专利名称：混合捏合机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种混合捏合机，主要用于混合散装可流动性、塑性和/或糊状物料。例如，混合捏合机可加工粘塑性物质，均化并塑化塑料、混合填料和增强剂，也可以为食品，化工/制药及铝业加工原料。混合捏合机的工作部件通常被成形为所谓的螺杆，螺杆推进物料以轴向加工物料。
背景技术：
在传统的混合捏合机中，工作部件仅做旋转运动。此外，已知的混合捏合机的工作部件也可既做旋转运动同时也做平行移动。工作部件运动轮廓的特征具体为主轴在旋转运动上做正弦运动。该运动轮廓为装配这样的固定件如捏合销钉或捏合齿提供了条件。为此，螺杆的螺纹加工成不连续的捏合叶片。装在主轴上的螺纹-捏合叶片与装配的固定件相互作用，从而在不同的加工区中产生所需的剪切/混合及捏合作用。上述种类的混合捏合机被本领域的技术人员以商品名Buss KO-KNEADER所熟知。
迄今，捏合叶片及销钉的主表面通过传统的机械加工方法如车削、铣、电火花加工等方式制造。在本文中，主表面是面对捏合销钉的捏合叶片表面或者面对捏合叶片的捏合销钉表面。上述元件的几何外形由平面、半径和曲线顺式排布而成。这些加工方法的一个主要缺点在于，仅能制造相对简单的几何外形，这导致了在运动的捏合叶片及静止的捏合销钉之间仅在一点或一线上产生最大剪切速率的特性的剪切和拉伸流区，从而向被剪切产品分散的供给相应的能量。换言之，由于每个捏合叶片做正弦轴向运动，在每个剪切周期内，捏合叶片、捏合销钉仅在一线最接近，加工物料中仅在一线产生最大剪切速率、相应的剪切变形/能量分散。虽然如很多申请中所描述的那样，混合散装可流动性、塑性和/或糊状物质的目的是通过主表面的外形达到的，但是当由于捏合叶片和/或捏合销钉的外形而存在影响加工的其它方法的时候，仍然将会得到令人满意的效果。已知的如EP-A1262303开头所提到的用于混合捏合叶的工作部件就是由平面，半径和曲线顺式排布形成的。
发明内容
因此本发明旨在改进如前所述的混合捏合机使其可满足额外要求，其中螺杆的捏合叶片和/或捏合销钉的外形能够适应所需特性，以至于，例如，现在可提高输入机械能和/或在工作区内及加工物料时改变剪切拉伸流区。
为此，提供根据本发明的混合捏合机，即一种特别用于混合散装流动性、塑性、和/或糊状物料的混合捏合机，包括被机筒围住的工作区；和在机筒中旋转并且平移移动的装有捏合叶片的工作部件；以及设于机筒上并伸入工作区的捏合销钉，其特征在于捏合叶片和/或捏合销钉的主表面被至少部分设为自由形成面。
由于捏合叶片和/或捏合销钉的主表面至少部分地设置为自由形成表面，现在可以提供全新影响的方法，例如，捏合叶片与相应的捏合销钉之间的间隙。具体而言，考虑到旋转运动上的轴向运动，该间隙的尺寸及外形现在实际上可以被随机变化。
现在将参照附图对本发明进行详细的描述，其中图1为图解显示的混合捏合机的纵向截面图；图2为图1中图解显示的混合捏合机的剖面图；图3是显示了由捏合叶片通过捏合销钉在物料中所引起的的特性剪切和拉伸流区的示意图；图4是显示了捏合销钉与传统捏合叶片之间的旋转运动的示意图；图5是显示了捏合销钉与根据本发明第一实施例所构形的捏合叶片之间的旋转运动的示意图；图6是显示了捏合销钉与根据本发明第二实施例所构形的捏合叶片之间的旋转运动的示意图；图7是显示了捏合销钉与根据本发明第三实施例所构形的捏合叶片之间的旋转运动的示意图；图8-11分别是以不同构形的捏合叶片图解显示混合捏合机的部分第一纵向剖面图；图12为本发明设有捏合叶片4的螺杆模块的透视图；图13-16分别是图解显示混合捏合机1的剖面图，其中捏合叶片的径向外壳表面被不同构形。
