KR101275062B1 - 다이내믹 믹서 - Google Patents

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KR101275062B1
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빌헬름 에이. 켈러
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Abstract

상이한 체적량의 성분들을 혼합하기 위한 다이내믹 믹서는, 내부에 믹싱 로터가 배치되며 성분들이 투입되는 입구가 커버(45)에 의해 폐쇄되는 로터 하우징(25)을 포함한다. 제1 성분용 입구(47)는, 하나 이상의 통로(19)에 의해 후속의 믹싱 챔버(36)와 연결되는 대기실(32)로 연결된다. 믹싱 로터(10)는, 상기 대기실에 위치되어 상기 믹싱 로터의 회전축 둘레에서 상기 제1 성분을 분배하는 분배기 본체(13, 63)를 포함한다. 체적량이 더 작은 제2 성분용 입구(48)는 상기 회전축에 대하여 횡방향으로 상기 믹싱 챔버에 대한 통로의 영역에 위치되는 하나 이상의 입구 개구부(54)에 연결된다. 상기 믹서는 초기부터 정확한 혼합비를 얻을 수 있으며, 최적으로 기포가 없는 혼합이 가능하고, 종래의 믹서에 비해 온도 상승이 적다.

Description

다이내믹 믹서 {DYNAMIC MIXER}
본 발명은, 내부에 믹싱 로터가 배치되며 성분들이 투입되는 입구가 커버에 의해 폐쇄되는 로터 하우징을 포함하는, 다이내믹 믹서에 관한 것이다.
상이한 체적량의 성분들을 혼합하는 경우, 그리고 이들 성분이 예를 들어 치과용 인상재(dental impression material)를 제조하기 위해 사용되는 경우, 혼합 공정의 개시에 2가지 성분이 정확한 혼합비로 혼합되어야 하는 어려움이 있다. 특정의 수단이 이용되지 않는다면, 부피 함량이 작은 성분, 예를 들어 촉매제는 믹서로부터 페이스트 스트랜드(paste strand)가 배출되기 시작할 때 전혀 존재하지 않거나 충분한 양으로 존재하지 않게 된다. 그 결과, 품질이 만족스럽지 못한 혼합이 되어, 예를 들어 캐스팅 컴파운드의 경화 능력이 보장되지 않는다. 종래의 믹서의 다른 단점은, 인상 품질에 악영향을 주는 기포가 혼입된다는 것이다.
EP-A2-1 402 940에는, 커다란 체적량을 가지는 성분의 믹싱 챔버로의 투입을 지연시키기 위해 우회 채널을 가지는 다이내믹 믹서를 개시하고 있다. 이러한 방법은, 우회 채널을 통해 상기 성분을 믹싱 챔버에 투입하는데 있어서 높은 압력이 필요기 때문에 바람직하지 않으며, 특히 상기 성분이 높은 점도를 가지는 경우에 그러하다.
상기 종래 기술의 배경을 감안하여, 본 발명의 목적은, 간단한 방식으로 그리고 추가의 압력 손실 없이, 두 가지 성분이 어느 한쪽이 억제되는 일 없이 정확한 비율로 혼합되고 공기의 혼입이 없는 다이내믹 믹서를 제공하는 것이다.
상기 목적을 만족시키는 다이내믹 믹서는 청구항 1에 정의되어 있다. 다른 청구항들, 특히 청구항 2는 바람직한 실시예를 정의한다.
도 1a는 본 발명에 따른 믹서의 제1 실시예의 부분단면 측면도로서, 믹서가 베이요닛 링(bayonet ring)에 의해 카트리지에 고정된 것을 나타낸다.
도 1b는 도 1a의 선 IA-IA에 따른 단면도로서, 베이요닛 링은 생략된 것이다.
도 1c는 도 1a의 선 IB-IB에 따른 단면도로서, 베이요닛 링은 생략된 것이다.
도 1d는 도 1a의 선 IC-IC에 따른 단면도로서, 베이요닛 링은 생략된 것이다.
도 1e는 도 1a의 선 ID-ID에 따른 단면도로서, 베이요닛 링은 생략된 것이다.
도 1f는 도 1a의 선 IE-IE에 따른 단면도로서, 베이요닛 링은 생략된 것이다.
