어프로치각까지 변화될 수 있다. 일반적으로, 제 1 긴 날개(61)의 어프로치각은 제 2 긴 날개(62)의 어프로치각보다 더 큰 각도로서, 적어도 5°, 바람직하게는 5° 내지 15°이다. 적절한 어프로치각의 적절한 선택은 각각의 이러한 로터 날개의 분배성 믹싱 특성과 분산성 믹싱 특성 사이의 균형을 맞추는 또 다른 수단을 허용하며 그 결과 이러한 수단을 이용하는 시스템을 허용한다.

본 발명의 로터는 이 로터를 이용하여 내부 집중 믹싱 기계의 생산성을 향상시킨다. 그리고, 본 발명의 로터는 또한 보다 짧은 시간내에 보다 향상된 일정성 과 균질성을 가진 제품을 생산한다. 종래 기술의 로터에 의한 결과와 비교하여 본 발명의 로터에 의한 생산성 향상은 대체로 적어도 20% 이상이 될 수 있다. 본 발명의 로터는 배치 믹서에 대한 사이클 시간을 감소시키고, 또한 처리된 재료의 배출 온도를 현저하게 낮출 수 있게 한다.

본 발명은 특정한 실시예에 의해 예시되어 있을 뿐이고 개시된 본 발명의 기술사상과 기술영역으로부터 벗어나지 않고서 수정 및 변경 실시형태가 만들어 질 수 있다.

Claims

내부 집중 배치 믹싱 기계에 사용되는 4 날개 로터로서, 로터는 축선 및 로터의 제 1 단부로부터 로터의 대향하는 제 2 단부까지의 축선방향의 길이를 가지고 있으며, 제 1 및 제 2 긴 날개와 제 1 및 제 2 짧은 날개를 포함하는 나선형의 복수개의 날개를 가지고 있고;

제 1 긴 날개는 로터의 제 1 단부에서 로터 축선에 대하여 0°의 각도상의 위치에서 시작되고 45°내지 60°사이의 비틀림각으로 로터 축선에 대하여 배향된 날개 팁을 가지고 있으며 로터의 축선방향의 길이의 60% 내지 80% 사이의 축선방향의 길이 및 25°내지 60°범위의 어프로치각을 가지고 있고;

로터 상의 제 2 긴 날개는 로터의 제 2 단부에서 로터 축선에 대하여 220°내지 240°의 각도상의 위치에서 시작되고 20°내지 40°사이의 비틀림각으로 로터 축선에 대하여 배향된 날개 팁을 가지고 있으며 로터의 축선방향의 길이의 60% 내지 80% 사이의 축선방향의 길이 및 제 1 긴 날개의 어프로치각보다 적어도 5°만큼 더 작다는 조건하에서 15°내지 25°사이의 어프로치각을 가지고 있고;

제 1 및 제 2 긴 날개의 각각의 날개 팁은 날개의 비틀림각에 대해 수직으로 측정된 폭을 가지고 있고, 제 1 긴 날개 팁의 폭은 제 2 긴 날개 팁의 폭보다 적어도 50% 더 넓고;

로터 상의 제 1 짧은 날개는 로터의 제 1 단부에서 로터 축선에 대하여 170°내지 190°범위의 각도상의 위치에서 시작되고, 25°내지 60°범위의 비틀림각으로 로터 축선에 대하여 배향된 날개 팁을 가지고 있고, 로터의 축선방향의 길이의 10% 내지 30% 사이의 축선방향의 길이를 가지고 있고;

로터 상의 제 2 짧은 날개는 로터의 제 2 단부에서 로터 축선에 대하여 350°내지 20°범위의 각도상의 위치에서 시작되고, 25°내지 60°범위의 비틀림각으로 로터 축선에 대하여 배향된 날개 팁을 가지고 있고, 로터의 축선방향의 길이의 10% 내지 30% 사이의 축선방향의 길이를 가지고 있으며; 그리고

