РЕЖУЩЕ-ПЕРЕМЕШИВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ Российский патент 2015 года по МПК B01F7/00 

Изобретение исходит из известных перемешивающих и режущих инструментов, закрепленных на валу, причем вал установлен с возможностью вращения в, по меньшей мере, частично цилиндрической чаше, перемешивающие инструменты заканчиваются на небольшом расстоянии от внутренней поверхности чаши, а вал содержит приводные средства.

Такие перемешивающие и режущие инструменты известны много десятков лет и используются большей частью в горизонтально ориентированных чашах для перемешивания сыпучих материалов и текучих масс любого рода или для их режущей обработки. Этот совместный принцип действия оказался крайне оптимальным для обработки шоколадных, компаундных и наполнительных масс.

Уровнем техники в отношении перемешивающих инструментов являются лопасти в виде плужного лемеха, известные из патента DE 1276986. Эти перемешивающие инструменты располагаются в барабане таким образом, что заклинивания продукта в зазоре между перемешивающим инструментом и внутренней поверхностью барабана происходить не может. Это достигается на перемешивающем инструменте за счет заднего угла, открывающегося против направления вращения центробежного механизма. Для выполнения этого условия основание перемешивающего инструмента может быть смещено назад, или оно соответственно скошено, или сам перемешивающий инструмент устанавливается наискось, так что он приобретает скребущую внутреннюю стенку барабана, очищающую функцию. На чисто перемешивающие инструменты это не оказывает влияния, поскольку собственно перемешивающее действие, которое должны выполнять инструменты, этим не нарушается.

Точно так же уровнем техники в отношении перемешивающих инструментов являются швырковые лопасти. Перемешивающие инструменты такого рода представляют собой серповидные, установленные наискось к поперечной оси вала, прямые и плоские, листовидные лопасти на равномерно минимально возможном расстоянии до внутренней стенки барабана, причем ближайшая к внутренней стенке барабана кромка лопасти логичным образом должна представлять собой эллиптическую кривую.

Эти перемешивающие инструменты располагаются в барабане таким образом, что в зазор между перемешивающим инструментом и внутренней поверхностью барабана продукт не втягивается, не прессуется и не режется там, а проталкивается смесителем и что вообще не может возникать клинового действия. Другими словами, не возникает режущего зазора, в результате чего происходят лишь небольшие структурные изменения материала.

Известны также режущие инструменты, которые должны выполнять больше режущее, нежели перемешивающее действие. Передняя часть этих инструментов по всей их длине, если смотреть в направлении их вращения, отстоит дальше от внутренней поверхности чаши, чем задняя часть, что вызывает втягивающее материал действие. Однако перемешивающее действие этих инструментов невелико.

Кроме того, из DE-A-4344995 известна конструкция, в которой перемешивающий инструмент, такой как лопасть в виде плужного лемеха, усовершенствован таким образом, что он помимо процесса перемешивания способствует также структурным изменениям материала. Для этой цели передняя часть перемешивающего инструмента или инструментов, если смотреть в направлении их вращения, отстоит дальше от внутренней поверхности барабана, чем задняя часть.

Это приводит к значительному заклиниванию продукта, и однажды застрявший в зазоре продукт, чему способствует, в частности, увеличивающаяся при сужении зазора режущая поверхность, при чрезмерной нагрузке почти не может избежать спрессовывания, что при обработке суспензий может привести к эффекту размола твердых частиц. Вызванное этим чрезмерное трение может привести к локальным перегревам продукта, что является нежелательным.

Из GB 702175 известен смеситель, у которого вершины лопастей перемешивающих инструментов, выполненных в виде двухсторонних плужных лемехов, лежат впереди, если смотреть в направлении вращения, и соскабливают перемешиваемый материал с внутренних стенок чаши.

В DE 1082576 описан противоточный смеситель, у которого на консолях под углом расположены перемешивающие лопасти. Консоли выполнены мечевидными и установлены под таким углом к оси вала смесителя, что направление подачи поверхности консолей встречно направлению подачи перемешивающих лопастей.

В DE 19636989 раскрыт другой режуще-перемешивающий инструмент, характеризующийся тем, что

а) он содержит на радиальной внешней стороне инструментодержателя, по меньшей мере, одну серповидно-ложкообразную режуще-швырковую лопасть;

б) от вершины своего серпа к концу лопасть дугообразно искривлена к своей продольной оси под углом изгиба (α);

в) касательные к периферийной наружной поверхности лопасти и к внутренней поверхности чаши заключают между собой угол (γ), так что расстояние между внутренней поверхностью чаши и периферийной наружной поверхностью лопасти увеличивается от вершины серпа;

г) продольная ось лопасти образует с осью вала угол (β) установки;

д) ложкообразная часть лопасти и серповидная вершина указывают навстречу направлению вращения.