도 2a는 도 1a의 믹싱 로터의 사시도이다.
도 2b는 도 1e의 선 IA-IA에 따른 믹싱 블레이드(15)의 단면도이다.
도 2c는 도 1e의 선 IB-IB에 따른 믹싱 블레이드(16)의 단면도이다.
도 3은 도 2a의 믹싱 블레이드의 부분단면 측면도이다.
도 4는 도 1a의 로터 하우징에서 도 5의 선 IV-IV에 따른 단면도이다.
도 5는 도 4의 로터 하우징을 입구 쪽에서 본 도면이다.
도 6은 도 4의 로터 하우징의 사시도이다.
도 7은 도 6의 로터 하우징의 커버를 출구 쪽에서 본 도면이다.
도 8은 도 7의 선 VIII-VIII에 따른 단면도이다.
도 9는 도 7의 로터 하우징 커버의 사시도이다.
도 10은 믹싱 로터의 제2 실시예의 사시도이다.
도 11은 도 10의 믹싱 로터의 부분단면 측면도이다.
도 12a는 도 11의 믹싱 로터를 포함하여 조립된 믹서의 부분단면 측면도이다.
도 12b는 도 12a의 선 XIIA-XIIA에 따른 단면도이다.
도 12c는 도 12a의 선 XIIB-XIIB에 따른 단면도이다.
도 12d는 도 12a의 선 XIIC-XIIC에 따른 단면도이다.
도 12e는 도 12a의 선 XIID-XIID에 따른 단면도이다.
이하, 첨부도면을 참조한 예시적인 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 1a는, 이중 카트리지(3)의 커다란 출구(1) 및 작은 출구(2)에 연결되고 베이요닛 링(4)에 의해 고정되며 상이한 체적량의 2가지 성분을 혼합하는 다이내믹 믹서를 나타낸다. 이하, 많은 체적량을 가진 성분을 "성분 A", 적은 체적량을 가진 성분을 "성분 B"라고 하기로 한다.
믹서는, 믹싱 로터(10), 로터 하우징(20), 및 로터 하우징 커버(30)를 포함한다. 믹싱 로터(10)는 회전 가능하도록 고정되기 위해, 입구 쪽에서 믹서 구동 샤프트(6)의 드라이버(5)에 결합된다.
도 2a 및 도 3에 도시한 바와 같이, 믹싱 로터(10)의 입구 단부는, 드라이버(5)와 결합되기 위한 개구부를 가지는 드라이버 허브(12)를 포함한다.
드라이버 허브(12)는, 입구 쪽에 위치되는 분배기 본체(13)를 가지며, 또한 원판부(14), 믹싱 블레이드(15, 16), 및 로터 허브(11)를 차례로 구비한다.
분배기 본체(13)는 로터 허브(11) 쪽으로 굴곡진 기다란 단면을 갖는다. 분배기 본체(13)의 원판부(14)와 대면하는 단부(18)는 환형 림을 가지며, 도 1c에도 도시되어 있다. 믹서가 조립된 상태에서, 이 림은, 단부(18)의 림과 로터 하우징(25)의 벽 사이의 간극이 통로(19)를 형성하도록, 로터 하우징(25)의 벽으로부터 이격되어 위치된다.
도 1d에 도시한 바와 같이, 원판부(14)는, 로터 허브(11)로부터 원판부(14)의 에지로 연장되는 슬롯 형태의 통로(20)를 갖는다. 대안적으로, 원판부(14)는 상이한 통로 및 형상을 가질 수도 있다.
믹싱 블레이드(15, 16)는 다중 평면에서 로터 허브(11) 상에 배치된다. 믹 싱 블레이드(15, 16)의 형상은 바람직한 유동 특성이 되도록 설계된다. 즉, 혼합 작업 중에 성분들이 믹싱 블레이드(15, 16)로부터 분리되지 않아서 바람직하지 못한 기포의 혼입이 방지되도록 설계된다. 로터 허브(11)의 각 레벨에는, 실질적으로 장사방형(rhomboid) 단면(도 2b 참조)을 가지는 믹싱 블레이드(15) 및 실질적으로 장사방형 단면(도 2c 참조)을 가지는 믹싱 블레이드(16)가 교대로 배열된다. 도 1a에서는 믹싱 로터의 회전방향이 화살표로 표시되어 있으며, 도 2b 및 도 2c에서는 회전방향이 DR로 표시되어 있다.