具体实施例方式
现在参照图1和图2，这里描述了图解显示的混合捏合机1的纵向截面图及剖视图用以帮助说明所涉及的混合捏合机。混合捏合机1包括由机筒2环绕的工作区9，工作区9装有可旋转平移的工作部件3。工作部件3上设有捏合叶片4，捏合叶片4被设置为环状螺纹来为装在机筒2上的捏合销钉6形成可轴向通过的开口5。根据图2，很明显机筒2优选包括设有温度控制孔7的两个部分2a、2b。液体或气体介质在温度控制孔7内循环，用来加热和/或冷却机筒或工作区。例如，从CH278,575所述，一种这样的混合捏合机的基本形状是已知的。
另外混合捏合机1可以以一个或多个阻尼环10为特征，通过阻尼环10可轴向限流所加工的物料。如DE-A-2014693所述，装配阻尼环是已知的。最后，机筒可以衬有为便于更换所设计的磨损壳(未示出)。例如，从EP-A-548,022已知，装配磨损壳也是已知的。
现在参考图3，在这里图解描述了作为现有技术构造的混合捏合机中捏合叶片4通过捏合销钉6在物料P中产生的特性剪切拉伸流区。捏合叶片4的旋转方向如带箭头的椭圆25所示，其平移运动如双箭头26所示。捏合叶片4的旋转运动令其尖端如箭头11，12所示分布物料P。捏合叶片4和面向捏合销钉6通过的捏合叶片4形成的主表面23与捏合销钉6之间存在间隙8，该间隙的宽度随工作部件的旋转及平移而改变。在间隙8中，在物料P中产生了如箭头13所示的剪切作用。如旋转箭头14、15所示，物料P在捏合销钉6的上下游进行重置和再定位。如本文起始所述，因为每个剪切周期相应的捏合叶片4进行正弦轴向运动10，捏合叶片4和捏合销钉6仅在一条线上时最接近，也就是物料P中的剪切速率最大。
现在参照图4，在这里描述了工作部件平形移动的简化运动轮廓，机筒2的内表面或工作区的壳表面内显示全长且仅举一个捏合叶片4进行说明。为了简化起见，捏合销钉6画为圆形元件。该图说明了现有技术中捏合叶片4相对于相邻的捏合销钉6的运动。但为了更好的说明，所画的运动图在动力学上是相反的，即，假设捏合叶片4静止而捏合销钉6作正弦曲线运动，其运动由运动部件3在平移运动上旋转运动产生。如图所示，在捏合叶片4的两个主表面23、24与通过的捏合销钉6之间存在间隙16，捏合叶片4的几何形外形、相关的捏合销钉6及旋转工作部件3的轴向位移决定了间隙的宽度和外形。由于现有技术中捏合叶片4的两主表面23、24几何形状仅包括平面、半径及简单线性曲线，因此仅能在一定程度上影响位于捏合叶片4及通过的捏合销钉6之间的间隙16的形状，从而，例如，只能在一条线上获得最大剪切效果。
迄今为止，每个剪切周期沿一线获得的最大剪切速度仅仅在一定程度上可以将剪切变形/能量分散加入到被加工的物料P中，这可能需要增加工作区9及工作部件3的长度，或是达不到所需效果。使用传统的捏合叶片4/捏合销钉6，无法调节间隙16和工作区的自由体积。自由体积的总合主要影响滞留时间，从而该滞留时间也是不变的。由于现有技术中设计捏合叶片4主表面23、24的可能性有限，在每一种情况下间隙16仅能在一定程度上满足需求，因而在一些情况下仅能获得次最佳加工效果。
