CH699958A1

CH699958A1 - Statischer Mischer.

Info

Publication number: CH699958A1
Application number: CH01855/08A
Authority: CH
Inventors: Rochus Stoeckli; Wilhelm A Keller
Original assignee: Medmix Systems Ag
Priority date: 2008-11-27
Filing date: 2008-11-27
Publication date: 2010-05-31
Also published as: WO2010060225A1; EP2349548B1; EP2349548A1; US8936391B2; US20110228631A1; JP2012509761A

Abstract

Der statische Mischer weist einen Anschlussbereich und ein Mischergehäuse auf, in welchem Mischelemente in Fliessrichtung gesehen in einer Folge derart angeordnet sind, dass sie jeweils um einen Winkel gegeneinander versetzt sind, und derart ausgebildet sind, dass sie beim Mischen eine alternierend gerichtete Drehwirkung auf das zu mischende Material ausüben. Ein Mischelement (5A, 5B) weist zwei in Sektoren (7, 8; 20) unterteilte Querwände (6, 19) auf, wobei die erste Querwand (6) von einer zum Einlass gerichteten Einlauf-Trennwand (9, 91, 92) getrennte Sektoren (7, 8) und eine zum Auslass gerichtete Trennwand (18) aufweist, wobei der Übergang zwischen den Sektoren und der Trennwand (18) je eine Abrisskante (16, 17) bildet, die Trennwand in einem Winkel zur Einlauf-Trennwand versetzt angeordnet ist und die zweite, in Sektoren (20) unterteilte Querwand (19) eine zum Auslass gerichtete Auslauf-Trennwand (24) aufweist. Ein solcher Mischer erlaubt eine effizientere Durchmischung insbesondere von sehr schnell reagierenden Komponenten und ist auch für kleine, in der Medizin verwendete Dimensionen geeignet.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen statischen Mischer, mit einem Mischergehäuse, einem Anschlussbereich und im Mischergehäuse angeordneten Mischelementen, gemäss dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ein solcher Mischer ist aus der US 5 944 419 bekannt.

[0002] In der Medizin sowie in der Technik werden immer mehr Klebstoffe angewandt, bei denen es sich um schwer zu mischende Flüssigkeiten und/oder besonders um sehr schnell reagierende Komponenten handelt, bei denen sich zwischen den Komponenten sofort eine Zwischenschicht oder -haut bildet.

[0003] Es ist von dem oben genannten Stand der Technik ausgehend Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Mischer zu schaffen, dessen Mischelemente eine effizientere Durchmischung auch von sehr schnell reagierenden Komponenten gewährleistet und. für kleine, in der Medizin verwendete Dimensionen geeignet ist. Diese Aufgabe wird mit dem Mischer gemäss Patentanspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

[0004] Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
<tb>Fig. 1<sep>zeigt in perspektivischer und teilweise geschnittener Sicht ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Mischers,

<tb>Fig. 2<sep>zeigt schematisch und in einer Ausschnitts-Vergrösserung zwei Mischelemente des Mischers von Fig. 1,

<tb>Fig. 3<sep>zeigt schematisch den schrittweisen Mischvorgang,

<tb>Fig. 4-6 <sep>zeigen vereinzelte Schritte des Mischvorgangs, und die

<tb>Fig. 7<sep>zeigt schematisch die Versetzungswinkel der in Fig. 2 gezeigten Mischelemente, insbesondere den Versetzungswinkel zwischen den Mischelementen und jeweilige Versetzungswinkel zwischen einzelnen Trennwänden bzw. Querwänden eines Mischelements.

[0005] Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemässen Mischer 1 mit dem Anschlussbereich 2, dem Mischergehäuse 3 mit Auslass 4 sowie die Gesamtheit der Mischelemente 5. Der Anschlussbereich kann irgendwie gestaltet sein, d. h. es kann sich um einen Teil eines Bajonettanschlusses, Steckanschlusses oder eines Schraubanschlusses handeln.