도 1a 및 믹싱 로터(10)의 회전축과 직각의 단면을 나타내는 도 1e에서, 믹싱 블레이드(16)는 직사각형인 반면, 믹싱 블레이드(15)는 그 측부(15a)가 회전방향의 반대쪽으로 굴곡진 훅(hook)의 형상을 갖는다. 바람직한 실시예에서, 모든 믹싱 블레이드의 단부는 그 측부가 회전방향의 반대쪽으로 굴곡진 훅의 형상을 갖는다.
믹싱 로터(10)는, 도 4 내지 도 6에 도시된 로터 하우징 커버(45)에 의해 폐쇄되는 로터 하우징(25) 내에 수납된다. 로터 하우징(25)은, 로터 하우징 커버(45)를 수용하는 원판형 하우징부(26), 및 믹싱 블레이드(15, 16)와 함께 로터 허브(11)를 수용하는 원통형 하우징부(27)를 포함한다. 원판형 하우징부(26)의 저면(28)에는, 상측(30)이 경사를 이루며 성분 A를 위한 입구 채널(50)의 일부분을 형성하고 전측(31)이 대기실(32)의 일부분을 형성하는 편향체(29)가 배치된다(도 1a 참조).
원판형 하우징부(26)는, 로터 하우징 커버(45)와 스냅식 연결을 형성하는 그 루브(33), 및 베이요닛 링(4)을 위한 베어링면(34)을 더 포함한다. 원통형 하우징부(27)는, 믹싱 로터(10)의 원판부(14)가 회전 가능하게 안착되어 믹싱 챔버(36) 및 2차 믹싱 챔버(37)로 분리되도록 하는 계단부(35)를 갖는다. 원통형 하우징부(27)의 단부는 믹서 출구(38)를 형성한다.
도 7 내지 도 9는, 드라이버 허브(12)를 수용하는 로터 베어링(46), 및 성분 A와 성분 B를 위한 2개의 입구(47, 48)를 포함하는 로터 하우징 커버(45)를 나타낸다. 드라이버 허브(12)의 빈틈없는 밀봉을 위해, 로터 하우징 커버(45)는 밀봉 립(49)을 포함한다.
성분 A를 위한 입구(47)는, 성분 B를 위한 입구(48)보다 커다란 단면을 가지며 채널(50)을 통해 대기실(32)로 연결되고, 대기실(32)은 로터 하우징 커버(45)의 저판에 형성된 리세스(47A)에 의해 구성되는 벽(51)에 의해 경계를 이룬다. 작은 입구(48)는 대기실(32)의 단부에서 계단부(52), 실질적으로 원통형인 입구 채널(53), 및 입구 구멍(54)을 통해, 통로(19)의 영역으로 연결된다. "통로의 영역"은, 성분들의 체적비 및 분배기 본체의 설계에 따라, 입구가 통로의 전후 또는 양쪽에 위치될 수 있다는 것을 의미한다.
로터 하우징 커버(45)의 림에는, 로터 하우징(25)의 그루브(33)와의 스냅식 연결을 형성하는 그루브(33)가 구비된다. 로터 하우징 커버(45)는, 예를 들어 카트리지(3)의 대응되는 리세스에 끼워지도록 입구(47, 48)를 향하는 코딩 노즈(coding nose)(56) 형태의 기계식 코딩 수단을 더 포함하여, 믹서가 소정의 배향으로만 카트리지(3)에 부착될 수 있도록 한다(도 1f 참조).
도 1a에 따른, 믹서의 부착 상태에서, 카트리지(3)의 커다란 출구(1)는 믹서의 커다란 입구(47) 쪽으로 가압되고, 출구(2)는 작은 입구(48) 쪽으로 계단부(52)까지 가압된다(도 8 참조).