现在参照图5，在这里图解描述了捏合销钉6相对于根据本发明设计的捏合叶片4a的运动。本例中，捏合叶片4的两主表面23a，24a只要是以自由成形面成形的，并且几乎适应于由销钉6的正弦运动路径形成的自由表面轮廓，从而令每一个捏合叶片4与通过的捏合销钉6之间存在均匀间隙形式的的自由区16a。本例中，借助于捏合叶片的4a的主表面23a，24a与通过的捏合销钉6之间的间隙式自由区16a获得了最佳剪切效果，且间隙式自由区具有相对恒定的宽度，沿捏合叶片的4a的主表面23a，24a相对较窄。自由区的尺寸优选是捏合混合机工作部件标称直径的0.005-0.03倍。
现在参照图6，在这里图解描述了捏合销钉6相对于根据本发明设计的另一个捏合叶片4b的运动。在这里，捏合叶片4b的两主表面23b，24b也主要设为自由成形面，以至于扩口自由区17b紧随均匀的窄间隙16b。本例中，无变化窄间隙16b形成了密集剪切区域，而扩口自由区17b导致限定的被加工物料松弛。
现在参照图7，在这里再一次图解描述了捏合销钉6相对于根据本发明所设计的另一捏合叶片4c的运动。本例中，捏合叶片4c的两主表面23c，24c也主要被设为自由成形面，捏合叶片4c的纵向截面为螺旋桨形。捏合叶片的形状可具体设计为-“扇形叶片”-以满足广泛需要。捏合叶片的接触角，即，捏合叶片纵向中线与工作部件纵向中线之间的角度，现在可大幅变化。接触角小于90°时产生正向传输作用。接触角为90°时同时产生限流作用。事实上，在接触角大于90°时甚至可能产生回输作用。上述流体-机械作用不仅适于塑性物料也适于粉状物质。借助于捏合叶片的旋转/平移作用，捏合叶片“犁过”所加工的物料。圆化捏合叶片末端会或多或少的影响折叠特性，其中较大的倒角趋向于产生更大的推进压力，稍大的切割和/或折叠作用。变量及其中间量可技术性的表示为推进压力-＞能量分散，切割-＞为物料除湿和/或除气/空气进行的表面更新。
现在参照图8，9，10和11，在每一例中都描述了图解所示的混合捏合机的纵向断面，各个断面都以剖面描述捏合叶片及捏合销钉。
现在参照图8，在这里描述了传统的捏合销钉6和传统的捏合叶片4。如图所示捏合叶片4的主表面23与通过捏合销钉6之间存在间隙型自由区16，捏合叶片4的几何外形、相应的销钉6及工作部件3的轴向位移决定了间隙的宽度和外形。由于现有技术中捏合叶片4的两主表面23、24仅包括平面、半径及简单的线性曲线，如前所述位于捏合叶片4及通过的捏合销钉6之间的间隙16的外形仅能在一定程度上受影响。
现在参照图9，在这里描述了根据现有技术设计的传统捏合销钉6d和根据本发明第一实施例设计的捏合叶片4d。捏合叶片4d的两个主表面23d，24d截面为凸形横截面，产生了向上扩口的间隙26d。这允许保持被加工物料的剪切变形在螺杆模块运动中保持恒定向下至整个深度；通过调节自由区16d，可从内径到外径抵消径向增大的环向速率，从而使剪切间隙沿径向增大。
现在参照图10，在这里描述了根据现有技术设计的捏合销钉6e和根据本发明另一实施例设计的捏合叶片4e。捏合叶片4e的两个主表面23e，24e截面为凹面，导致了在这种情况下，捏合叶片4e的主表面23e与销钉6e的之间的间隙也为向上扩口的。这允许被加工物料的剪切变形在螺杆模块运动的整个深度中变化；通过沿纵深径向增大剪切间隙来超比例调节自由区16e，从而从内径到外径抵消径向增大的环向速率；从而减小费力的剪切作用。
