專利名稱：分批混合器及其混合轉子的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于混合聚合樹脂材料如塑料和橡膠的分批混合器，以及用于該分批混合器中的混合轉子。
背景技術：
分批混合器設計成通過一系列動作來在一個批次中產(chǎn)生混合產(chǎn)品，其中在混合之后，材料如橡膠和塑料通過浮式重物而被壓入到腔室中，這些材料通過設在腔室內的一對混合轉子來進行混合，當混合材料達到所需的混合狀態(tài)時，混合材料通過升降門而從腔室中排到外部。
對于這類混合器而言，已知有這樣的分批混合器(參見美國專利No.5984516出版物)，其能夠混合多種類型的混合材料而無需更換混合轉子，同時保證實現(xiàn)混合材料的質量，不會犧牲該裝置的固有加工性能，還已知有這樣一種混合器(參見歐洲專利No.1033217出版物)，其中由一個混合槳葉所加工的混合材料的混合和分散得到有效地平衡，混合得到適當?shù)目刂?，并且混合和分散互相不排斥，等等?br> 美國專利No.5984516出版物中所示的混合轉子可用于分批混合器中，其中兩個或多個槳葉段包括在周向上形成于各混合轉子上的長槳葉和短槳葉，槳葉段在軸向和周向上的槳葉頂部與腔室內壁面之間的間隔(末端間隙)在大間隔、中間隔和小間隔中的兩個或多個之間變換。
改變混合轉子槳葉段的末端間隙的原因如下。具體而言，具有窄末端間隙的槳葉允許末端間隙的向前運動側上的大部分混合材料沿軸向運動，對混合材料施加強大的剪切力以便促進分散，并且可增強天然橡膠的素煉效果。另外，通過刮掉附著在腔室內壁面上的混合材料的表面層，就可以提高具有冷卻結構的腔室內壁面所提供的冷卻效率，并且可抑制由強大剪切力所引起的過度溫升。
一方面，具有大末端間隙的槳葉通過允許末端間隙的向前運動側上的大部分混合材料經(jīng)過該間隙而促進了混合材料在周向上的運動，對材料進行混合以便對混合材料施加均勻的剪切作用，并且即使在混合轉子的槳葉數(shù)量增加時也可抑制混合產(chǎn)品的過度溫升，這是因為槳葉施加在混合材料上的剪切力被控制在較低的水平。
另一方面，歐洲專利No.1033217出版物中所示的混合轉子可用于分批混合器和連續(xù)混合器中。在混合轉子中，圍繞其軸向中心擴展成平面狀態(tài)的混合槳葉的扭轉角從其起點至終點是變化的，以便使混合槳葉從起點至終點的擴展形狀成為非線性形狀。因此，混合材料在軸向和周向上的流動得到控制，并且混合效果與分散效果可以良好平衡的方式而互相不排斥。
換句話說，產(chǎn)生了混合材料在軸向上的材料流，以便通過混合槳葉的具有較大扭轉角的起始部分來增強混合材料的混合效果，而在具有較小扭轉角的終點部分處可以保證經(jīng)過末端間隙的混合材料的量，因此就可改善混合材料的分散效果。
然而，在上述現(xiàn)有技術的構造中，當槳葉的數(shù)量增加至三個或更多以便增大混合材料進入腔室的咬入速度而提高生產(chǎn)效率時，因剪切導致的發(fā)熱量增加而導致混合材料的溫度升高，并且導致混合產(chǎn)品的混合質量下降，因轉子在腔室內的體積比例增加而導致腔室的有效容積減小，使得生產(chǎn)效率下降，并且相鄰混合槳葉之間的更短距離與增大的轉子表面積允許混合材料附著在混合槳葉的表面上，從而降低了混合質量和生產(chǎn)效率。
一般而言，可通過減少混合材料進入腔室的充填量或減少轉子的轉數(shù)來抑制混合材料的溫升，類似地，可通過減少混合材料進入腔室的充填量來控制混合材料在混合槳葉表面上的附著。
然而，為了兼?zhèn)渖a(chǎn)效率的提高與混合質量的保持/提高，犧牲混合器的固有加工性能、即降低混合轉子的轉數(shù)或減少混合材料的充填量是一種不可行的對策。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種分批混合器以及用于該裝置中的混合轉子，其中能夠防止因生熱而導致的混合材料的質量下降，并且通過增加槳葉的數(shù)量來提高生產(chǎn)率，同時不會降低混合器的固有加工性能。
為了解決上述問題，本發(fā)明的第一方面是一種分批混合器，其包括具有用于在其中進行混合的腔室的殼體；一對彼此沿相反方向旋轉的混合轉子，其中這對混合轉子處于未相互嚙合的狀態(tài)；以及用于使腔室的內表面冷卻下來的冷卻結構，其中這對混合轉子中的每一個都具有混合段，并且包括長槳葉，其具有位于該混合段的一個端部處的起始點，并且延伸得超過了混合段在混合轉子旋轉軸線方向上的中心，以便在混合轉子的旋轉方向上向回扭轉，在混合轉子的周向上設有三個或更多個長槳葉；以及短槳葉，其具有位于混合段的另一端部處的起始點，并且延伸至混合段在混合轉子旋轉軸線方向上的中心之前，以便在混合轉子的旋轉方向上向回扭轉，在混合轉子的周向上設有三個或更多個短槳葉。在這里，在三個或更多個長槳葉的軸向上可以出現(xiàn)窄末端間隙以及一個或多個更寬的末端間隙，在三個或更多個長槳葉的所述一個端部處的扭轉角為30°至65°，三個或更多個長槳葉形成于一定的扭轉曲線中，該扭轉曲線的扭轉角隨著其從所述一個端部中離開而變小，三個或更多個短槳葉至少在周向上以混合的方式具有窄間隙以及一個或多個更寬間隙，長槳葉和短槳葉設置成使得當混合轉子旋轉一圈時，短末端間隙在混合段的整個軸向長度上至少經(jīng)過一次，這是因為存在長槳葉的窄末端間隙和短槳葉的窄末端間隙。