Задача изобретения состоит в создании такого перемешивающего инструмента, как известная швырковая лопасть, чтобы он помимо процесса перемешивания способствовал также структурным изменениям обрабатываемого продукта (режущий инструмент) и чтобы за ту же операцию помимо процесса резания можно было достичь заметного перемешивающего действия.

При этом существенным является щадящее продукт и, тем не менее, наиболее эффективное структурное изменение материала при оптимальной производительности перемешивания и выполнение инструмента таким, чтобы при изменяющихся во время процесса реологии, структуры и консистенции продукта в распоряжении всегда имелся, по меньшей мере, один подходящий к зависимой от времени структуре продукта, выполненный оптимальным участок режущего зазора в качестве части всей его длины. Кроме того, продукт не должен испытывать никаких локальных перегревов, а при обработке суспензий не должен возникать воздействующий на твердые частицы эффект размола.

Согласно изобретению эта задача, в частности при усовершенствовании инструмента, известного из DE 19636989, решается посредством режуще-перемешивающего инструмента, размещаемого на валу, установленном в, по меньшей мере, частично цилиндрической чаше коаксиально и с возможностью вращения. Тогда инструмент образует с валом посредством инструментодержателя роторное устройство. Инструмент включает в себя режуще-швырковую лопасть и, по меньшей мере, один рычаг, выполненный из Y-образного, установленного вертикально ребристого листа или соответствующей отливки рычаг может быть выполнен прямым, установленным наискось и/или ломаным.

Лопасть может быть плоской или искривленной, она может быть серповидной или иметь форму пластины. Последняя может иметь, например, многоугольный, прямоугольный или трапециевидный внешний контур.

Рычаг или рычаги могут монтироваться на инструментодержателе или могут быть выполнены за одно целое с ним. В свою очередь, инструментодержатель крепится на валу. Он может быть выполнен в виде кольцеобразного крепежного элемента, который, в частности, подходит для монтажа на валу круглого сечения.

На валу могут быть размещены также несколько режуще-перемешивающих инструментов, или на валу может быть размещен, по меньшей мере, один режуще-перемешивающий инструмент вместе с одним или несколькими дополнительными инструментами, например стеновым скребком.

На каждом осевом конце лопасти и/или стенового скребка расположен инструментодержатель в виде кольцеобразных крепежных элементов, так что эти кольцеобразные крепежные элементы расположены соответственно на расстоянии вдоль оси вала.

Инструмент имеет, по меньшей мере, одно отверстие.

Испытания показали, что отверстие в инструменте обеспечивает дополнительные положительные технологические свойства, лучшее псевдоожижение на сухой фазе и дополнительную реакционную поверхность на пленке продукта на жидкой фазе, в частности во время процесса конширования и разводки. Инструмент обеспечивает дополнительные преимущества также во время процесса перемешивания, например лучшее перемешивание компонентов.

В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения в рычаге, между рычагами и/или между рычагом и лопастью предусмотрено, по меньшей мере, одно отверстие. В последнем случае отверстие ограничено с одной стороны рычагом, а с другой стороны - лопастью.

Часть обрабатываемой массы, которая при вращении инструмента не попадает между лопастью и внутренней стенкой чаши, а остается внутри лопасти, по меньшей мере, частично направляется через отверстие и подвергается при прохождении обработке, в частности резанию, растяжению и/или перемешиванию.

Следовательно, обработка массы на каждый оборот в этом случае интенсивируется, поскольку расход обрабатываемой массы повышается.

Чем больше расстояние отверстия от вала, тем выше скорость прохождения через отверстие и тем интенсивнее обработка. Поэтому отверстие выполняется предпочтительно на радиально наиболее удаленном от оси участке рычага.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, одно отверстие предусмотрено в лопасти.

Также в этом случае часть обрабатываемой массы, которая при вращении инструмента не попадает между ним и внутренней стенкой чаши, а остается внутри лопасти, если смотреть в радиальном направлении, может, по меньшей мере, частично направляться через отверстие и подвергаться обработке.

Однако, с другой стороны, по меньшей мере, часть массы, попадающая в зазор между инструментом и внутренней стенкой чаши, может снова выходить через отверстие из этого зазора. При этом масса меньше сплющивается или режется и испытывает скорее щадящую обработку.

