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PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zum Mischen von mindestens zwei insbesondere zähflüssigen Komponenten, mit einem motorisch angetriebenen Rotor mit einer koaxialen, im wesentlichen trichterförmigen Mischfläche und mit Mitteln zum Aufbringen der zu vermischenden Komponenten auf den der Rotationsachse näher liegenden Bereich der Mischfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbringmittel die einzelnen Komponenten vor oder zumindest unmittelbar bei deren Auftreffen auf der Mischfläche zusammenführen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbringmittel ein sich mit dem Rotor mitdrehendes stab-, kreuz-, stern- oder plattenförmiges Verteilorgan besitzen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbringmittel einen im wesentlichen kegelförmigen konvexen Bereich im Zentrum der Mischfläche umfassen.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischfläche im wesentlichen konkav ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischfläche in der Nähe ihres Rands konvex gekrümmt ist.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen von mindestens zwei insbesondere zähflüssigen Komponenten, mit einem motorisch angetriebenen Rotor mit einer koaxialen, im wesentlichen trichterförmigen Mischfläche und mit Mitteln zum Aufbringen der zu vermischenden Komponenten auf den der Rotationsachse näher liegenden Bereich der Mischfläche.
Derartige Mischvorrichtungen sind beispielsweise aus der französischen Patentanmeldung Nr. 2 249 719 bekannt. Bei diesen bekannten Vorrichtungen werden die zu vermischenden Komponenten je für sich allein auf je einen separaten, mit der Mischfläche koaxial mitrotierenden Schleuderteller aufgebracht und von diesem in getrennten Schleuderebenen auf die Mischfläche geleitet. Diese Art der Aufbringung der zu vermischenden Komponenten auf die rotierende Mischfläche ist konstruktiv aufwendig und ausserdem auch hinsichtlich des gewünschten Mischeffekts nachteilig. Durch das getrennte Aufbringen in axial gegeneinander versetzten Schleuderebenen geht nämlich ein beträchtlicher Teil der von den Komponenten auf der Mischfläche zu durchfliessenden Wegstrecke für den eigentlichen Mischprozess verloren.
Ausserdem sind diese bekannten Mischvorrichtungen aufgrund ihrer komplizierten Konstruktion nur sehr umständlich sauber zu halten bzw. zu reinigen.
Aufgabe der Erfindung ist, die genannten Nachteile des bekannten Standes der Technik zu vermeiden und insbesondere eine Mischvorrichtung zu schaffen, welche bei kleinsten Abmessungen einen hohen Mischeffekt besitzt und gleichzeitig konstruktiv möglichst einfach ist, geringe Totvolumina hat und leicht zu reinigen ist. Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Aufbringmittel die einzelnen Komponenten vor oder zumindest unmittelbar bei deren Auftreffen auf der Mischfläche zusammenführen.
Durch das Zusammenführen der einzelnen Komponenten bereits vor oder unmittelbar beim Auftreffen auf die Mischfläche findet eine gewisse Vorvermischung statt, welche den eigentlichen Mischvorgang, bei welchem die zu vermischenden Komponenten aufgrund der Fliehkraftwirkung der Mischfläche entlang fliessen, günstig beeinflusst. Sofern die Komponenten nicht schon vor ihrem Auftreffen auf die Mischfläche zusammengeführt werden, ist von Bedeutung, dass sie möglichst auf demselben Niveau, also längs möglichst eng benachbarter Umfangskreise der rotationssymmetrischen Mischfläche auf diese aufgebracht werden. Auf diese Weise haben alle Komponenten einen gemeinsamen Fliessweg, was Voraussetzung für einen optimalen Mischeffekt und gleichzeitig geringstmögliche Abmessungen der Mischfläche bzw. des Rotors ist.
Nähere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In dieser zeigen:
Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Mischvorrichtung.
Fig. 2-7 verschiedene Ausbildungsmöglichkeiten für den Rotor und
Fig. 8-10 verschiedene Ausbildungsmöglichkeiten für die Mittel zum Aufbringen der Komponenten auf die Mischfläche im Schrägriss.