(因槳葉數(shù)量增加而導致容積減小的對策)在這種構造中，通過將這對混合轉子以在切向上未相互嚙合的狀態(tài)容納在腔室中，就可盡可能地防止與槳葉數(shù)量增加有關的腔室有效容積的減小，以提高生產(chǎn)效率。雖然傳統(tǒng)上使用的相互嚙合轉子類型的分批混合器具有對混合材料而言為較高的冷卻性能，但其有效容積較小，并且生產(chǎn)率低于在切向上未相互嚙合的轉子的類型。在本發(fā)明中，通過用多種對策(如下所述)來提高冷卻性能，就可以提高生產(chǎn)效率，同時不會降低混合質量，即使在采用了在切向上未相互嚙合的轉子時也是如此。
(提高填充比)在長槳葉的軸向上可以出現(xiàn)窄末端間隙以及一個或多個較寬末端間隙，短槳葉至少在周向上以混合的方式具有窄末端間隙以及一個或多個較寬末端間隙，長槳葉形成于一定的扭轉曲線中，該扭轉曲線的扭轉角隨著其從所述一個端部中離開而變小，因此就提高了混合材料進入腔室的咬入性能。
具體來說，不同大小(寬和窄)的末端間隙允許轉子將不同尺寸的混合材料有效地咬入腔室中，或者作為備選，混合槳葉成形為使得扭轉角在腔室的中心處變小，因此混合材料的咬入性能就比在腔室中心處沿軸向對混合材料的運動促進更優(yōu)先。這樣就縮短了混合時間，提高了混合材料進入腔室的填充比，并且提高了生產(chǎn)率。
(防止積聚)在混合轉子的數(shù)量增加時，相鄰混合槳葉之間的距離變短，混合材料易于附著在混合槳葉的表面上，混合材料易于發(fā)生積聚。因此，通過將長槳葉的所述一個端部處的扭轉角設定為30°至65°，就可促進混合材料在其中于腔室的所述一個端部處具有起始點的混合轉子的軸向上的流動，并且可防止混合材料附著在混合槳葉的表面上以及積聚在混合槳葉之間。
(提高混合質量)通過將長槳葉的所述一個端部處的扭轉角設定為30°至65°，就可促進混合材料在其中于腔室的所述一個端部處具有起始點的混合轉子的軸向上的流動，并且提高了混合效率，另一方面，通過將長槳葉的扭轉角設置成比腔室中心處的起始扭轉角更小，就可使混合材料的分散性能比材料在軸向上的運動性能更優(yōu)先，以便提高分散效率。
另外，在長槳葉的軸向上可以出現(xiàn)窄末端間隙以及一個或多個較寬末端間隙，短槳葉至少在周向上以混合的方式具有窄末端間隙以及一個或多個較寬末端間隙，這樣就促進了混合材料在周向上的流動，從而提高了混合效率，另一方面，當混合轉子旋轉一圈時，長槳葉的窄末端間隙和短槳葉的窄末端間隙在混合段的整個軸向長度上至少經(jīng)過一次，這樣便提高了分散效率。
另外，通過為各混合槳葉設置各種末端間隙和各種扭轉角，該裝置就設計成能夠處理各種性能的混合材料，并且還設計成能夠以良好平衡的方式來混合和分散這些材料。
(提高冷卻效率)隨著槳葉數(shù)量的增加，因混合槳葉與腔室內壁面之間的剪切作用而導致的發(fā)熱也在整個裝置的基礎上增加。由于混合材料的過度溫升會惡化混合質量，因此這種溫升需要得到抑制。
因此，當混合轉子旋轉一圈時，長槳葉的窄末端間隙和短槳葉的窄末端間隙在混合段的整個軸向長度上至少經(jīng)過一次。這就使得可以均勻地刮掉附著在具有冷卻介質通路的腔室內壁面上的混合材料，并且可以提高對腔室內混合材料的冷卻效率。
另外，通過允許長槳葉和短槳葉包括寬末端間隙，就抑制了混合材料的過度發(fā)熱。
另外，通過使長槳葉的所述一個端部處的扭轉角更大便可提高運動性能，因此就可阻止混合材料在混合槳葉表面上的附著和積聚，并且還提高了冷卻效率。
通過上述協(xié)同效果，就可防止因發(fā)熱而引起的混合材料的質量下降，并且可增加槳葉數(shù)量以提高生產(chǎn)率，同時不會降低混合器的固有加工性能。
本發(fā)明的第二方面基于本發(fā)明第一方面的分批混合器，其中離開所述一個端部的長槳葉末端扭轉角為10°至55°，短槳葉的另一端部的扭轉角為20°至45°，并且設置成比所述一個端部處的長槳葉的扭轉角更小。