现在参照图11，这里描述了根据本发明所设计的捏合销钉6f和也是根据本发明所设计的捏合叶片4f。捏合销钉6f和捏合叶片4f的两相对主表面24f，25f相互调节，令位于捏合销钉6f和捏合叶片4f之间的径向间隙26f保持大约相同宽窄，从而在被加工物料中产生强的剪切效果。这允许在螺杆模块运动中改变被加工物料的剪切变形随深度的变化而变化；减小自由区—径向减小16f剪切间隙的大小—可从内径到外径调节径向增大的环向速率并可得到更强的剪切速率及分散效果。
现在参照图12，这里描述了包括多个捏合叶片4a的螺杆模块27。螺杆模块27装有内牙26并且被安装于传动杆(未示出)之上。传动杆与装在主驱动杆上的多个螺杆模块27组成了实际的工作部件，其中主驱动杆作为引导和驱动元件。该螺杆模块27的主要优点是可以单独或组合替换。根据个人需要，例如，可通过设计捏合叶片的不同主表面设计不同的模块。本例中，各个叶片4a的两个侧主表面23a，24a通过在任一点无自然起始点构形成自由形成面。
这样的模块27可以用来将混合捏合机分成不同的加工区。这样，具有不同形状捏合叶片的模块可以被排列成一线，从而，当然，该捏合销钉也可以被相应地调节成不同的自由形状表面。
现在参照图13-16，在每一种情况中描述了图解显示的混合捏合机1的剖面图，其工作部件3装有不同外形的捏合叶片4。所示的这四个实施例的主要不同在于可以由自由表面形成的捏合叶片外径表面。图13所示为传统形状的捏合叶片4，其中保持不变的径向间隙19位于每个捏合叶片4的径向(raidalshell)表面与包围工作区9的机筒2的内表面之间。图14所示的实施例中捏合叶片4g的径向表面设有呈驼峰形的突起20，以至于形成了宽度上有所变化的径向间隙19g，突起20大幅减小了径向产生的剪切峰值。图15所示的实施例中每一个捏合叶片4h的曲面21具有特殊的变化半径，使间隙19连续“呼吸”，从而形成与前述作用联用的所需的径向剪切拉伸流。最后，图16显示了捏合叶片4i的首末端都为圆形，间隙19i宽度恒定的实施例。这些圆弧可用于设定螺杆模块27的混合效率和长期响应；模拟摩擦损耗制成的单一确定的性能轮廓在整个使用期内都可维持不变。
通过设计捏合叶片及捏合销钉，即每一个捏合叶片的两侧主表面及捏合销钉的主表面，特别是可径向调节剪切速率的分布。现在就可能在其它的事情中，使用分别根据物料粘性，工作部件及设置在其上的捏合叶片的绝对周向速度设计成一个函数的元件。
通过将各个捏合销钉和/或捏合叶片主表面至少部分的设置成自由面，现在可调节捏销钉及捏合叶片之间的间隙的轴向或径向轮廓，满足剪切/混合捏合方面的实际要求。
除了设定捏合销钉和/或捏合叶片的外形以外，当然可以将混合捏合机的其他部件如工作部件的外壳表面，阻尼环的主表面，及磨损壳的壳表面设为至少部分自由表面。另外当然也可以联合使用传统表面如平面，圆，球面和简单曲线与自由表面。
以上实施例表明，本发明可通过准确设定、设计、制造捏合销钉和/或捏合叶片的主表面达以满足加工中的特殊要求，实现如下加工功能传递，剪切，熔融，混合，捏合，排气，冷却等。
这是现在可以得到有限数量的设定表面外形的方法的转变。通过组合这些基本形状，使得在设计制造技术中各种情况下的加工技术的要求与传统机械工程的可能性接近。所形成的折衷说明了使用现有技术的名种限制。三维几何设计的充分灵活性使得理论加工技术与以最新技术(设计及制造技术)转化为实际之间差距最小化。从这种意义上来说，本发明扩大了现有领域的操作空间，从而打开了迄今为止通过三维几何设计所提供的充分灵活性所不能获得或者接近的应用领域。