Gemäss Fig. 1 ist in einer Halterung 1 mittels zweier Kugellager 2 eine Trägerbüchse 3 drehbar gelagert. An ihrem unteren, aus der Halterung 1 herausragenden Ende ist mittels zweier Schrauben 4 ein hohler Rotor 5 befestigt, dessen Innenwand als darstellungsgemäss konische Mischfläche 6 ausgebildet ist. Quer durch den Rotor 5 erstreckt sich ein Stab 7, der als Verteilorgan dient. Anstelle des Stabs könnte auch ein Kreuz 7a, Stern 7b oder Teller 7c vorgesehen sein (Fig. 8-10).
Wesentlich ist nur, dass das senkrechte Durchfallen der zu vermischenden Komponenten verhindert wird.
In der Trägerbüchse sind zwei koaxiale Zuleitungsrohre 8 und 9 für die beiden zu vermischenden Komponenten angeordnet und münden in den Rotor 5. Der Antrieb des Rotors 5 erfolgt über einen nur schematisch dargestellten Elektromotor 10 und einen Riemen 11. Der Motor 10 und alle übrigen Teile der Mischvorrichtung können in einem ortsfesten Gestell angeordnet oder vorzugsweise zu einer tragbaren Einheit verbunden sein.
Im Betrieb werden die zu vermischenden Komponenten durch die Zuleitungen 8 und 9 in den laufenden Rotor 5 eingebracht und mittels des Verteilorgans 7 vorvermischt und gemeinsam auf den achsennahen Bereich der Mischfläche aufgebracht. Aufgrund der Zentrifugalkraft bildet sich ein gleichmässiger Flüssigkeitsfilm auf der Mischfläche, in welchem sich die beiden Komponenten innig vermischen. Am unteren Rand des Rotors bzw. der Mischfläche werden die vermischten Komponenten in Form von feinen Tröpfchen abgeschleudert und in einem Auffanggefäss 12 oder eventuell gleich in einer Giessform aufgefangen. Zur Vermeidung von Luftblasen kann man erforderlichenfalls auch unter Vakuum arbeiten.
In den Fig. 2-5 sind Abwandlungen des nach unten offenen Rotors dargestellt. Der Rotor 5a gemäss Fig. 2 besitzt eine etwa paraboloidische Mischfläche 6a. Beim Rotor 5b der Fig. 3 ist die Mischfläche 6b zunächst konisch und geht dann nach aussen in einen konvex gekrümmten Teil über. Die Mischfläche 6c des Rotors 5c in Fig. 4 besteht aus drei abgestuften konischen Abschnitten, während die Mischfläche 6d des Rotors 5d in Fig. 5 sich aus einem inneren konischen Teil und einem äusseren teil entsprechend Fig. 3 zusammensetzt, wobei der untere Rand 17 des inneren Teils kronenartig gezackt ist.
In den Fig. 6 und 7 sind Rotoren mit nach oben offenen Mischflächen dargestellt. Die Lagerung und der Antrieb dieser Rotoren ist der Einfachheit halber nicht dargestellt. Sie können im Prinzip ähnlich erfolgen wie beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1.
Der Rotor 15a der Fig. 6 besitzt eine mit Ausnahme des konvexen Randbereichs konkave Mischfläche 16a, die in der Mitte in einen Kegel 18 übergeht. Die Mischfläche 16b des Rotors 15b der Fig. 7 ist bis auf den Kegel 18 gleich ausgebildet wie die Mischfläche 6a der Fig. 2. Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 6 und 7 haben die Kegel 18 die Funktion des
Verteilorgans 7 in Fig. 1-5. Auch hier gelangen die einzelnen Komponenten bereits in vorvermischter Form auf die eigentliche Mischfläche.
Die Funktionsweise der Mischvorrichtung mit den nach oben offenen Rotoren ist gleich der mit den nach unten offenen. Bei genügend hoher Drehzahl fliessen die beiden in geeigneter Weise auf den zentralen Teil der Mischfläche aufgebrachten zu vermischenden Komponenten in einem dünnen Film unter inniger Durchmischung längs der Mischfläche nach aussen bzw. oben und werden dann von deren Rand abgeschleudert.