在這種構造中，通過將離開所述一個端部的長槳葉末端的扭轉角設定為10°至55°，則混合材料的咬入性能不會惡化，并且可以控制由混合材料在混合轉子軸向上的流動所產(chǎn)生的過大壓力。因此就可以防止混合材料流到另一個端部處的軸封段。另外，通過將另一端部處的短槳葉的扭轉角設定為20°至45°，并使其形成為比所述一個端部處的長槳葉的扭轉角更小，就可提高混合材料從所述另一端至所述一端的運動性能，以便防止混合材料在短槳葉處的積聚，并且保證長槳葉與短槳葉之間的混合材料的運動性能。這樣，通過保證混合材料的咬入性能和運動性能，就提高了生產(chǎn)效率和混合質量。
本發(fā)明的第三方面基于第一方面或第二方面的分批混合器，其中窄末端間隙與腔室內徑之比為0.005至0.025，寬末端間隙與腔室內徑之比為0.01至0.05、0.02至0.1以及0.025至0.15中的至少一個。
在這種構造中，不同大小的末端間隙出現(xiàn)在混合段的整個軸向長度上，剪切力肯定會作用于混合材料上以便分散混合材料，并且混合材料可得到混合。因此就總是可以將各種類型的混合材料加工成所需混合狀態(tài)的混合產(chǎn)品，并且可以提高混合質量。
本發(fā)明的第四方面基于第三方面的分批混合器，其中長槳葉為四片或五片，并且在各長槳葉的軸向上包括一些末端間隙，這些末端間隙與腔室內徑之比為0.005至0.025、0.01至0.05、0.02至0.1以及0.025至0.15，而短槳葉為四片或五片，并且各短槳葉在周向上包括一定的末端間隙，其與腔室內徑之比為0.005至0.025、0.01至0.05、0.02至0.1以及0.025至0.15。
通過將長槳葉和短槳葉設定為四片或五片，就可以提高混合材料的分散性能和混合性能，還可以提高混合質量。另外，取決于混合材料而使每批重量增大或混合時間縮短，并且生產(chǎn)效率也得到提高。此外，冷卻性能隨著與槳葉數(shù)量的增加相關聯(lián)的轉子表面積的增加而得以提高。
本發(fā)明的第五方面基于第四方面的分批混合器，其中長槳葉和短槳葉的數(shù)量相同，在每一長槳葉上出現(xiàn)有與長槳葉的數(shù)量相同的末端間隙，在每一槳葉上沿著長槳葉的周向出現(xiàn)有與軸向上的末端間隙相對應的不同末端間隙，并且在每一槳葉上沿周向出現(xiàn)有與短槳葉的數(shù)量相同的不同末端間隙。
在這種構造中，可以良好平衡的方式將多個不同的末端間隙設在軸向和周向上。另外，長槳葉形成于一定的扭轉曲線中，該扭轉曲線的扭轉角隨著其從所述一個端部中離開而變小，并且出現(xiàn)了即便具有同一末端間隙但也會具有不同扭轉角的多個混合槳葉段。因此，該裝置可處理較寬范圍的混合狀態(tài)，同時保持較高生產(chǎn)率和混合質量。
本發(fā)明的第六方面基于第四或第五方面的分批混合器，其中混合轉子具有用于供冷卻介質在轉子內流動的通路。
這在存在四個或更多個混合槳葉的情形下可抑制與混合材料的混合相關的過度溫升。
本發(fā)明的第七方面基于第六方面的分批混合器，其中冷卻介質通路的截面形成為具有與混合轉子的截面相似的形狀。
因此，通過將從冷卻介質通路至混合轉子表面的距離差異即轉子厚度的差異設置成更小，就可使混合材料在轉子表面上均勻地冷卻下來。
本發(fā)明的第八方面是一種具有混合段的混合轉子，所述轉子包括長槳葉，其具有位于混合段的一個端部處的起始點，并且延伸得超過了混合段在旋轉軸線方向上的中心，以便在混合轉子的旋轉方向上向回扭轉，在混合轉子的周向上設有三個或更多個長槳葉；以及短槳葉，其具有位于混合段的另一端部處的起始點，并且延伸至混合段在旋轉軸線方向上的中心之前，以便在混合轉子的旋轉方向上向回扭轉，在混合轉子的周向上設有三個或更多個短槳葉。其中，在三個或更多個長槳葉中的每一個的軸向和周向上設有高末端部分以及一個或多個低末端部分，三個或更多個長槳葉形成于一定的扭轉曲線中，該扭轉曲線的扭轉角隨著其離開所述一個端部而變小，三個或更多個短槳葉至少在短槳葉的周向上以混合的方式具有高末端部分以及一個或多個低末端部分。
本發(fā)明的第九方面基于第八方面的混合轉子，其中長槳葉和短槳葉設置成使得當轉子旋轉一圈時，高末端部分在混合段的整個軸向長度上經(jīng)過，這是因為存在長槳葉的高末端部分和短槳葉的高末端部分。
本發(fā)明的第十方面基于第九方面的混合轉子，其中短槳葉為四片或五片。
通過增加混合槳葉的數(shù)量，就可以提高混合材料的分散性能和混合性能，并且提高混合質量。另外，取決于混合材料而使每批重量增大或混合時間縮短，并且生產(chǎn)效率得到提高。
本發(fā)明的第十一方面基于第十方面的混合轉子，其中轉子具有用于供冷卻介質在其內部流動的通路。
這可抑制與混合材料的混合相關的過度溫升。
本發(fā)明的第十二方面基于第十一方面的混合轉子，其中冷卻介質通路的截面形成具有為與混合轉子的截面相似的形狀。
因此，通過將從冷卻介質通路至混合轉子表面的距離差異即轉子厚度的差異設置成更小，就可使混合材料在轉子表面上均勻地冷卻下來。


