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Mischvorrichtung zum Mischen von Flüssigkeiten
Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung ohne bewegte Teile zum Mischen von Flüssigkeiten mit einem Einlass, einem Auslass und mindestens zwei Mischelementen dazwischen, durch deren jedes mindestens zwei Kanäle hindurchgehen, deren Mündungen so anders zueinander angeordnet sind, wie die Eintrittstellen, dass, in der Strömungsrichtung betrachtet, jeder Kanal eines Mischelementes die Fort- setzung von mindestens zwei Kanälen des vorhergehenden Mischelementes bildet.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf in dieser Mischvorrichtung zu verwendende Mischelemente.
Mischvorrichtungen dieser Art sind an sich bekannt und besitzen den Vorteil, dass eine intensive Mischung von schwer miteinander mischbaren Flüssigkeiten, wie z. B. hochviskosen Flüssigkeiten, leicht und schnell erreicht werden kann, ohne dass es notwendig ist, bewegte Mechanismen mit grossem Energiebedarf zu verwenden. Ein weiterer Vorteil dieser bekannten Mischvorrichtungen besteht darin, dass sie aus identischen
Einzelelementen durch Aneinanderreiben derselben zusammengesetzt werden können. Die Intensität der Mischung kann durch Veränderung der Zahl dieser Elemente variiert werden.
Diese Mischvorrichtungen besitzen aber auch Nachteile. So ist es z. B. infolge des Zusammenbaues der Mischvorrichtungen aus lose zusammengesteckten Mischelementen schwierig, Verlustströmungen (Leckverluste) innerhalb des Mischers selbst zu vermeiden. Unter anderem hat das zur Folge, dass Teile der zu mischenden Flüssigkeiten nicht den vorgeschriebenen Weg durch die Kanäle zurücklegen, wodurch schlecht gemischte Abschnitte in dem fertig gemischten Strom auftreten. Es ist auch möglich, dass solche Verlustströmungen vom Inneren der Mischvorrichtung nach aussen austreten.
Besondere Mängel können sich durch diese Verlustströmungen ergeben, wenn Flüssigkeiten gemischt werden sollen, deren chemische Beschaffenheit sich im Laufe der Zeit ändert. Dies trifft z. B. dann zu, wenn Viskosen verschiedener Reife, Farbe oder chemischer Zusammensetzung gemischt werden. Wenn die Verlustströmungen schneller sind als die Mischströme, ergeben sich Flüssigkeitsschichten mit geringerer Reife. Zumeist sind jedoch die Verlustströme wesentlich langsamer als die durch die Kanäle fliessenden Mischströme, was zur Folge hat, dass in der fertig gemischten Flüssigkeit Abschnitte mit stark gealterter Flüssigkeit oder sogar Gerinnsel auftreten. Insbesondere die letztere ist eine sehr störende Folgeerscheinung.
Es wurden schon grosse Anstrengungen gemacht, um eine befriedigende Abdichtung zwischen den Mischelementen zu erzielen. So wurde versucht, das Austreten von Verlustströmungen längs der Elemente dadurch zu verhindern, dass diese zwischen Schichten aus Packungsmaterial eingeschlossen wurden, die gegen die Mischelemente abgedichtet waren. Abgesehen davon, dass dies eine sehr komplizierte Bauweise ergab, zeigt es sich, dass immer noch Leckverluste gegen die Aussenseite oder längs der Mischelemente und insbesondere zwischen deren Trennfläche auftraten.
Alle diese Übelstände werden nun durch die erfindungsgemässe Ausbildung der Mischvorrichtung vermieden. Es wird hiebei eine absolute Abdichtung im Inneren der Mischvorrichtung gegen Verlustströmungen erzielt, ohne dass aufwändige Konstruktionen oder grosse Abdichtungskräfte erforderlich sind.
Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, dass die aus gummiartigen elastischem Material hergestellten Mischelemente die Kanäle in einem geschlossenen zylindrischen Aussenmantel, der gleitbar in ein Gehäuse passt, aufnehmen und durch Zusammendrücken in axialer Richtung im Gehäuse fixierbar sind.
Bei dieser Ausbildung ist es nicht notwendig, die Gehäusewände gegen die Mischelemente abzudichten.
Ein Zusammendrücken der elastischen Mischelemente hat nämlich zur Folge, dass sie gegeneinander abgedichtet werden und dass sie sich mit ihrem Aussenmantel absolut flüssigkeitsdicht an die Gehäusewandung anpressen.