Die geometrische Form der Mischflächen bzw. Rotoren ist nicht sehr kritisch. In der Praxis haben sich aber Mischflächen entsprechend Fig. 1, 2, 3, 6 und 7 am besten bewährt. Je nach Krümmung der Mischflächen lassen sich verschiedene Schichtdicken des Flüssigkeitsfilms erzielen und somit die Vermischungsgrade in bestimmten Grenzen variieren. Die Drehzahl des Rotors hängt natürlich von der Viskosität der zu vermischenden Komponenten ab und kann etwa zwischen 500 und 6000 UpM variieren. Die obere Viskositätsgrenze liegt etwa bei
15 000 cP.
Der Durchsatz einer erfindungsgemässen Mischvorrichtung ist sehr hoch und liegt, bezogen auf den Durchmesser des Rands der Mischfläche. bei etwa maximal 0,5 Liter pro cm und Minute.
Die besonderen Vorteile der erfindungsgemässen Mischvorrichtung sind einfache Konstruktion, praktisch keine Toträume, einfache Reinigung, lageunabhängige Arbeitsweise, grosser Viskositätsbereich, grosser Durchsatz, druckloser Betrieb und Eignung auch für füllstoffhaltige Komponenten. Insbesondere eignet sich die erfindungsgemässe Mischvorrichtung auch zur Erzeugung von Kunststoffschäumen. Durch die bei der intensiven Vermischung in fein verteilter Form in die Kunststoffkomponenten eingeschlossene Luft bewirkt nämlich eine Nukleierung und damit eine gleichmässigere und intensivere Schaumbildung.
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PATENT CLAIMS
1. Device for mixing at least two particularly viscous components, with a motor-driven rotor with a coaxial, essentially funnel-shaped mixing surface and with means for applying the components to be mixed to the area of the mixing surface closer to the axis of rotation, characterized in that the application means bring the individual components together before or at least immediately when they strike the mixing surface.
2. Device according to claim 1, characterized in that the application means have a rod-shaped, cross-shaped, star-shaped or plate-shaped distributing element which rotates with the rotor.
3. Device according to claim 1, characterized in that the application means comprise a substantially conical convex area in the center of the mixing surface.
4. Device according to one of claims 1-3, characterized in that the mixing surface is substantially concave.
5. The device according to claim 4, characterized in that the mixing surface is convexly curved in the vicinity of its edge.
The invention relates to a device for mixing at least two particularly viscous components, with a motor-driven rotor with a coaxial, essentially funnel-shaped mixing surface and with means for applying the components to be mixed to the area of the mixing surface closer to the axis of rotation.
Mixing devices of this type are known, for example, from French patent application no. 2,249,719. In these known devices, the components to be mixed are each applied on their own to a separate centrifugal plate which rotates coaxially with the mixing surface and is guided by this in separate centrifugal planes onto the mixing surface. This type of application of the components to be mixed onto the rotating mixing surface is structurally complex and is also disadvantageous with regard to the desired mixing effect. As a result of the separate application in centrifugal planes that are axially offset from one another, a considerable part of the path to be traversed by the components on the mixing surface is lost for the actual mixing process.
In addition, because of their complicated construction, these known mixing devices can only be kept clean or cleaned with great difficulty.
The object of the invention is to avoid the mentioned disadvantages of the known prior art and in particular to create a mixing device which has a high mixing effect with the smallest dimensions and at the same time is structurally as simple as possible, has small dead volumes and is easy to clean. According to the invention, this object is achieved in that the application means bring the individual components together before or at least immediately when they strike the mixing surface.
By bringing the individual components together before or immediately when they hit the mixing surface, a certain premixing takes place, which has a beneficial effect on the actual mixing process, in which the components to be mixed flow along the mixing surface due to the centrifugal force. If the components are not brought together before they hit the mixing surface, it is important that they are applied to the mixing surface at the same level as possible, that is, along circumferential circles of the rotationally symmetrical mixing surface that are as closely spaced as possible. In this way, all components have a common flow path, which is a prerequisite for an optimal mixing effect and at the same time the smallest possible dimensions of the mixing surface or the rotor.