В зависимости от того, какую форму имеет инструмент, например в зависимости от наклона лопасти, или от расстояния зазора, или от прохождения расстояния зазора между инструментом и внутренней стенкой чаши и от направления вращения инструмента, преобладает скорее тот или иной эффект.

Поэтому инструмент может вращаться сначала в одном направлении, а затем в другом, а масса может обрабатываться сначала интенсивно, а затем щадящим образом или наоборот.

Инструмент может быть выполнен так, что он, с одной стороны, действует в качестве стенового скребка, а, с другой стороны, в то же самое время или после этого обрабатывает массу, например при реверсировании направления вращения, в частности режет, растягивает и/или перемешивает.

Отверстие может иметь любую геометрическую форму. Преимущественно оно многоугольное, в частности треугольное, и/или круглое. Если отверстие выполнено в лопасти, то внешний контур предпочтительно, в основном, повторяет контур лопасти. Следовательно, в случае треугольной поверхности лопасти поверхность отверстия, в основном, также треугольная.

Если рычаг выполнен ломаным, то предпочтительно, по меньшей мере, одна его полка расположена под прямым углом к оси вала. При вращении инструмента эта полка собирает материал и подает его к отверстию.

Отверстие в ломаном рычаге выполнено предпочтительно в изломе, где скапливается обрабатываемая масса, когда инструмент вращается в направлении угла раскрытия излома.

В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения сечение сужается и/или расширяется в направлении вращения и/или против направления вращения, так что входная и выходная поверхности, по меньшей мере, одного отверстия предпочтительно разные по величине.

При достаточно большой толщине материала сечение отверстия изменяется таким образом, что отверстие имеет форму сужающейся или расширяющейся воронки и в зависимости от направления вращения возникает растянутое или сдвиговое течение материала внутри отверстия.

Сечение может сначала сужаться, а затем снова расширяться или наоборот.

Инструмент может иметь одно отверстие на участке рычага и дополнительное отверстие в лопасти. В лопасти могут быть предусмотрены также несколько отверстий. В зависимости от сечения соответствующего отверстия и суммы сечений обработка массы является более или менее интенсивной.

В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения инструмент имеет отверстие, подходящее для размещения вставки. Последняя может не иметь отверстия или иметь, по меньшей мере, одно отверстие. Предпочтительно пользователь может выбирать из ассортимента различных вставок и оснастить инструмент так, чтобы он особенно подходил для определенных обрабатываемых масс и/или для определенных процессов обработки.

В качестве альтернативы пользователь может выбирать инструмент из ассортимента инструментов, отличающихся по расположению, выполнению и/или числу отверстий, которые он в зависимости от обрабатываемой массы и/или процесса обработки монтирует на валу.

Предложенный режуще-перемешивающий инструмент содержит предпочтительно серповидную, изогнутую в сечении преимущественно в форме дуги окружности, преимущественно прямую в продольном направлении режуще-швырковую лопасть, вращающуюся в барабане под углом 1-45° к оси вала, причем угол изгиба в сечении лопасти преимущественно возрастает от вершины серпа назад, так что лопасть образует назад перевернуто-ложкообразную поверхность почти параллельно внутренней поверхности чаши и что с возрастанием угла изгиба возрастает расстояние периферии лопасти до внутренней стенки чаши, например до 50 мм (угол γ).

Минимальное расстояние до внутренней стенки чаши составляет в зависимости от обрабатываемой массы и этапа обработки от 0,1 до 1 мм.

Зазор между инструментом и внутренней стенкой чаши имеет предпочтительно ширину от 1 до 3 мм, если инструмент должен работать в качестве стенового скребка. Для режущей обработки обрабатываемой массы зазор между кромкой инструмента и внутренней стенкой чаши имеет предпочтительно ширину от 5 до 30 мм.

Инструмент, соединенный посредством рычага с силовым замыканием с приводным валом, имеет преимущественно, по меньшей мере, один дополнительный рычаг, который снабжен действующим в направлении вращения стеновым скребком.

Понятно, что в соответствии с описанной геометрической формой лопасти для оптимальной обработки самых разных продуктов по мере увеличения угла изгиба одновременно может быть увеличен или уменьшен также радиус изгиба, что поперечный изгиб в зависимости от продукта может представлять собой дегрессивную, а также прогрессивную кривую и что лопасть в продольном направлении дополнительно к поперечному изгибу от вершины серпа и при виде сверху с образованием угла δ между касательной к изгибу и продольной осью протяженности инструмента может быть изогнута к правой или левой боковой стенке.