Dabei ist es überraschend, dass die Abdichtung umso besser wird, je höher der in den Kanälen herrschende Flüssigkeitsdruck ist. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass infolge des erhöhten Flüssigkeitsdruckes die Berührungsflächen der Mischelemente offenbar noch fester aneinander gepresst werden.
Der Zusammenbau der Mischvorrichtung ist sehr leicht durchzuführen, da die Mischelemente gleitbar in das Gehäuse passen, wenn sie nicht zusammengedrückt sind, und daher einfach eines nach dem andern eingeschoben werden können.
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Obwohl verschiedene elastische Materialien zur Herstellung der Mischelemente gemäss der Erfindung brauchbar sind, hat es sich gezeigt, dass ein elastisches Material mit einer sehr geringen Volumsausdehnung, vorzugsweise Gummi, besonders geeignet ist.
Es wurde gefunden, dass die aus einem solchen elastischen Material hergestellten Mischelemente eine hinreichende Dichtung schon bei geringeren Anpresskräften ergeben, als dies bei Mischelementen der Fall ist, die aus andern elastischen Materialien bestehen.
Eine Erklärung dieser Naturerscheinung kann möglicherweise darin gesehen werden, dass die zusammen- gepressten Elemente sich unter dem Einfluss des Flüssigkeitsdruckes in den Kanälen nur schwer noch weiter deformieren können und deshalb den Flüssigkeitsdruck so weiterleiten, als wenn das elastische Material selbst eine Flüssigkeit wäre. Infolgedessen kann die Flüssigkeit keine Leckspalten zwischen den Mischele- menten hervorrufen. Die Mischvorrichtung kann deshalb eine leichtere Bauweise aufweisen, da auf die
Mischelemente nur eine geringere Zusammenpresskraft ausgeübt werden muss.
Der Aussenmantel der Mischelemente und das Gehäuse können zylindrisch, mit verschiedenen Quer- schnittsformen, ausgebildet sein. Der Querschnitt kann je nach dem Verlauf oder der Gestalt der Kanäle viereckig oder rechteckig sein. Gemäss der Erfindung wird es jedoch vorgezogen, dem Aussenmantel der
Mischelemente und dem Gehäuse die Form eines Kreiszylinders zu verleihen. Infolge der Kreisgestalt des äusseren Mantels kann das Mischelement unter der Einwirkung der Anpresskräfte nach allen Richtungen expandieren und sich daher gleichmässiger an die Innenwandung des Gehäuses anlegen.
Das Gehäuse kann in diesem Fall aus handelsüblichen Präzisionsrohren hergestellt werden, wobei die
Durchmesser des Rohres und des Aussenmantels ohne Schwierigkeit im voraus so gewählt werden können, dass die gewünschte Abdichtung und die genaue Anlage am Rohr schon bei einer geringen Anpresskraft erreicht wird. Es wurde ausserdem gefunden, dass die Mischelemente formfester sind, wenn der Aussenmantel die Form eines Kreiszylinders besitzt.
Obwohl die Abdichtung zwischen den Mischelementen auch möglich ist, wenn deren Stirnflächen eben sind, wurde gefunden, dass es vorteilhaft ist, gemäss der Erfindung an den Stirnflächen rund um die Kanalmündungen vorspringende Randleisten vorzusehen. In diesem Fall müssen bloss diese Randleisten eben sein, um eine gute Abdichtung zu erreichen, und auch da ist es nicht erforderlich, dass sie eine genau ebene Fläche darstellen.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass die vorspringenden Randleisten bei einem geringeren Anpressdruck stärker deformiert und fester aneinander gepresst werden, als dies der Fall ist, wenn die ganzen Stirnflächen aneinander liegen. Durch Anordnung der Randleisten um die Kanalwindungen können auch in den Kanälen innerhalb der Mischvorrichtung tote Winkel vermieden werden.
Um die Elemente gemäss der Erfindung in die richtige Lage zueinander zu bringen, sind deren Stirnflächen vorzugsweise mit Zapfen und korrespondierenden Ausnehmungen versehen.
Es hat sich jedoch in einigen Fällen gezeigt, dass auch bei nicht genauer Übereinstimmung der Lage der einzelnen Elemente die Zapfen eines Elementes in die Ausnehmung des andern Elementes eintreten.