圖1是分批混合器的腔室2中的混合轉子的頂視圖。
圖2是混合轉子的展開圖。
圖3是分批混合器的總體視圖。
圖4是混合轉子的正視圖。
圖5是混合轉子的剖視圖。
圖6是顯示了混合材料的流動狀態(tài)的示例性視圖。
具體實施例方式
下面將基于圖1至圖6來介紹實施本發(fā)明的最佳方式。在這些圖中，圖3顯示了在切向上未相互嚙合的轉子類型的分批混合器，它作為采用了本發(fā)明混合轉子的分批混合器的一個示例，該分批混合器1包括具有腔室2的殼體3，腔室2的截面為繭形(即兩個圓以相互間部分重疊的方式組合起來的形狀)，并且設有冷卻介質通路12，以未相互嚙合的狀態(tài)而可旋轉地插入腔室2中的一對(左側和右側)第一混合轉子4a和第二混合轉子4b，帶有以直立方式設在腔室2的上部開口上的料斗5的材料供應管6，以及插入到供應管6中且可在垂直方向上運動的浮式重物7。
在材料供應管6的上部連接了氣缸8，氣缸8內的活塞9通過活塞桿10而連接在浮式重物7上，活塞桿10在氣密狀態(tài)下穿過氣缸8的下缸蓋。這樣，通過在氣缸8的上部上加壓以壓下浮式重物7，就可將由漏斗5所供應的材料供應管6中的混合材料推入到腔室2中。
設在腔室2的底部處的出料口被可在垂直方向上運動的升降門11封閉，已經(jīng)在腔室2內混合了預定時間的混合材料可通過打開升降門11而排到裝置之外。
如圖3所示，腔室2的截面為繭形以圍繞著混合轉子4，混合轉子4a，4b的旋轉范圍不會相互干涉，在其圓周線上的相對點的切線相互間緊鄰(在這里稱為在切向上未相互嚙合)，因此就可保證腔室2的較大有效容積。另外，腔室2包括具有冷卻介質通路12的冷卻結構，該冷卻介質通路12沿其周邊在軸向上交替地設置(Z字形)，并且可抑制混合期間的過度溫升以及防止混合材料的混合質量惡化。在各混合轉子4a，4b的各個軸向上，以相配合的方式設置了垂直于圖1所示軸線的端板20，這些端板可旋轉地支撐了混合轉子4a，4b的支承段22。
上述混合轉子4a，4b具有位于其軸向中心處的混合段21以及位于兩端的支承段22，并且成形為相同的形狀，其中在混合段21上具有長槳葉23和短槳葉24(如下所述)。
在上述混合轉子4a，4b中，它們的軸向中心彼此平行，轉子處于在切向上未相互嚙合的狀態(tài)并設置成彼此相對，支承段22可旋轉地插入到以相配合的方式設在腔室內的端板20中，它們通過驅動機構(未示出)來驅動，從而在彼此不同的方向上旋轉，使得它們的內側部分向下運動。
其截面如圖5所示的冷卻介質通路13設在混合轉子4a，4b內，它們可抑制與混合槳葉的增加相關聯(lián)的混合材料的溫升。如圖5所示，冷卻介質通路13的截面大致類似于混合槳葉的表面，冷卻介質由設在冷卻介質通路13的中心處的管道來供應，并且可沿著冷卻介質通路13在混合轉子的軸向上流動。因此，冷卻介質可通過混合槳葉表面來均勻地冷卻混合材料。
在混合段21中，在轉子軸線的方向上以延伸開的方式設置了四片長槳葉23和四片短槳葉24，以便對混合材料施加剪切力并分散開材料，其中這四片長槳葉23和四片短槳葉24與腔室2的內壁面一起形成了末端間隙。
如圖2所示，長槳葉23和短槳葉24在軸向上是分段的，并且以突出的方式設在沿周向偏開的位置處，它們的扭轉方向彼此相對，以便在混合材料中產(chǎn)生運動40，41，并且促進混合材料的混合。具體而言，長槳葉23具有位于混合段21的一個端部處的起始點，并且延伸得超出了混合段21的中心以便在旋轉方向上向回扭轉，另一方面，短槳葉24具有位于混合段21的另一端部處的起始點，并且延伸至混合段21的中心之前的某一位置以便在旋轉方向上向回扭轉。如這里所述，由于長槳葉23和短槳葉24都設置成在旋轉方向上向回扭轉，因此它們的扭轉方向就彼此相反。
然而，為了促進混合材料的運動性能，長槳葉23和短槳葉24設置成使得長槳葉23的另一端部和短槳葉24的所述一個端部在周向上交替地偏開45°。
另外，長槳葉23在軸向上的長度是短槳葉24的四倍，長槳葉23等分成四片，如圖4所示。
上述長槳葉23被分段成其中槳葉頂部處的末端較高的高末端部分23S、相對較高的末端部分23M、相對較低的末端部分23L以及低末端部分23LL，因此，在軸向上出現(xiàn)了四種高度類型的末端部分。此外，在各長槳葉的周向上交替地也出現(xiàn)了四種高度類型的末端部分。因此，在末端部分23S，23M，23L，23LL中，作為距腔室2的內壁面的末端間隙就設置成使得這些末端間隙按照小末端間隙、中末端間隙、大末端間隙和極大末端間隙的順序而增大。
表1

具體來說，高末端部分23S與腔室2的內壁面緊鄰而具有最小的末端間隙，末端部分在混合材料上施加了較大剪切力，以便在混合轉子4旋轉時提高分散效率，并且刮掉附著在腔室2的內壁面上的混合材料的表面層，以提高腔室2內的混合材料的冷卻效率。另外，高末端部分23S使位于向前運動一側上的大部分混合材料沿軸向運動，以促進混合材料在軸向上的運動。