Точно так же в зависимости от продукта для достижения нужного действия размещенный на дополнительном рычаге стеновой скребок может также представлять собой серповидную, однако плоскую, т.е. не изогнутую в сечении, прямую в продольном направлении или же изогнутую к правой или левой боковой стенке швырковую лопасть с постоянным минимальным расстоянием до внутренней стенки чаши.

Вследствие этого предложенные режуще-перемешивающие инструменты используются предпочтительно в конш-машинах для конширования шоколадных масс, а также в разжижающих или смесительных машинах для компаундных или наполнительных масс в кондитерской промышленности.

Эффективные конш-машины отличаются, как известно, тем, что одна и та же машина за один процесс оптимально выполняет несколько основных технологических операций, таких как перемешивание, резка и аэрация. В случае шоколадных масс можно, тем самым, эффективно осуществлять структурное изменение порошкообразного вальцованного продукта в текучую суспензию и в то же время раскислять шоколадную массу без потери ее аромата, вызванной локальными перегревами вследствие слишком сильного трения продукта.

Другие преимущества и примеры осуществления изобретения приведены в описании и на прилагаемых чертежах. На них режуще-перемешивающий инструмент частично изображен в сильно схематичном виде и не в масштабе, причем различные варианты не должны пониматься как их завершающее перечисление, а имеют характер примеров. На чертежах представлено:

- фиг. 1: режуще-перемешивающий инструмент, известный из DE 19636989, с режуще-швырковой лопастью, выполненной прямой в продольном направлении, изогнутой в сечении в форме дуги окружности с возрастающим от вершины серпа к перевернуто-ложкообразному концу углом изгиба и с расположенной на возрастающем от вершины серпа расстоянии периферии до внутренней стенки чаши до барабана;

- фиг. 2: первый вариант предложенного режуще-перемешивающего инструмента;

- фиг. 3: предложенный режуще-перемешивающий инструмент в другом виде;

- фиг. 4: второй вариант предложенного режуще-перемешивающего инструмента при виде сбоку;

- фиг. 5: второй вариант предложенного режуще-перемешивающего инструмента в перспективе;

- фиг. 6: второй вариант предложенного режуще-перемешивающего инструмента при виде сверху;

- фиг. 7a-7f: другие варианты предложенного режуще-перемешивающего инструмента при виде сверху;

- фиг. 8: другой пример выполнения режуще-перемешивающего инструмента в перспективе.

На фиг. 1 на виде сбоку и в разрезе изображен известный режуще-перемешивающий инструмент 1, закрепленный с силовым замыканием на валу 2, который вместе с инструментом 1 расположен в чаше 3. Несколько инструментов 1 на валу 2 образуют режуще-перемешивающий ротор. Стрелкой 4 обозначено направление вращения режуще-перемешивающего ротора. Инструментальный блок состоит из режуще-перемешивающего инструмента 1 с режуще-швырковой лопастью 5 на рычаге 6 и с крепежным кольцом 7 и дополнительного, противоположно расположенного рычага 8 со стеновым скребком 9. Рычаг 6 с крепежным кольцом 7 и противоположный рычаг 8 закреплены на валу 2 либо разъемно (паз-гребень), либо рычаг 6 с крепежным кольцом 7 и противоположный рычаг 8 сварены с валом 2.

Предложенный режуще-перемешивающий инструмент 20 закреплен на валу 2 с силовым и геометрическим замыканием посредством крепежного кольца 21. Рычаг 22 соединен с режуще-швырковой лопастью 23. Последняя состоит из изогнутого листа и установлена под углом примерно 15°. Внешняя кромка лопасти расположена почти параллельно чаше. Рычаг 22 представляет собой Y-образный ребристый лист, который вертикально или под углом приварен к полукольцу 24 крепежного кольца 21.

Между ребрами рычага 22 выполнено треугольное отверстие 25. Листовая конструкция обеспечивает заметное уменьшение массы по сравнению с выполнением, представленным на фиг. 1. Отверстие 25 имеет предпочтительно форму равнобедренного треугольника.

В данном примере рычаг 22 выполнен ломаным и косо установлен (фиг. 2).

Вместо сварной листовой конструкции возможны также литые выполнения.

Если инструмент описан в связи с выполненной в форме полного цилиндра в виде барабана чашей конша, то понятно, что изобретение с теми же преимуществами может применяться в частично цилиндрических отсеках чаш коншей с более чем одним валом, как они сами по себе известны.