Dies ist deshalb möglich, weil die Elemente aus weichem elastischem Material bestehen und sich die Zapfen und Ausnehmungen so stark deformieren können, dass sie trotzdem ineinander greifen. Dies ist unter Umständen verbunden mit unebenen Übergängen zwischen den Elementen oder auch mit einer teilweisen Überlappung der vorspringenden Randleisten. Wenn letzteres eintritt, können zwischen den Mischelementen grosse tote Winkel entstehen, in denen sich Flüssigkeit ansammelt.
Dieser Nachteil kann nicht eintreten, wenn die Mischelemente mit in Längsrichtung verlaufenden V-förmigen Nuten an einer oder mehreren Stellen ihres Aussenmantels ausgebildet sind, in welche runde, über die ganze Länge des Gehäuses reichende Führungsstangen eingelegt werden, welche die Mischelemente im Bereich der Nut elastisch deformieren. Wenn die Mischelemente längs dieser Stangen in das Gehäuse eingeführt werden, ist eine unrichtige gegenseitige Lage der Elemente unmöglich. Wegen der geringen elastischen Deformation in den Nuten können die Elemente nur in der richtigen Lage längs der Führungsstangen eingeschoben werden.
In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung an Hand beispielsweiser Ausführungsformen schematisch veranschaulicht.
Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch die Mischvorrichtung ohne Mischelemente, Fig. 2 zeigt den Stirnflansch der Mischvorrichtung längs der Linie II-II der Fig. l, Fig. 3 ist eine Stirnansicht eines Mischelementes, Fig. 4 ist ein Längsschnitt und Fig. 5 eine Rückansicht des gleichen Elementes.
In Fig. l ist das die Form eines zylindrischen Rohres aufweisende Gehäuse mit 1 bezeichnet, an dessen beiden Enden Flanschen 2, 3 angeschweisst sind. In jedem der Flanschen 2 und 3 sind in gleichen gegenseitigen Abständen und auf dem gleichen Teilkreis acht Löcher vorgesehen, die abwechselnd glatte Bohrungen 4 und Gewindebohrungen 5 sind.
An den Flanschen 2,3 sind mit Passkanten die Endflanschen 6, 7 befestigt, die mit mehreren Löchern 8, 9 versehen sind, welche beim Zusammenbau in Linie mit den Löchern 4, 5 liegen. Die Löcher 8 sind kegelig, so dass die Endflanschen 6, 7 mittels Schrauben 10 mit versenktem Kopf, die in die Gewindebohrungen 5 passen, gegen die Flanschen 2, 3 gedrückt werden können. Die Endflanschen 6, 7 haben eine mittlere Durchtrittsöffnung 11, die kleiner ist als die lichte Weite des Rohres 3. Dies ermöglicht das Einspannen von mehreren Mischelementen zwischen den Endflanschen 6, 7.
In Fig. 2 ist der Endflansch 6 in Ansicht nach der Linie II-II der Fig. l dargestellt.
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Innerhalb des Flansches ändert sich der Querschnitt der zentralen Durchtrittsöffnung vom Viereck zu einem Kreis, wobei der Kreisquerschnitt gegen das Mittel der Mischvorrichtung gerichtet ist. Die durchgehenden Bohrungen 4, 9 dienen zur Befestigung der Mischvorrichtung zwischen (nicht dargestellten) Zuführungs- und Abführungsleitungen. Diese Leitungen sind zu diesem Zweck mit Flanschen versehen, die Bohrungen aufweisen, welche mit den Bohrungen 4 und 9 korrespondieren. Die lichten Weiten dieser
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versehen. In den korrespondierenden Blindlöchern 13 der Endflanschen 6 und 7 sitzen zwei Stangen 14, die im Rohr 1 in Richtung der Rohrachse und in der Nähe der Innenwandung des Rohres einander gegen- über liegen. Im Inneren des Rohres 1 sind achtzehn (nicht dargestellte) Mischelemente untergebracht.
Von diesen sind neun Elemente so ausgebildet wie das in den Fig. 3,4 und 5 dargestellte Element. Die neun übrigen Elemente sind in bezug auf einen Längsschnitt symmetrisch ausgebildet. Die Anordnung der Elemente im Rohr ist so getroffen, dass die zwei Elementtypen einander alternieren.