Further details of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments in conjunction with the drawing. In this show:
1 shows an axial section through an exemplary embodiment of the mixing device.
Fig. 2-7 different training options for the rotor and
Fig. 8-10 different training options for the means for applying the components to the mixing surface in the oblique view.
According to FIG. 1, a carrier sleeve 3 is rotatably mounted in a holder 1 by means of two ball bearings 2. At its lower end protruding from the holder 1, a hollow rotor 5 is fastened by means of two screws 4, the inner wall of which is designed as a conical mixing surface 6 as shown. A rod 7, which serves as a distribution element, extends transversely through the rotor 5. Instead of the rod, a cross 7a, star 7b or plate 7c could also be provided (FIGS. 8-10).
It is only essential that the components to be mixed are prevented from falling through vertically.
Two coaxial feed pipes 8 and 9 for the two components to be mixed are arranged in the carrier bushing and open into the rotor 5. The rotor 5 is driven by an electric motor 10 and a belt 11, which is only shown schematically. The motor 10 and all other parts of the Mixing devices can be arranged in a stationary frame or preferably connected to form a portable unit.
During operation, the components to be mixed are introduced into the running rotor 5 through the supply lines 8 and 9 and are premixed by means of the distributor element 7 and applied together to the area of the mixing surface near the axis. Due to the centrifugal force, a uniform film of liquid forms on the mixing surface, in which the two components mix intimately. At the lower edge of the rotor or the mixing surface, the mixed components are thrown off in the form of fine droplets and collected in a collecting vessel 12 or possibly in a casting mold. If necessary, it is also possible to work under vacuum to avoid air bubbles.
In FIGS. 2-5, modifications of the downwardly open rotor are shown. The rotor 5a according to FIG. 2 has an approximately parabolic mixing surface 6a. In the rotor 5b of FIG. 3, the mixing surface 6b is initially conical and then merges outwardly into a convexly curved part. The mixing surface 6c of the rotor 5c in Fig. 4 consists of three stepped conical sections, while the mixing surface 6d of the rotor 5d in Fig. 5 is composed of an inner conical part and an outer part according to FIG. 3, the lower edge 17 of the inner part is jagged like a crown.
In Figs. 6 and 7 rotors are shown with upwardly open mixing surfaces. The storage and the drive of these rotors is not shown for the sake of simplicity. In principle, they can be carried out in a similar way to the embodiment according to FIG.
The rotor 15a of FIG. 6 has a mixing surface 16a which is concave with the exception of the convex edge region and which merges into a cone 18 in the center. The mixing surface 16b of the rotor 15b of FIG. 7 is designed the same as the mixing surface 6a of FIG. 2 except for the cone 18. In the exemplary embodiments of FIGS. 6 and 7, the cones 18 have the function of
Distributor 7 in Fig. 1-5. Here, too, the individual components arrive in a premixed form on the actual mixing surface.
The functioning of the mixing device with the rotors open at the top is the same as that with the rotors open at the bottom. At a sufficiently high speed, the two components to be mixed, applied in a suitable manner to the central part of the mixing surface, flow in a thin film with thorough mixing along the mixing surface to the outside or top and are then thrown off from the edge.
The geometric shape of the mixing surfaces or rotors is not very critical. In practice, however, mixing surfaces according to FIGS. 1, 2, 3, 6 and 7 have proven to be best. Depending on the curvature of the mixing surfaces, different layer thicknesses of the liquid film can be achieved and thus the degree of mixing can be varied within certain limits. The speed of rotation of the rotor naturally depends on the viscosity of the components to be mixed and can vary between approximately 500 and 6000 rpm. The upper viscosity limit is around
15,000 cps.
The throughput of a mixing device according to the invention is very high and is based on the diameter of the edge of the mixing surface. at a maximum of 0.5 liters per cm per minute.
The particular advantages of the mixing device according to the invention are simple construction, practically no dead spaces, simple cleaning, position-independent mode of operation, large viscosity range, large throughput, pressureless operation and suitability also for components containing fillers. In particular, the mixing device according to the invention is also suitable for producing plastic foams. The air enclosed in finely divided form in the plastic components during intensive mixing causes nucleation and thus more even and more intensive foam formation.