另一方面，低末端部分23LL離腔室2的內壁面足夠遠而具有最大的末端間隙，通過在混合轉子4a，4b旋轉時促進周向上的運動，就可以增大經(jīng)過末端間隙的混合材料的量并提高混合效率，并且防止了施加局部的較大剪切力，抑制了混合材料的過度溫升。另外，相對較低的末端部分23L和相對較高的末端部分23M設置成具有其大小處于低末端部分23LL與高末端部分23S之間的末端間隙，并且它們被設計成可調節(jié)低末端部分23LL與高末端部分23S作用于混合材料上的剪切力以及材料的運動。
另外，設在長槳葉23的另一端處的短槳葉24成形為具有高末端部分24S、相對較高的末端部分24M、相對較低的末端部分24L以及低末端部分24LL，如圖2所示。這樣，高末端部分24S與腔室2的內壁面緊鄰而具有與長槳葉23的上述高末端部分23S相似的最小末端間隙，其用于在混合產(chǎn)品上施加較大剪切力以便刮掉附著在腔室2的內壁面上的混合材料，并且促進混合材料在混合轉子方向上的運動。
另外，低末端部分24LL離腔室2的內壁面足夠遠而具有與長槳葉23的上述低末端部分23LL相似的最大末端間隙，通過增大經(jīng)過末端間隙的混合材料的量以及促進材料在周向上的運動，就可以提高混合效率，并且防止施加局部的較大剪切力以抑制混合材料的過度溫升。
此外，相對較低的末端部分24L和相對較高的末端部分24M設置成具有與長槳葉23的上述末端部分23M，23L相類似的、大小處于低末端部分24LL與高末端部分24S之間的末端間隙，并且它們被設計成可調節(jié)低末端部分24LL與高末端部分24S作用于混合材料上的剪切力以及材料的運動。
另外，在如圖2顯示了其展開狀態(tài)的上述長槳葉23中，扭轉角連續(xù)地變化，從混合轉子的一個端部的起始點P至接近混合轉子中心的終點Q逐漸變小，從起始點P至終點Q的展開形狀形成了非線性的扭轉曲線。具體而言，如圖2所示，更接近長槳葉23的起始點的部分42的梯度角比連接起始點P至終點Q所形成的假想直線A的梯度角更大，更接近長槳葉23的終點的部分43的梯度角比該假想直線A的梯度角更小。
因此，與具有對應于假想直線A的展開形狀的槳葉相比，更接近長槳葉23的起始點的部分42具有更大的扭轉角，因此在部分42處可形成比對應于直線A的槳葉的情形更大的材料流40，混合材料的混合效率進一步提高。另一方面，與具有對應于假想直線A的展開形狀的槳葉相比，更接近長槳葉23的終點的部分43具有更小的扭轉角，因此就保證了經(jīng)過更靠近終點的部分43的末端間隙的材料量比對應于直線A的槳葉的情形更大，混合材料的分散效率提高。
因此，根據(jù)具有形成為該扭轉曲線的長槳葉23的混合轉子4，與具有對應于以最短距離連接起始點P至終點Q的假想直線A的展開形狀的槳葉的情形相比，混合材料的混合性能和分散性能都得以提高，因此就可執(zhí)行其中混合材料的混合與分散兼?zhèn)涞倪m當混合控制。另外，根據(jù)上述混合轉子4，由于更接近長槳葉23在旋轉軸線方向上的所述端部處的起始點的部分42處的扭轉角比傳統(tǒng)情形中的更大，因此就存在這樣的附加效應，即混合材料施加在腔室2內的轉子軸線的端部上的壓力被釋放，并且腔室2與混合轉子4之間的支承部分的密封性能也得以提高。此外，根據(jù)上述混合轉子4，由于在混合轉子的轉子軸線方向上的中心部分處的扭轉角比傳統(tǒng)情形中的更小，因此例如當塊狀混合材料如橡膠進入腔室2時，混合材料進入腔室2的咬入性能也提高。因此還存在這樣的附加效應，即混合材料進入腔室所花費的時間縮短，并且生產(chǎn)率提高。
下面將介紹具有上述構造的分批混合器1的操作。首先，如圖3所示，通過在其中升降門11與殼體3緊密接觸的狀態(tài)下使浮式重物7與殼體3分離，就開啟了腔室2的頂面。然后，在將混合材料如橡膠、塑料和填充材料從開口裝入腔室2之后，使浮式重物7緊緊地連接在殼體3上，材料便被壓入腔室2內。在將材料壓入腔室內之前和之后，使冷卻介質如冷卻水在設于殼體3和混合轉子4中的冷卻介質通路12，13內流動，以便冷卻腔室2內的混合材料，如圖3和圖5所示。另外，通過設置一對容納在腔室2內的在切向上未相互嚙合類型的混合轉子4a，4b，就可以控制與槳葉增加相關聯(lián)的有效面積的減少，以保證高生產(chǎn)率。
接下來，為了通過混合和分散各種混合材料來得到所需混合狀態(tài)的混合產(chǎn)品，使混合轉子4a，4b沿彼此相反的方向旋轉而開始混合。當混合轉子4a，4b開始旋轉時，即使當塊狀橡膠作為混合材料裝入到連通部分2c中時，混合材料也會通過咬入力而運動至第一和第二(左側和右側)混合室2a，2b中，這是因為長槳葉23的高末端部分23S和短槳葉24的高末端部分24S設置成具有較小末端間隙。因此，總是可使混合材料從混合開始在短時間內流入腔室2內的每一空間中。