Aus den Fig. 3,4, 5 ist ersichtlich, dass die Mischelemente im wesentlichen aus zylindrischen Blöcken bestehen, die je zwei Kanäle 15, 16 aufweisen, welche sich zunächst in der gleichen Richtung, jedoch in entgegengesetztem Sinn verengen und sich dann in der Querrichtung erweitern, wiederum in der gleichen Richtung, jedoch im entgegengesetzten Sinn.
Der Aussendurchmesser der Mischelemente ist etwas kleiner als die lichte Weite des Rohres 1, so dass die Elemente im Rohr gleiten können. Im Aussenmantel der Mischelemente sind zwei nutförmige Längsrillen 17, 18 einander diametral gegenüberliegend vorgesehen. Diese Nuten haben eine solche Form, dass das Material in geringem Ausmass elastisch deformiert werden muss, damit die Mischelemente längs der Innenwandung des Rohres 1 auf die Stangen 14 aufgeschoben werden können.
An den Stirnflächen der Mischelemente sind vorspringende Randleisten 19, 20 rund um die Kanalmündungen 15, 16 angeordnet, längs welcher die benachbarten Mischelemente aneinander anliegen und dadurch gegeneinander abgedichtet werden. Die zwei äussersten Mischelemente liegen mit ihren vorspringenden Randleisten 19, 20 am viereckigen Rand 21 des Durchlasses 11 in den Endflanschen 6, 7 an.
Jedes Mischelement besitzt ausserdem zwei vorspringende Zapfen 22, 23 an einer Stirnfläche und zwei Ausnehmungen 24, 25 an der andern Stirnfläche, die den Zapfen gegenüberliegen. Mit Hilfe dieser Zapfen und Ausnehmungen werden die benachbarten Mischelemente im Inneren des Rohres in der richtigen Lage fixiert. Die Zapfen 22 und 23 des äussersten rechten Elementes im Rohr 1 rasten in den zwei Löchern 12 des Endflansches ein.
Das Material der Elemente ist Naturkautschuk mit einer Härte von 65 bis 70 (Shore). Dieses Material ist gegen kaustische Alkalien widerstandsfähig. Wenn saure Substanzen gemischt werden sollen, kann ein säurefester synthetischer Gummi gewählt werden.
Die Länge der Mischvorrichtung zwischen den Kanten 21 der Endflanschen 6, 7 ist etwas geringer als die Gesamtlänge der aneinander gereihten Mischelemente, gemessen zwischen den äussersten vorspringenden Randleisten 19, 20. Beim Zusammenbau des Mischers werden deshalb die Mischelemente in axialer Richtung durch Anziehen der Schrauben 10 zusammengedrückt, wobei die Endflanschen 6, 7 gegen die Flanschen 2, 3 gezogen werden. Beim Zusammendrücken werden die Mischelemente gleichzeitig in radialer Richtung dichtend an die Innenwand des Gehäuses 1 gepresst. Auf diese Weise wird sowohl zwischen den Mischelementen selbst als auch zwischen diesen und der Gehäusewand eine besonders gute Abdichtung erreicht.
Die erfindungsgemässe Mischvorrichtung ist besonders wirkungsvoll beim Mischen von hochviskosen Flüssigkeiten, wie z. B. Viskose.
Es sind natürlich verschiedene Abänderungen der beschriebenen Ausführungsform innerhalb des Rahmens der Erfindung möglich. Verschiedene Abmessungen können von der beschriebenen Ausführungsform abweichen. Das Verhältnis zwischen Länge und Durchmesser der Mischvorrichtung kann innerhalb weiter Grenzen ebenso verändert werden, wie die Zahl der Mischelemente. Auf diese Weise kann jeder Feinheitsgrad der Mischung erhalten werden.
PATENTANSPRÜCHE : l. Mischvorrichtung ohne bewegte Teile zum Mischen von Flüssigkeiten mit einem Einlass, einem Auslass und mindestens zwei Mischelementen dazwischen, durch deren jedes mindestens zwei Kanäle hindurchgehen, deren Mündungen so anders zueinander angeordnet sind, wie die Eintrittsstellen, dass, in der Strömungsrichtung betrachtet, jeder Kanal eines Mischelementes die Fortsetzung von mindestens zwei Kanälen des vorhergehenden Mischelementes bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die aus gummiartigem elastischem Material hergestellten Misschelemente die Kanäle (15, 16) in einem geschlossenen zylindrischen Aussenmantel, der gleitbar in ein Gehäuse (1) passt, aufnehmen und durch Zusammendrücken in axialer Richtung im Gehäuse (1) fixierbar sind.