[0006] In Fig. 2 sind zwei Mischelemente 5A und 5B eingezeichnet, die in einem nicht gezeichneten Gehäuse angeordnet sind. Die Fliessrichtung wird mit dem Pfeil F angegeben. Ein Mischelement weist, in Fliessrichtung gesehen, eine erste Querwand 6 auf, die im vorliegenden Fall in zwei Sektoren 7 und 8 aufgeteilt ist, wobei die Sektoren in diesem Beispiel einander gegenüberliegen und je einen Winkel von 90[deg.] umfassen. Die beiden Sektoren sind durch eine zweiteilige zum Einlass gerichtete Einlauf-Trennwand 9 getrennt, deren Profil eine Dreiecksform aufweist, durch die eine Hälfte 91 der Einlauf-Trennwand 9 derart angeordnet ist, dass eine Seite 10 etwa senkrecht zum entsprechenden Sektor 7 abfällt und die andere Seite 11 abgeschrägt zur Öffnung 12 zwischen den beiden Sektoren abfällt.

Sinngemäss ist die andere Teiltrennwand 92 punktsymmetrisch dazu angeordnet, wobei die senkrechte Seite 13 auf den Sektor 8 fällt und die abgeschrägte Seite 14 gegen die Öffnung 15 abfällt. Durch die beiden freien Kanten 16 und 17 der Sektoren 7 und 8 sind Abrisskanten für ein durchströmendes Material gebildet.

[0007] Die beiden Abrisskanten 16 und 17 münden in eine zum Auslass gerichtete Trennwand 18, die an den beiden freien Enden je eine Abschrägung 18A, 18B aufweist und der sich die zweite Querwand 19 anschliesst, die ebenfalls in zwei Sektoren 20 und 21 unterteilt ist, wobei Sektor 21 in Fig. 2 nicht sichtbar ist. Die beiden freien Kanten 22 und 23 der Sektoren 20 und 21 sind ebenfalls Abrisskanten, wobei Abrisskante 23 in Fig. 2nicht sichtbar ist. Die beiden Abrisskanten 22 und 23 münden in die zum Auslass gerichtete Auslauf-Trennwand 24.

[0008] Das zweite Mischelement 5B ist im Wesentlichen aus entsprechenden Einzelkomponenten wie das erste Mischelement 5A zusammengesetzt, mit einer jeweiligen Seitenverkehrung dieser Einzelkomponenten bezüglich einer Ebene, die senkrecht durch das Zentrum der jeweiligen Einlauf-Trennwand 9, 9 der Mischelemente 5A, 5B verläuft. Dies bedeutet, dass die an dem Mischelement 5B entsprechend vorhandenen Teiltrennwände 91, 92 der Einlauf-Trennwand 9 derart seitenvertauscht angeordnet sind, dass die jeweils abgeschrägten Seiten der Einlauf-Trennwand 9 des Mischelements 5B in die jeweils entgegengesetzte Orientierungsrichtung weisen als die entsprechenden abgeschrägten Seiten der Einlauf-Trennwand 9 an dem Mischelement 5A.

Bezüglich dieser seitlich vertauschten und somit entgegengesetzt ausgerichteten schrägen Seitenflächen der Einlauf-Trennwand 9 sind andere Einzelkomponenten des Mischelements 5B entsprechend wie an dem Mischelement 5A angeordnet, insbesondere die Sektoren 7 (nicht gezeigt) und 8 der Querwand 6 und die Sektoren 20 und 21<T> der zweiten Querwand 19. Andere Einzelkomponenten des Mischelements 5B, die in ihrer Funktionsweise den voranstehend beschriebenen Einzelkomponenten des Mischelements 5A direkt entsprechen, die in der vorliegenden Beschreibung jedoch nicht explizit erwähnt sind, sind in den Figuren in analoger Weise durch ein entsprechendes Bezugszeichen und einem anschliessenden Strichsymbol "" gekennzeichnet.