제 1 및 제 2 긴 날개와 제 1 및 제 2 짧은 날개의 각각은 로터의 축선으로부터 동등한 반경방향의 거리에서 각각의 날개 팁을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 4 날개 로터.
제 1 항에 있어서, 제 1 긴 날개의 어프로치각이 제 2 긴 날개의 어프로치각보다 5°내지 25°만큼 더 큰 것을 특징으로 하는 4 날개 로터.
제 1 항에 있어서, 제 1 짧은 날개의 어프로치각이 25°내지 40°사이에 있고, 제 2 짧은 날개의 어프로치각은 15°내지 25°사이에 있으며, 제 1 짧은 날개의 어프로치각은 제 2 짧은 날개의 어프로치각보다 적어도 5°만큼 더 큰 것을 특징으로 하는 4 날개 로터.
제 3 항에 있어서, 제 1 짧은 날개의 어프로치각은 25°내지 40°사이에 있고, 제 2 짧은 날개의 어프로치각은 15°내지 25°사이에 있으며, 제 1 짧은 날개의 어프로치각은 제 2 짧은 날개의 어프로치각보다 5°내지 15°만큼 더 큰 것을 특징으로 하는 4 날개 로터.
제 4 항에 있어서, 제 1 짧은 날개의 어프로치각은 제 1 긴 날개의 어프로치각과 동일하고 제 2 짧은 날개의 어프로치각은 제 2 긴 날개의 어프로치각과 동일한 어프로치각인 것을 특징으로 하는 4 날개 로터.
제 5 항에 있어서, 제 1 긴 날개 및 제 1 짧은 날개의 어프로치각은 각각 29°이고 제 2 긴 날개 및 제 2 짧은 날개의 어프로치각은 각각 19°인 것을 특징으로 하는 4 날개 로터.
제 1 항에 있어서, 제 1 긴 날개 및 제 1 짧은 날개의 비틀림각은 각각 50°이고 제 2 긴 날개 및 제 2 짧은 날개의 비틀림각은 각각 33°인 것을 특징으로 하는 4 날개 로터.
제 6 항에 있어서, 제 1 긴 날개 및 제 1 짧은 날개의 비틀림각은 각각 50°이고 제 2 긴 날개 및 제 2 짧은 날개의 비틀림각은 각각 33°인 것을 특징으로 하는 4 날개 로터.
제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 짧은 날개의 각각의 날개 팁은 폭을 가지고 있고, 제 1 짧은 날개 팁의 폭은 제 2 짧은 날개 팁의 폭보다 적어도 50% 더 넓은 것을 특징으로 하는 4 날개 로터.
제 9 항에 있어서, 제 1 긴 날개 팁의 폭은 제 2 긴 날개 팁의 폭보다 64% 더 넓고, 제 1 짧은 날개 팁의 폭은 제 2 짧은 날개 팁의 폭보다 64% 더 넓고, 제 1 짧은 날개 팁의 폭은 제 1 긴 날개 팁의 폭과 동일하고 제 2 짧은 날개 팁의 폭은 제 2 긴 날개 팁의 폭과 동일한 것을 특징으로 하는 4 날개 로터.
제 8 항에 있어서, 제 1 및 제 2 짧은 날개의 각각의 날개 팁은 날개의 비틀림각에 대해 수직으로 측정된 폭을 가지고 있고, 제 1 짧은 날개의 팁의 폭은 제 2 짧은 날개 팁의 폭의 폭보다 적어도 50% 더 넓은 것을 특징으로 하는 4 날개 로터.
제 11 항에 있어서, 제 1 긴 날개 팁의 폭은 제 2 긴 날개 팁의 폭보다 64% 더 넓고, 제 1 짧은 날개 팁의 폭은 제 2 짧은 날개 팁의 폭보다 64% 더 넓고, 제 1 짧은 날개 팁의 폭은 제 1 긴 날개 팁의 폭과 동일하고 제 2 짧은 날개 팁의 폭은 제 2 긴 날개 팁의 폭과 동일한 것을 특징으로 하는 4 날개 로터.
제 1 항에 있어서, 제 2 긴 날개는 로터 축선에 대하여 230°의 각도상의 위치에서 시작되고, 제 1 짧은 날개는 로터 축선에 대하여 180°의 각도상의 위치에서 시작되고, 그리고 제 2 짧은 날개는 로터 축선에 대하여 5°의 각도상의 위치에서 시작되는 것을 특징으로 하는 4 날개 로터.
제 8 항에 있어서, 제 2 긴 날개는 로터 축선에 대하여 230°의 각도상의 위치에서 시작되고, 제 1 짧은 날개는 로터 축선에 대하여 180°의 각도상의 위치에서 시작되고, 그리고 제 2 짧은 날개는 로터 축선에 대하여 5°의 각도상의 위치에서 시작되는 것을 특징으로 하는 4 날개 로터.
제 10 항에 있어서, 제 2 긴 날개는 로터 축선에 대하여 230°의 각도상의 위치에서 시작되고, 제 1 짧은 날개는 로터 축선에 대하여 180°의 각도상의 위치에서 시작되고, 그리고 제 2 짧은 날개는 로터 축선에 대하여 5°의 각도상의 위치에서 시작되는 것을 특징으로 하는 4 날개 로터.
제 12 항에 있어서, 제 2 긴 날개는 로터 축선에 대하여 230°의 각도상의 위치에서 시작되고, 제 1 짧은 날개는 로터 축선에 대하여 180°의 각도상의 위치에서 시작되고, 그리고 제 2 짧은 날개는 로터 축선에 대하여 5°의 각도상의 위치에서 시작되는 것을 특징으로 하는 4 날개 로터.
비-맞물림 상태로 반대방향으로 회전하는 날개를 가진 제 1 및 제 2 로터를 수용하는 각각의 공동을 가진 믹싱 챔버를 형성하는 하우징을 포함하고 있고, 상기 로터는 상기 공동내의 평행한 축선 상에 있고, 상기 2 개의 로터 사이의 상호작용의 창을 제공하기 위해서 상기 공동은 상기 로터들 사이에 위치된 믹싱 챔버의 중심 구역에서 연통되어 있고, 각각의 로터는 피구동 단부 및 대향하는 냉각재 단부를 가지고 있고 각각의 로터의 피구동 단부는 공동 내에서 서로 인접하여 있는 내부 배치 믹싱 기계에 있어서,