На фиг. 4 на виде сбоку изображен второй вариант предложенного инструмента 120. Дополнительно к первому отверстию 125 в рычаге 122 инструмента 120 в лопасти 123 выполнено второе отверстие 126.

На фиг. 5 второй вариант предложенного инструмента изображен в перспективе. Второе отверстие 126 имеет в этом примере треугольную форму и, тем самым, приблизительно повторяет форму лопасти 123.

На фиг. 6 второй вариант предложенного инструмента изображен на виде сверху. Лопасть 123 и, тем самым, также отверстие 126 повернуты относительно оси 102 вала на угол 127.

На фиг. 7a-7f на виде сверху изображены другие варианты инструмента.

На фиг. 7a изображена лопасть 223 с асимметрично расположенным отверстием 226.

На фиг. 7b изображена лопасть 323 с двойным отверстием 326.

На фиг. 7c, 7d изображены лопасти 423, 523 с отверстиями, имеющими прямые и закругленные внешние контуры. Прямая кромка 429 отверстия 426 может быть расположена на стороне 428 лопасти 423, которая удалена дальше от внутренней стороны чаши, или прямая кромка 529 отверстия 526 может быть расположена на стороне 528 лопасти 523, которая ближе к внутренней стороне чаши.

На фиг. 7e изображена лопасть 623 с большим отверстием 626. Оно может служить для размещения вставки.

На фиг. 7f изображена та же лопасть 623, причем в отверстие 626 вставлен перфорированный лист 630.

На фиг. 8 в перспективе изображен другой пример выполнения инструмента 720. Лопасть 723 выполнена в виде пластины, удерживаемой двумя рычагами 722a, 722b. Последние посредством кольцеобразных крепежных элементов 721 закреплены на валу.

Изобретение относится к перемешивающим и режущим инструментам и может быть использовано в горизонтально ориентированных чашах для перемешивания сыпучих материалов и любых текучих масс. Режуще-перемешивающий инструмент, размещаемый на валу, установленном, по меньшей мере, частично в цилиндрической чаше коаксиально и с возможностью вращения, образует с валом посредством инструментодержателя роторное устройство. Инструмент содержит режуще-швырковую лопасть и, по меньшей мере, один рычаг, выполненный прямым, установленным наискось и/или ломаным. Инструмент снабжен, по меньшей мере, одним отверстием. При этом, по меньшей мере, одно отверстие предусмотрено между рычагом и режуще-швырковой лопастью. Техническим результатом является повышение производительности перемешивания, отсутствие локальных перегревов и повышение эффективности структурных изменений обрабатываемого продукта без эффекта размола. 7 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Режуще-перемешивающий инструмент (20; 120; 720), размещаемый на валу (2; 702), установленном, по меньшей мере, частично в цилиндрической чаше (3) коаксиально и с возможностью вращения, так что инструмент (20; 120; 720) образует с валом (2) посредством инструментодержателя роторное устройство, причем инструмент содержит режуще-швырковую лопасть (23; 123; 223; 323, 423, 523, 623; 723) и, по меньшей мере, один рычаг (22; 122; 722а, 722b), выполненный прямым, установленным наискось и/или ломаным, отличающийся тем, что инструмент (20; 120; 720) снабжен, по меньшей мере, одним отверстием (25; 125, 126; 226; 326, 426, 526, 626; 726), при этом, по меньшей мере, одно отверстие (25, 125) предусмотрено между рычагом (22; 122) и режуще-швырковой лопастью (23; 123).

2. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно дополнительное отверстие (25; 125) выполнено в рычаге (22; 122).

3. Инструмент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно дополнительное отверстие (126; 226; 326, 426, 526, 626; 726) выполнено в лопасти (123; 223; 323, 423, 523, 623; 723).

4. Инструмент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно отверстие (25; 126; 226; 326, 426, 526, 626) выполнено треугольным.

5. Инструмент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что сечение, по меньшей мере, одного отверстия (25; 126; 226; 326, 426, 526, 626) сужается и/или расширяется.

6. Инструмент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что рычаг (22; 122) выполнен из Y-образного и установленного вертикально ребристого листа или соответствующей отливки.

7. Инструмент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что на каждом осевом конце лопасти (23; 123; 223; 323, 423, 523, 623) и/или стенового скребка (9) расположен инструментодержатель в виде кольцеобразных крепежных элементов (21), так что эти кольцеобразные крепежные элементы (21) расположены соответственно на расстоянии вдоль оси вала (2).

8. Инструмент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что режуще-швырковая лопасть (23; 123; 223; 323, 423, 523, 623) изогнута в виде дуги окружности.