當混合材料在腔室2內混合且如上所述地進行混合和分散時，具有不同扭轉角的長槳葉23的末端部分23S，23M，23L，23LL以及短槳葉24的末端部分24S，24M，24L，24LL就如下所述地對混合材料起作用。
具體來說，圖6是展開圖，其中剖面部分顯示了混合槳葉的各末端部分的槳葉頂部處的平臺部分，矢量顯示了混合材料的流量和方向，空心箭頭示意性地顯示了在與第一混合室2a和第二混合室2b相通的連通部分2c處的混合材料的流量和方向。
(窄末端間隙)長槳葉23的高末端部分23S和短槳葉24的高末端部分24S與腔室2的內壁面緊鄰而形成最小末端間隙，混合轉子4構造成在轉子旋轉時允許高末端部分出現(xiàn)在沿混合段21的整個軸向長度上的任意位置處，因此就均勻地傳遞了較大的剪切力以用于分散混合材料。另外，高末端部分23S，24S設計成可提高處于具有冷卻介質通路12的腔室2內的混合材料的冷卻效率，這是通過刮掉附著在腔室2的內壁面上的混合材料的表面層來實現(xiàn)的。此外，高末端部分23S，24S設計成可使位于向前運動一側上的大部分混合材料沿軸向運動至相鄰的不同末端部分處，以促進混合材料在軸向上的運動。
下面將介紹其中高末端部分出現(xiàn)在混合段21的整個軸向長度上的任意位置處的構造。高末端部分所形成的窄末端間隙的主要功能是將材料從容器內表面上刮掉。這種構造指的是用于在混合段的整個軸向長度上(在容器內表面的整個縱向范圍內)進行刮除的結構。在圖2中，在圖中的水平方向上顯示了分成五段的垂直線，其中最左邊的一段應用于短槳葉上，其余四段應用于長槳葉上。在這五段中的任意一段中，由于肯定有一個“S”(高末端部分，窄末端間隙)，因此當混合轉子旋轉時，“S”必定會出現(xiàn)(經(jīng)過)在各段中。由于在所有段中都設有“S”，因此在混合轉子旋轉時，“S”出現(xiàn)在混合段的整個軸向長度上。
同時，圖2顯示了在各段上使用了“S，M，L，LL”四個末端間隙，以便以良好平衡的方式在四個槳葉上提供末端間隙，但它們例如可以為“S，S，M，L”，以允許“S”在混合轉子旋轉時在混合段的整個軸向長度上出現(xiàn)兩次?；蛘?，可在一個段上設置兩個“S”，而在其它段上設置一個“S”。重點在于，“S”應僅設置成在混合轉子旋轉一圈時其在混合段的整個軸向長度上至少出現(xiàn)(經(jīng)過)一次。
另外，當長槳葉23的高末端部分23S和短槳葉24的高末端部分24S經(jīng)過連通部分2c時，它們以較大的壓力將混合材料從一個(第一或第二)混合室2a，2b推到另一個(第二或第一)混合室2a，2b中，因此也促進了混合材料在第一混合室2a和第二混合室2b之間的運動。
(寬末端間隙)
另一方面，長槳葉23的低末端部分23LL和短槳葉24的低末端部分24LL離腔室2的內壁面足夠遠而形成了最大末端間隙，其中它們在混合轉子4旋轉時增加了經(jīng)過該末端間隙的混合材料的量且促進了材料沿周向的運動，并且提高了混合效率。另外還控制了局部較大剪切力的施加，并且抑制了混合材料的過度溫升。
另外，由于該末端間隙較寬，即使低溫硬質材料或具有較大粒度的材料也可容易地通過該末端間隙，因此，這些末端間隙就促進了作為混合材料的橡膠或塑料的塑化或熔融。
此外，由于長槳葉23的低末端部分23LL和短槳葉24的低末端部分24LL具有用于推出混合材料的較小壓力，因此它們在材料經(jīng)過連通部分2c時可控制材料至另一側上的第一混合室2a和第二混合室2b的運動。因此，它們僅促進了混合產(chǎn)品在同一混合室內的運動。(中末端間隙)另外，長槳葉23的較低末端部分23L和較高末端部分23M以及短槳葉24的較低末端部分24L和較高末端部分24M設置成具有大小處于長、短槳葉的低末端部分23LL，24LL與高末端部分23S，24S的尺寸之間的末端間隙，并且它們被設計成可調節(jié)長、短槳葉的低末端部分23LL，24LL與高末端部分23S，24S對混合材料的混合。(槳葉的扭轉)另外，在如圖2顯示了其展開狀態(tài)的上述長槳葉23中，扭轉角連續(xù)地變化，從混合轉子一個端部的起始點P至混合轉子另一端部的終點Q逐漸地變小，從起始點P至終點Q的展開形狀形成了非線性的扭轉曲線。具體而言，如圖2所示，更接近長槳葉23起始點的部分42的梯度角比連接起始點P至終點Q所形成的假想直線A的梯度角更大，更接近長槳葉23終點的部分43的梯度角比該假想直線A的梯度角更小。