本文所述的混合捏合机尤其适用于混合散装流动性，塑性和/或糊状物料，散装流动性物料可理解为粉末、颗粒、薄片等，且不限于以上所列各种物料。
权利要求
1.一种特别用于混合散装流动性、塑性、和/或糊状物料的混合捏合机(1)，其包括被机筒(2)围住的工作区(9)，和在机筒(2)中旋转并且平移移动的装有捏合叶片(4)的工作部件(3)，以及固定在机筒(2)上并伸入工作区(9)的捏合销钉(6)，其特征在于捏合叶片(4)和/或捏合销钉(6)的主表面被至少部分设为自由形成面(23a-23f)。
2.如权利要求1所述的混合捏合机(1)，其特征为捏合叶片(4)和/或捏合销钉(6)的主表面(23a-23f)的三维几何形状被至少部分设为没有一点具有自然起始点。
3.如权利要求1或2所述的混合捏合机(1)，其特征为至少面向捏合销钉(6b，6c)的捏合叶片(4b，4c)的主表面(23a-23f)被设为自由形成面。
4.前述任一权利要求所述的混合捏合机(1)，其特征为至少面对捏合叶片(4c)的捏合销钉(6c)的主表面(25c)被设为自由形成面。
5.前述任一权利要求所述的混合捏合机(1)，其特征为可调节捏合叶片(4)和/或捏合销钉(6)的主表面可适应工作部件(3)的平移运动，从而作用于被加工物料的剪切和/或混合和/或拉伸和/或折叠和/或捏合作用被影响，特别是使其最优化或最大化。
6.如前述任一权利要求所述的混合捏合机(1)，其特征为每个捏合叶片(4a)的主表面(23a)可适应相应的捏合销钉(6)，以至于在捏合销钉(6)与捏合叶片(4a)之间形成了为相应捏合混合机(1)的标称直径0.005-0.03倍的均匀间隙(16a)。
7.前述任一权利要求所述的混合捏合机(1)，其特征为混合捏合机(1)包括轴向的不同加工区，并且捏合叶片(4)和/或捏合销钉(6)的主表面在不同的加工区中具有不同的外形。
8.前述任一权利要求所述的混合捏合机(1)，其特征为捏合叶片(4b，4c)和/或捏合销钉的主表面(23b，24b，23c，24c)被至少部分设为在被加工物料中实现设定的拉伸流区域。
9.前述任一权利要求所述的混合捏合机(1)，其特征为捏合叶片(4g，4h)的径向表面至少部分设为自由形成表面。
10.前述任一权利要求所述的混合捏合机(1)，其特征为至少部分的捏合叶片(4a)的主表面(23a，24a)被设为正弦表面。
11.前述任一权利要求所述的混合捏合机(1)，其特征为至少部分捏合销钉的主表面被设为正弦表面。
全文摘要
一种用于混合散装流动性，塑性，和/或糊状物料的混合捏合机(1)，其包括被机筒(2)围住的工作区(9)，和在机筒(2)中可旋转平移运动的工作部件(3)。工作部件(3)装有多个捏合叶片(4)。固定到机筒(2)上的是伸进工作区(9)的捏合销钉。为了使工艺过程最优化，捏合叶片(4)和/或捏合销钉的主表面被至少部分设为自由形成面(23a－23f)。
文档编号B01F7/24GK101069825SQ20071008792
公开日2007年11月14日 申请日期2007年2月6日 优先权日2006年2月6日
发明者H·-U·西根塔勒 申请人:巴斯股份公司