In bevorzugter Ausführung dieser Seitenverkehrung aufeinanderfolgender Mischelemente 5A, 5B, gemäss dem vorliegenden Beispiel, ist das Mischelement 5B im Wesentlichen spiegelverkehrt zu dem Mischelement 5A ausgebildet, bezüglich einer Spiegelebene, die senkrecht durch das Zentrum der Einlauf-Trennwand 9 des Mischelements 5A verläuft. Dies beinhaltet insbesondere eine spiegelbildliche Ausbildung der betreffenden Einzelkomponenten an den einzelnen Mischelementen 5A, 5B.

[0009] Weiterhin ist das zweite Mischelement 5B drehversetzt zu dem ersten Mischelement 5A angeordnet, so dass im vorliegenden Ausführungsbeispiel die jeweiligen Einlauf-Trennwände 9, 9 im Wesentlichen zueinander senkrecht ausgerichtet sind und die jeweiligen Sektoren 7, 7 bzw. 8, 8 bzw. 20, 20 bzw. 21, 21 bezüglich der Fliessrichtung F miteinander zur Deckung kommen.

[0010] Die Drehversetzung der/Mischelemente 5A und 5B ist in Fig. 7 genauer ersichtlich, die der Darstellung der Mischelemente 5A und 5B in Fig. 2 entspricht, wobei Winkel angegeben sind, anhand welchen die anguläre Versetzung voranstehend beschriebener Einzelteile hervorgeht. Darin ist gezeigt, dass die Trennwand 18 gegenüber der Einlauf-Trennwand 9 um einen Winkel [alpha], hier = 90[deg.], und die zweite Querwand 19 mit den Sektoren 20 und 21 (nicht gezeigt) gegenüber der ersten Querwand 6 um einen Winkel [beta], hier = 90[deg.], versetzt ist. Aus Fig. 7 ist ferner ersichtlich, dass das zweite Mischelement 5B ebenfalls um einen Winkel [gamma], hier = 90[deg.], gegenüber dem ersten Mischelement 5A versetzt ist.

[0011] Durch die beschriebene versetzte Anordnung der jeweiligen Einzelkomponenten der Mischelemente 5A, 5B wird erfindungsgemäss eine Drehwirkung auf das durchströmende Material ausgeübt, welche im Wesentlichen der Erzeugung eines angulären Dralls in dem Material entspricht. Durch die beschriebene spiegelverkehrte Ausbildung der Mischelemente 5A, 5B ist die Drehwirkung jeweils eines Mischelementes 5B auf das durchströmende Material im Vergleich zu dem vorhergehenden Mischelement 5A alternierend gerichtet. Durch diese Umkehrung der auf das durchströmende Material übertragenen Drehrichtung an jeweils zwei aufeinander folgenden Mischelementen 5A, 5B erfolgt eine besonders wirkungsvolle Durchmischung desselben. Die Auslass-Trennwand 24 ist parallel zur Einlass-Trennwand 9 angeordnet, könnte aber auch einen Versetzungswinkel aufweisen.

[0012] Zusätzlich wird eine effektvolle Durchmischung einerseits durch die Verwendung von zwei Querwänden sowie der Abrisskanten 16, 17 und 22, 23 erreicht, die eine Abscherung und Verwirbelung verursachen. Andererseits wird eine effektvolle Durchmischung durch die Verengungen 25 und 26 bewirkt, die sich entlang der Trennwand 18 an den jeweiligen Übergängen zwischen dem Flächenabschnitt mit der Abrisskante 16, 17 und dem Flächenabschnitt unterhalb der Sektoren 20, 21 ergeben und durch die eine anguläre Kanalisierung der Materialströmung hervorgerufen wird.

[0013] Der Mischvorgang wird im Folgenden anhand der Fig. 3, 4bis 6erläutert. Der Einfachheit halber werden die zu mischenden Komponenten, die flüssig oder pastös sein können und durch die Mischereinlässe zum Mischelement gelangen, als "Material" bezeichnet. Die Schritte 1 bis 5 werden anhand Mischelement 5A und die Schritte 6 bis 10 anhand Mischelement 5B erläutert. Aus den Figuren geht hervor, dass das Material im zweiten Mischelement 5B im entgegengesetzten Drehsinn zum ersten Mischelement fliesst, wobei die Austrittskante ebenfalls versetzt zur Austrittskante des vorhergehenden Elementes angeordnet ist, in diesem Beispiel um 90[deg.].