도 6에 도시한 편향체(29)는, 그 상측(30)이 입구 채널(50)의 일부분을 형성하여 회전축에 대하여 실질적으로 반경방향으로 대기실(32)과 연결되도록, 입구 채널(50)의 단부에 위치된다. 분배기 본체(13)는 대기실(32)에 배치되며, 대기실(32)은 편향체(29)의 전측(31) 및 도 7에 도시한 커버(45)의 환형 벽(51)에 의해 경계를 이룬다. 입구 채널(53)의 입구 구멍(54)은 실질적으로 반경방향으로 대기실(32)에 연결된다.
도 1a에 따른 믹서에서의 혼합 작업에서, 성분 A는 입구 채널(50)을 통해 대기실(32)로 투입되고, 회전축 둘레에서 안내되고, 회전하는 분배기 본체(13)에 의해 전체 단면에 분배되며, 통로, 즉 환형 간극(19)을 통해 전체 둘레의 얇은 연속 레이어 형태의 믹싱 챔버로 전달된다. 성분 B는 입구 구멍(54)을 통해 반경방향으로 분배기 본체(13)의 회전하는 단부(18)로 전달되고, 기존의 유동 및 전단(shearing) 상태에 따라 단부(18)의 외주 상에 균일하게 분배되고 성분 A와 사전 혼합된다.
대기실(32)이 존재함으로써, 성분 A의 이송이 성분 B에 비해 일시적으로 지연되어, 성분 A는 성분 B보다 약간 더 늦게 믹싱 챔버(36)에 도달한다. 이러한 방식에서는, 혼합물의 제1 부분도 원하는 혼합비에 해당되는 것이 보장된다. 분배기 본체(13)가 구동됨으로써, 대기실(32)에 성분 A가 공기의 혼입 없이 충전될 수 있 으며, 그 동적인 분배는 정적인 우회 채널을 가지는 믹서에 비해 유동 저항이 작아지는 장점을 제공한다. 또한, 입구(47)로부터 대기실(32)까지 가능한 최단 거리로 연결하는, 입구 채널(50)의 기하학적 형상은, 유동 저항의 증가를 방지하여, 카트리지(3)의 필요한 전달 압력 및 분배 장치에 작용하는 응력이 모두 작아지도록 한다.
사전 혼합된 2가지 성분들이 믹싱 챔버에 도달하면, 이들 성분은 둘레로부터 중심을 향하여 실질적으로 반경방향으로 보내지며, 기존의 유동 및 전단 상태에 의해 추가의 혼합 효과를 낸다. 혼합물은, 슬롯이 형성된 원판부(14)를 통과한 후, 단면 전체에서 2차 믹싱 챔버(37)를 채우고 다른 전단 및 이동(shearing and shifting) 과정을 수행한다. 믹싱 블레이드(15, 16)의 선택된 형상은 공기의 혼입을 방지하여, 혼합물에 기포가 형성되는 것을 방지한다. 혼합된 조성물은, 2차 믹싱 챔버를 통과한 후, 최종적으로 믹서 출구(38)를 통해 배출된다.
도 10 및 도 11은 믹싱 로터(60)의 다른 실시예를 나타낸다. 믹싱 로터(60)는 도 12a에 도시한 믹서의 일부분이다. 도 1a에 따른 믹서와 동일한 부품은 동일한 참조부호로 표시하였다. 대기실(32)의 분배기 본체(63)에 컨베이어 블레이드(17)가 구비됨으로써, 필요한 이송 압력이 더욱 낮아진다.
도 12b의 단면도에 나타낸 바와 같이, 분배기 본체(63)의 단부(68)는, 단부(68)와 로터 하우징(25)의 벽 사이에 2개의 회전 간극 형태의 통로(69)가 형성되도록, 타원형을 갖는다.
도 12c는, 입구 개구부(54)를 통해 대기실(32)의 분배기 본체(63)의 단 부(68)의 에지로 연결되는 채널(53)의 단부를 나타낸다.
분배기 본체(63)의 단부(68)는 2개의 횡방향 릿지(65)에 의해, 슬롯 형태의 통로 구멍(70)을 가지는 원판부(64)에 연결된다(도 10 및 도 12d 참조). 통로 구멍(70)은 그 중심을 통해 원판부(64)의 에지로부터 반대쪽 에지 근처의 영역까지 연장된다(도 12d 참조).