2 개의 로터 각각은 청구항 1 내지 청구항 16의 로터로 이루어지고, 제 1 로터의 제 1 긴 날개는 제 1 로터의 피구동 단부에서 시작되고 제 2 로터의 제 1 긴 날개는 제 2 로터의 냉각재 단부에서 시작되도록 상기 로터가 각각의 공동내에 배향되어 있는 것을 특징으로 하는 내부 배치 믹싱 기계.
제 17 항에 있어서, 로터들 사이의 상호작용의 창 속으로 하나의 로터의 제 1 긴 날개의 시작 지점이 다른 로터의 제 1 긴 날개의 시작 지점보다 90°내지 180°의 각도 만큼 먼저 진입하도록 로터가 믹싱 기계내에 배향되어 있는 것을 특징으로 하는 내부 배치 믹싱 기계.
제 17 항에 있어서, 제 1 로터의 제 1 긴 날개의 시작 지점이 로터들 사이의 상호작용의 창 속으로 진입하는 것이 제 2 로터의 제 2 긴 날개의 시작 지점이 상기 상호작용의 창 속으로 진입하는 것의 0°내지 25°의 범위 내의 각도 배향의 범위에 있도록 로터가 믹싱 기계내에 배향되어 있는 것을 특징으로 하는 내부 배치 믹싱 기계.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제