[0014] Beim Auftreffen des Materials auf das erste Mischelement wird es durch die Trennwand 9 in zwei Teilströme geteilt, s. Schritt 1. Als Nächstes verengt die erste Querwand 6 den Querschnitt auf je einen Viertel der gesamten Querschnittsfläche. Daraufhin gelangen die Teilströme zur Abrisskante 16 bzw. 17, wobei diese Abrisskanten eine Verwirbelung der Strömung verursachen, s. Schritt 2. Bei Schritt 3 wird das Material wieder auf den halben Durchmesser verteilt und fliesst durch eine Querschnittsverengung 25 zwischen der Unterkante von Sektor 12 und der nächsten Abrisskante 23, bevor es gemäss Schritt 4 auf die zweite Querwand 19 trifft.

Von dieser Querwand abgelenkt, fliesst das Material über die Abrisskanten 22 und 23 und Verengung 26 und verteilt sich in Schritt 5 wieder über den halben Durchmesser bevor es auf die erste Trennwand 9 bzw. 91 und 92 vom nächsten Mischelement 5B trifft.

[0015] Die nächsten Schritte 6 bis 10 sind analog den Schritten 1 bis 5 mit dem Unterschied, dass die Trenn- und Abrisskanten des nächsten Mischelements 5B um 90[deg.] versetzt gegenüber denjenigen des vorhergehenden Mischelementes 5A angeordnet sind. Durch die gegenseitig seitenverkehrte Ausbildung der Mischelemente 5A, 5B ist nun gewährleistet, dass die Drallwirkung dieses Mischelements und der resultierende Drehsinn auf das zu mischende Material gegenüber dem vorhergehenden Mischelement in die entgegengesetzte Richtung weist. Weil das zweite Mischelement um 90[deg.] versetzt zur Auslass-Trennwand des ersten Mischelementes steht, fliessen im zweiten Mischelement vier Teilströme des ursprünglichen Mediums. Somit werden neu vier Teilströme miteinander vermischt. Im folgenden Mischelement ergibt dies 8 Teilströme usw.

Durch die Verwirbelungen vermischen sich die Teilströme sehr schnell und es entsteht ein homogen gemischtes Material.- Je nach Material reichen in der Regel 6 bis 20 Mischelemente aus.

[0016] Ausgehend von diesem Ausführungsbeispiel sind Änderungen und Erweiterungen der Ausgestaltung der Mischelemente möglich. So können die Querwände anstatt in zwei auch in drei in einem Winkel von 120[deg.] zueinander angeordnete Sektoren unterteilt sein, oder auch in vier symmetrisch angeordnete Sektoren. Auch können die Querwände anders als senkrecht zur Längserstreckung des Mischers angeordnet sein und einen Winkel [alpha] von 20[deg.]-90[deg.] zur Mittelachse aufweisen, wobei einzelne Querwände verschiedene Winkel aufweisen können. Dies trifft auch sinngemäss für die Trennwände zu, die nicht notwendigerweise parallel zur Längsmittelachse angeordnet sein müssen, und einen Winkel [beta] von 20-90[deg.] damit einschliessen können. Desgleichen kann der Verdrehungswinkel [gamma] zwischen den einzelnen Mischelementen einen Wert von 1[deg.]-179[deg.] aufweisen.

[0017] Im Ausführungsbeispiel wurde von einem zylinderförmigen Mischergehäuse ausgegangen, doch können auch rechteckige oder quadratische Mischergehäuse vorgesehen sein, denen sich die äussere Form der Mischelemente anpasst.