因此，如圖6顯示了混合材料的流量和方向，與具有對應于假想直線A的展開形狀的槳葉相比，更接近長槳葉23起始點的部分42具有更大的扭轉角，因此在轉子軸線方向上的材料運動就比前述槳葉情形下的運動得到進一步的促進。這提高了混合材料的混合效率，并防止了混合材料附著和積聚在混合槳葉表面上。另外，還通過如圖5所示地設在混合轉子4中的冷卻介質通路13而提高了冷卻效率。
另一方面，與具有對應于假想直線A的展開形狀的槳葉相比，更接近長槳葉23終點的部分43具有更小的扭轉角，因此，混合材料進入腔室2的咬入性能以及混合材料的分散效率就比材料在旋轉軸線方向上的運動促進更優(yōu)先。另外，由于混合材料流在混合轉子軸向上產(chǎn)生的過大壓力被釋放，因此就可防止混合材料流到另一端部處的軸封段。
如所述，通過采用不同大小(寬和窄)的末端間隙以及在切向上未相互嚙合類型的在腔室2內具有不同扭轉角的混合槳葉，就可實現(xiàn)以下效果。
具體來說，防止了與槳葉增加相關聯(lián)的腔室2的有效容積的減小，并且不同尺寸的混合材料可以有效地咬入到腔室2中。另外，由于在各方向上產(chǎn)生了較寬的運動性能，因此混合材料在混合槳葉上的附著和積聚就不會出現(xiàn)，可以實現(xiàn)更高的混合效率和冷卻效率。此外還促進了有效分散，同時抑制了混合材料的過度溫升。
通過上述協(xié)同效果，就可防止因發(fā)熱而引起的混合材料的質量下降，并且可增加槳葉數(shù)量以提高生產(chǎn)率，同時不會降低混合器的固有加工性能。
當如上所述地在腔室2內進行了預定時間的混合并得到了所需混合狀態(tài)的混合產(chǎn)品時，就通過打開升降門11而將混合產(chǎn)品排放到裝置之外。
同時，兩個混合轉子應用于分批混合器上以便在切向上未相互嚙合的狀態(tài)下容納在腔室中。然而，根據(jù)本發(fā)明的混合轉子并不限于此，兩個混合轉子可應用于分批混合器上，使得混合槳葉的槳葉頂部在腔室內相互嚙合，也就是說，它們例如可以部分相互嚙合的狀態(tài)而容納在腔室中。應當注意到，本發(fā)明并不適用于兩個混合轉子以完全相互嚙合的狀態(tài)容納在腔室內的分批混合器。
另外，允許在該實施例中設置四片長槳葉和四片短槳葉，它們等距離地設在周向上的四個位置處，長槳葉23和短槳葉24的數(shù)量和布置、槳葉部分沿軸向的長度等等可隨意選擇，只要在周向上出現(xiàn)有三個或更多個長槳葉和短槳葉即可。
在該實施例中，短槳葉的扭轉角設置為固定值，但短槳葉的扭轉角也可從起始點朝向終點變化。因此，隨著對短槳葉起始點處沿軸向的材料運動的促進，可以提高混合效率，控制積聚效應，并且降低混合材料施加在軸封段上的壓力。
另外，在長槳葉的軸向上允許出現(xiàn)與槳葉數(shù)量相同的不同尺寸的末端間隙，還允許在各槳葉上沿長槳葉的周向出現(xiàn)對應于軸向末端間隙的不同尺寸的末端間隙。另外，允許在周向上出現(xiàn)與短槳葉數(shù)量相同的不同尺寸的末端間隙。
然而，只要允許窄末端間隙以及一個或多個更寬末端間隙出現(xiàn)在長槳葉的軸向上，并且短槳葉至少在周向上以混合的方式具有窄末端間隙以及一個或多個更寬末端間隙，并且長槳葉和短槳葉設置成使得當混合轉子旋轉一圈時，長槳葉的窄末端間隙和短槳葉的窄末端間隙在混合部分的整個軸向長度上至少經(jīng)過一次，那么末端間隙的數(shù)量、布置等等就可以隨意選擇。
另外，在該實施例中，可使冷卻介質在設于殼體和混合轉子中的冷卻介質通路內流動，以便冷卻腔室內的混合材料，然而根據(jù)混合材料的組成和類型，也可允許加熱介質如熱水和蒸汽在冷卻介質通路內流動，以便加熱混合材料。具體來說，對于硬質混合材料來說，在開始混合時可利用加熱介質來進行加熱，并且該加熱介質可在之后切換至冷卻介質以進行冷卻。
另外，作為用于冷卻混合材料的手段，并不限于其中允許冷卻介質在冷卻介質通路內流動的上述結構，而是可采用各種結構，例如將冷卻套連接在腔室周圍的結構。
同時，如圖1和圖5所示，該實施例中的轉子采用了所謂的分段類型，其中整個槳葉部分被等分，但各分段的寬度可以是均勻的或不均勻的?；蛘?，轉子可通過整體式鑄造或機加工來制造，并且這些轉子可在不脫離本發(fā)明技術概念的范圍內自由地設計。
權利要求