도 11에 도시한 바와 같이, 원판부(64)는, 그 통로 구멍의 에지에서, 믹싱 챔버(36)로부터 제2 믹싱 챔버로의 주 중앙 통로(71)가 형성되도록, 원판부(64)가 로터 허브(61)에 연결된다.
로터 허브(61) 상의 다중 평면에 배치된 믹싱 블레이드(15, 16)는, 기포의 혼입을 방지하기 위한 바람직한 유동 특성을 가지도록 설계된다(도 1e 및 도 12e 참조).
도 12a에 따른 믹서의 혼합 작업에서, 성분 A는 입구 채널(50)을 통해 대기실(32)로 투입되고, 회전축 둘레에서 안내되고, 회전하는 분배기 본체(63)에 의해 전체 단면에 분배되며, 회전하는 통로(69)를 통해 얇은 연속 레이어 형태의 믹싱 챔버로 전달된다. 성분 B는 반경방향으로 대기실(32)로 투입되어 성분 A와 사전 혼합된다. 믹싱 챔버(36)의 출구 쪽에서, 상기 성분들은 통로 구멍(70) 및 중앙 통로(71)의 조합으로 추가로 혼합된 후, 2차 믹싱 챔버(37)에 도달하여 2차로 혼합되고 최종적으로 배출된다.
도 1a 및 도 12a에 따른 믹서에서, 대기실(32)에 대한 입구 개구부(54)는 통로(19) 또는 통로(69)의 영역에 배치된다. 성분 B를 여러 위치에 투입할 수 있도 록 하기 위해 2개 이상의 입구 개구부(54)를 구비하는 것도 고려할 수 있다. 예를 들어 입구 채널(53)이 믹싱 챔버(36)에서 종료되도록, 입구 개구부(54)를 통로(19 또는 69) 뒤에 배치하는 것도 고려할 수 있다.
혼합 작업의 최적화된 설계 및 여러 믹싱 부재의 중앙 배치는, 압력 손실을 작게 하고, 믹서 구동 토크를 작게 한다. 매체들의 마찰이 저감됨으로써 에너지 소모가 저감되어, 혼합된 물질의 온도 상승이 작아진다.
도 1a 및 도 12a에 따른 구성은, 2가지 성분의 체적이 서로 상이하고 따라서 체적량이 더 작은 성분이 통로의 영역에서 대기실에 전달됨으로써 최대의 사전 혼합 작용을 얻는 경우에 대하여 설명한 것이다. 그러나, 다이내믹 믹서의 설계는, 양쪽 성분이 동일한 체적을 가지는 경우에도 동일한 장점을 제공한다. 이 경우, 2가지 성분은 대기실의 상부 영역에서 대칭으로 전달되어, 분배기 본체에 의해 분배되어 사전 혼합되고 통로를 통해 믹싱 챔버에 도달된다.
동일한 체적량을 가지는 실시예에서, 입구 및 출구는 대략 동일하며, 입구가 출구에 삽입될 수 있지만, 출구가 입구에 삽입될 수 있는 다른 변형도 가능하다.
또한, 체적량이 큰 성분에 2가지 이상의 체적량이 작은 성분이 추가되어 혼합될 수 있다. 이 경우, 다른 입구, 및 통로 근처에 입구 개구부를 가지는 다른 채널이 필요하다. 전술한 특징들은 필요에 따라 서로 조합될 수 있다.