Claims

1. Statischer Mischer, mit einem Mischergehäuse, einem Anschlussbereich und im Mischergehäuse angeordneten Mischelementen, wobei die Mischelemente in Fliessrichtung gesehen in einer Folge-derart angeordnet sind, dass sie jeweils um einen Winkel ([gamma]) gegeneinander versetzt sind und ein Mischelement mindestens eine Querwand aufweist, die in Sektoren aufgeteilt ist, die durch eine zum Einlass gerichtete Trennwand getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mischelement (5A, 5B) zwei in Sektoren (7, 8;

20, 21) unterteilte Querwände (6, 6, 19, 19) aufweist, wobei die erste Querwand (6, 6) durch eine zum Einlass gerichtete Einlauf-Trennwand (9, 9) getrennte Sektoren (7, 7, 8, 8) und eine zum Auslass gerichtete Trennwand (18) aufweist, wobei der Übergang zwischen den Sektoren und der Trennwand (18) je eine Abrisskante (16, 17) bildet, wobei die Trennwand (18) in einem Winkel ([alpha]) zur Einlauf-Trennwand (9, 9) versetzt angeordnet ist, wobei die zweite, in Sektoren (20, 21) unterteilte Querwand (19) eine zum Auslass gerichtete Auslauf-Trennwand (24) aufweist und gegenüber der ersten Querwand um einen Winkel ([beta]) versetzt ist und wobei die aufeinander folgenden Mischelemente (5A, 5B, 5N) derart ausgebildet sind, dass sie beim Mischen eine alternierend gerichtete Drehwirkung auf das zu mischende Material ausüben.

2. Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich beim Übergang von der Fläche mit der Abrisskante (16, 17; 22, 23) zur unterhalb der Sektoren (7, 8; 20, 21) angeordneten Fläche der Trennwände (9, 24) eine Verengung (25, 26) ergibt.

3. Mischer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlauf-Trennwand (9, 9) in je eine Teil-Trennwand (91, 92, 91, 92) vor einem Sektor (7, 8, 7, 8) der ersten Querwand (6, 6) unterteilt ist und einen dreieckigen Querschnitt aufweist, wobei eine Seite (10) senkrecht zum Sektor (7, 8, 7, 8) und die andere Seite abgeschrägt ausgebildet ist.

4. Mischer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Teil-Trennwände (91, 92, 91, 92) an mindestens zwei aufeinanderfolgenden Mischelementen (5A, 5B) zueinander seitenverkehrt vorgesehen sind, so dass einander entsprechende abgeschrägte Seiten der jeweiligen Einlauf-Trennwand (9, 9) an den aufeinanderfolgenden Mischelementen (5A, 5B) jeweils entgegengesetzt ausgerichtet sind.

5. Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens zwei aufeinanderfolgenden Mischelementen (5A, 5B) einander entsprechende Teile (7, 7, 8, 8, 20, 20, 21, 21, 91, 91, 92, 92) im Wesentlichen zueinander seitenverkehrt vorgesehen sind, bezüglich einer Ebene, die senkrecht durch das Zentrum der jeweiligen Einlauf-Trennwand (9, 9) der Mischelemente (5A, 5B) verläuft.

6. Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkel ([alpha], [beta]) einen Bereich von 20[deg.] bis 160[deg.] und der Winkel (y) einen Bereich von 1[deg.] bis 179[deg.] aufweisen.

7. Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkel ([alpha], [beta], [gamma]) jeweils 90[deg.] betragen.

8. Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwände (9, 9, 18, 24) jeweils parallel zur Längsmittellinie des Mischers verlaufen und die Querwände (6, 19) senkrecht dazu angeordnet sind.

9. Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Querwände (6, 19) je zwei Sektoren (7, 8; 20, 21) umfassen, die je einen Öffnungswinkel von 90[deg.] aufweisen.

10. Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Querwände je drei Sektoren umfassen, die je einen Öffnungswinkel von 60[deg.] aufweisen.

11. Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlauf-Trennwand (9, 91, 92) parallel zur Auslauf-Trennwand (24) angeordnet ist.