1.一種分批混合器，包括具有用于在其中進行混合的腔室的殼體；一對沿彼此相反的方向旋轉的混合轉子，其中這對混合轉子處于未相互嚙合的狀態(tài)；和用于使所述腔室的內表面冷卻下來的冷卻結構，其中所述這對混合轉子中的每一個都具有混合段，并包括長槳葉，其具有位于所述混合段的一個端部處的起始點，并且延伸得超過了所述混合段在所述混合轉子旋轉軸線方向上的中心，以便在所述混合轉子的旋轉方向上向回扭轉，在所述混合轉子的周向上設有三個或更多個所述長槳葉；和短槳葉，其具有位于所述混合段的另一端部處的起始點，并且延伸至所述混合段在所述混合轉子旋轉軸線方向上的中心之前，以便在所述混合轉子的旋轉方向上向回扭轉，在所述混合轉子的周向上設有三個或更多個所述短槳葉，其中，在三個或更多個所述長槳葉的軸向上出現(xiàn)有窄末端間隙以及一個或多個更寬的末端間隙，三個或更多個所述長槳葉的所述一個端部處的扭轉角為30°至65°，三個或更多個所述長槳葉形成于一定的扭轉曲線中，所述扭轉曲線的扭轉角隨著其離開所述一個端部而變小，三個或更多個所述短槳葉至少在所述周向上以混合的方式具有窄間隙以及一個或多個更寬的間隙，和所述長槳葉和短槳葉設置成使得當所述混合轉子旋轉一圈時，所述窄末端間隙因所述長槳葉的窄末端間隙和所述短槳葉的窄末端間隙而在所述混合段的整個軸向長度上至少經(jīng)過一次。
2.根據(jù)權利要求1所述的分批混合器，其特征在于，離開一個端部的所述長槳葉的末端的扭轉角為10°至55°，所述短槳葉的另一端部處的扭轉角為20°至45°，并且形成為比所述一個端部處的所述長槳葉的扭轉角更小。
3.根據(jù)權利要求1所述的分批混合器，其特征在于，所述窄末端間隙與腔室內徑之比為0.005至0.025，所述寬末端間隙與腔室內徑之比為0.01至0.05、0.02至0.1以及0.025至0.15中的至少一個。
4.根據(jù)權利要求3所述的分批混合器，其特征在于，所述長槳葉為四片或五片，并且在各所述長槳葉的軸向上包括有末端間隙，其與所述腔室內徑之比為0.005至0.025、0.01至0.05、0.02至0.1以及0.025至0.15，所述短槳葉為四片或五片，并且各所述短槳葉在周向上包括一定的末端間隙，其與所述腔室內徑之比為0.005至0.025、0.01至0.05、0.02至0.1以及0.025至0.15。
5.根據(jù)權利要求4所述的分批混合器，其特征在于，所述長槳葉和所述短槳葉的數(shù)量相同，在每一所述長槳葉上可出現(xiàn)有與所述長槳葉的數(shù)量相同的末端間隙，在每一槳葉上沿著所述長槳葉的周向出現(xiàn)有與所述軸向上的末端間隙相對應的不同末端間隙，和在每一槳葉上沿周向出現(xiàn)有與所述短槳葉的數(shù)量相同的不同末端間隙。
6.根據(jù)權利要求4所述的分批混合器，其特征在于，所述混合轉子具有用于供冷卻介質在所述轉子內流動的通路。
7.根據(jù)權利要求6所述的分批混合器，其特征在于，所述冷卻介質通路的截面形成為具有與所述混合轉子的截面相似的形狀。
8.一種具有混合段的混合轉子，所述轉子包括長槳葉，其具有位于所述混合段的一個端部處的起始點，并且延伸得超過了所述混合段在旋轉軸線方向上的中心，以便在所述混合轉子的旋轉方向上向回扭轉，在所述混合轉子的周向上設有三個或更多個所述長槳葉；和短槳葉，其具有位于所述混合段的另一端部處的起始點，并且延伸至所述混合段在旋轉軸線方向上的中心之前，以便在所述混合轉子的旋轉方向上向回扭轉，在所述混合轉子的周向上設有三個或更多個所述短槳葉，其中，在三個或更多個所述長槳葉中的每一個的軸向和周向上設有高末端部分以及一個或多個低末端部分，三個或更多個所述長槳葉形成于一定的扭轉曲線中，所述扭轉曲線的扭轉角隨著其離開所述一個端部而變小，和三個或更多個所述短槳葉至少在所述短槳葉的周向上以混合的方式具有高末端部分以及一個或多個低末端部分。
9.根據(jù)權利要求8所述的混合轉子，其特征在于，所述長槳葉和短槳葉設置成使得當所述轉子旋轉一圈時，由于存在所述長槳葉的高末端部分和所述短槳葉的高末端部分而使得所述高末端部分在所述混合段的整個軸向長度上經(jīng)過。
10.根據(jù)權利要求9所述的混合轉子，其特征在于，所述短槳葉為四片或五片。
11.根據(jù)權利要求10所述的混合轉子，其特征在于，所述轉子具有供冷卻介質在其內部流動的通路。
12.根據(jù)權利要求11所述的混合轉子，其特征在于，所述冷卻介質通路的截面形成為具有與所述混合轉子的截面相似的形狀。
全文摘要
多個混合轉子，其以在切向上未相互嚙合的狀態(tài)而容納在具有繭形截面的腔室內，其中多個長槳葉和短槳葉設在混合轉子的槳葉部分上。長槳葉和短槳葉分別具有多個不同尺寸的末端間隙，長槳葉的扭轉角在軸向上變化，并使混合效率和分散效率互不排斥。另外，冷卻介質通路分別設在腔室和混合轉子中，以便抑制混合材料的過度溫升。根據(jù)一種采用了該混合轉子的分批混合器，可以控制因發(fā)熱導致的混合材料的質量下降，并且可通過增加槳葉的數(shù)量來提高生產(chǎn)率，同時不會降低混合器的固有加工性能。
文檔編號B29B7/18GK1788966SQ20051012517
公開日2006年6月21日 申請日期2005年11月18日 優(yōu)先權日2004年11月18日
發(fā)明者井上公雄, 吉田則文, 萩原克信, 中野博美 申請人:株式會社神戶制鋼所