Claims (13)

  1. 다이내믹 믹서로서,
    로터 허브(11)를 포함하는 믹싱 로터(10, 60)가 내부에 배치되며, 성분들을 위한 입구(47, 48)가 배치된 입구 측이 커버(45)에 의해 폐쇄되는 로터 하우징(25)을 포함하고,
    상기 성분들을 위한 입구(47, 48)는, 하나 이상의 통로(19, 69)에 의해 후속의 믹싱 챔버(36, 37)와 연결되는 대기실(32)로 연결되고,
    상기 믹싱 로터(10, 60)는, 상기 대기실(32)에 위치되어 상기 믹싱 로터(10, 60)의 회전축 둘레에서 상기 성분들을 분배하는 분배기 본체(13, 63)를 포함하며,
    상기 분배기 본체(13, 63)는 상기 로터 허브(11)를 향하여 굽어진 종단면(longitudinal cross section)을 가지고,
    상기 믹싱 로터(10, 60)는, 상기 성분들의 유동 방향으로 볼 때 상기 대기실(32) 다음에 배치된, 하나 이상의 통로 구멍(20, 70)을 가지는 원판부(14, 64)를 더 포함하며,
    상기 원판부(14) 다음에, 상기 2차 믹싱 챔버(37) 내에 위치되는 믹싱 블레이드(15, 16)가 상기 믹싱 로터(10, 60)에 제공되는
    다이내믹 믹서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다이내믹 믹서는, 상이한 체적량의 성분들을 혼합하기 위한 것으로서,
    체적량이 큰 제1 성분(A)용 입구(47)는 상기 대기실(32)의 상부 영역까지 연장되고, 체적량이 작은 제2 성분(B)용 입구(48)는 상기 믹싱 챔버(36)에 대한 통로(19, 69)의 영역에 위치된 하나 이상의 입구 개구부(54)까지 연장되며,
    상기 2가지 성분을 분배하는 분배기 본체(13, 63)는 상기 믹싱 로터의 회전축 둘레에 배치된
    것을 특징으로 하는 다이내믹 믹서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다이내믹 믹서는, 동일한 체적량의 성분들을 혼합하기 위한 것으로서,
    상기 제1 성분(A)용 입구(47) 및 제2 성분(B)용 입구(48) 모두는 상기 대기실(32)의 상부 영역까지 연장되고,
    상기 2가지 성분을 분배하는 분배기 본체(13, 63)는 상기 믹싱 로터의 회전축 둘레에 배치된
    것을 특징으로 하는 다이내믹 믹서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 통로(19, 69)는, 상기 분배기 본체(13, 63)의 외주(18, 68)와, 상기 로터 하우징(25)의 벽(31) 및 상기 로터 하우징의 상기 커버(45)의 벽(51) 중 적어도 하나의 벽 사이의 하나 이상의 간극에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 다이내믹 믹서.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 성분용 입구 개구부(54)는, 상기 제2 성분이 상기 믹싱 로터(10, 60)의 회전축에 대하여 횡방향으로 전달되도록, 배치된 것을 특징으로 하는 다이내믹 믹서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 로터 하우징(25)은, 상기 원판부(14, 64)를 위한 지지부의 역할을 하며 상기 믹싱 챔버를 후속의 2차 믹싱 챔버(37)에 대하여 외주에서 밀봉하는 수축 계단부(35)를 가진 것을 특징으로 하는 다이내믹 믹서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 분배기 본체(63)에는 컨베이어 블레이드(17)가 구비된 것을 특징으로 하는 다이내믹 믹서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 믹싱 블레이드(15, 16)는, 장사방형(rhomboid) 단면을 가지며, 가상평면 당 2개의 대향하는 믹싱 블레이드 또는 모든 믹싱 블레이드는 회전방향의 반대쪽으로 구부러진 쪽에 드롭(drop) 또는 훅(hook) 형상을 가진 것을 특징으로 하는 다이내믹 믹서.
  9. 이중 카트리지 또는 분배 기구, 및 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 다이내믹 믹서를 포함하는 분배기 어셈블리에 있어서,
    상기 이중 카트리지 또는 상기 분배 기구는 그 직경이 상이한 복수의 출구 및 복수의 믹서 입구를 갖고,
    커다란 상기 출구는 커다란 상기 입구 위에서 슬라이드 가능하고, 작은 상기 출구는 작은 상기 입구에 삽입 가능한,
    분배기 어셈블리.
  10. 이중 카트리지 또는 분배 기구, 및 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 다이내믹 믹서를 포함하는 분배기 어셈블리에 있어서,
    상기 믹서의 로터 하우징의 상기 커버(45), 및 상기 이중 카트리지(3) 또는 상기 분배 기구는, 상기 믹서가 하나의 특정한 배향으로만 부착될 수 있도록 하기 위해 대응되는 코딩(coding) 수단(56)을 포함하는,
    분배기 어셈블리.
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