DE102012103848A1

DE102012103848A1 - Mischvorrichtung

Info

Publication number: DE102012103848A1
Application number: DE201210103848
Authority: DE
Inventors: Lutz Telljohann; David Trinkner; Andreas Ihme; Frank Twiehaus; Frank Hasselmann; Holger Hoffmann; Lars Pockehr; Udo Lepper
Original assignee: Windmoeller and Hoelscher KG
Current assignee: Windmoeller and Hoelscher KG
Priority date: 2012-05-02
Filing date: 2012-05-02
Publication date: 2013-11-07
Also published as: EP2844481B1; ES2609099T3; WO2013164349A3; US20150103619A1; EP2844481A2; US10058831B2; WO2013164349A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung (10) für das Mischen eines Fluids in einem Behälter (110), insbesondere eines Fluidsystems (100), aufweisend eine Fluidzufuhr (20) und wenigstens einen Auslassarm (30) mit einer Auslassöffnung (32), wobei die Fluidzufuhr (20) mit dem wenigstens einen Auslassarm (30) fluidkommunizierend verbunden ist. Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Auslassöffnung (32) für einen Auslass des Fluids mit einer Auslassrichtung (A) ausgerichtet ist, um das Fluid im Behälter (110) wenigstens abschnittsweise in Rotation zu versetzen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung für das Mischen eines Fluids in einem Behälter, insbesondere eines Fluidsystems, ein Fluidsystem, insbesondere für Farben in einer Druckmaschine, sowie ein Verfahren für das Mischen eines Fluids in einem Behälter, insbesondere eines Fluidsystems.
Mischvorrichtungen für das Mischen eines Fluids in einem Behälter sind grundsätzlich bekannt. Sie werden insbesondere bei Fluidsystemen, zum Beispiel für Farben in einer Druckmaschine, eingesetzt. Dabei wird, zum Beispiel bei einer Druckmaschine, ein rotierbarer Rührer vorgesehen, welcher mit Hilfe einer angetriebenen Antriebsachse für eine Durchmischung eines Fluids im Behälter sorgt. Hierfür ist ein separater Antrieb für diese Rührvorrichtung notwendig. Zum Beispiel bei der Verwendung von Farben in Druckmaschinen ist ein Verrühren zwingend notwendig, um Scherkräfte in das Fluid einzubringen.
Insbesondere bei Farben, welche thixotrope Eigenschaften aufweisen, wird erst durch das Einbringen der Scherkräfte mit Hilfe bekannter Rührorgane eine Reduktion der Viskosität erreicht. Erst durch die Reduktion der Viskosität kann ein Verarbeiten beziehungsweise ein Pumpen der Farbe erfolgen. Ein weiterer Grund für die Notwendigkeit des Durchmischens des Fluids ist das Vorsehen von Fluidmischungen. So sind beispielsweise Additive in dem Fluid, insbesondere in der Farbe, vorgesehen, welche möglichst homogen verteilt sein sollen. Solche Additive können Wachse für eine verbesserte Oberflächenstruktur, Farbkorrekturen in Form von pigmenthaltigen Zusatzfluiden oder Lösungsmittel sein. Je homogener die Verteilung im Fluid im Behälter stattfindet, umso homogener wird sich über den Verlauf eines Druckverfahrens auch das Druckbild in einer Druckmaschine darstellen.
Es ist nachteilhaft bei bekannten Mischvorrichtungen, dass ein hoher konstruktiver Aufwand notwendig ist, um die Durchmischung zu gewährleisten. So sind separate Rührvorrichtungen beziehungsweise Rührwerke erforderlich, um die Durchmischung zu erzielen. Dies erfordert zusätzlich Antriebe, zum Beispiel in Form eines elektrischen Motors. Auch muss eine Rotationslagerung für die entsprechende Antriebswelle eines Rührwerkes vorgesehen sein. Da insbesondere bei Behältern für Fluidsysteme einer Druckmaschine eine leichte Reinigbarkeit gegeben sein soll, stellen solche rotierenden Elemente einen hohen Reinigungsaufwand dar. Darüber hinaus benötigt ein Antrieb für ein solches Rührwerk beziehungsweise das Rührwerk selbst zusätzlichen Bauraum, welcher für andere Nutzungsmöglichkeiten in einer entsprechenden Maschine verloren geht. Nicht zuletzt erhöht das Vorsehen eines zusätzlichen Antriebs sowie eines zusätzlichen Rührwerks auch den Kostenaufwand bei der Herstellung eines solchen Fluidsystem beziehungsweise einer solchen Mischvorrichtung.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Mischvorrichtung für das Mischen eines Fluids in einem Behälter, ein Fluidsystem sowie ein Verfahren für das Mischen eines Fluids in einem Behälter zur Verfügung zu stellen, welche in kostengünstiger und einfacher Weise eine Durchmischung des Fluids in dem Behälter in möglichst homogener Weise erlauben.
Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Mischvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Fluidsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Fluidsystem und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
Eine erfindungsgemäße Mischvorrichtung dient dem Mischen eines Fluids in einem Behälter, insbesondere eines Fluidsystems. Die Mischvorrichtung weist eine Fluidzufuhr und wenigstens einen Auslassarm mit einer Auslassöffnung auf. Dabei ist die Fluidzufuhr mit dem wenigstens einen Auslassarm fluidkommunizierend verbunden. Eine erfindungsgemäße Mischvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Auslassöffnung für einen Auslass des Fluids in einer Auslassrichtung ausgerichtet ist, um das Fluid im Behälter wenigstens abschnittsweise in Rotation zu versetzen. Die Rotation des Fluids im Behälter ist als rotatorische Bewegung einzelner Fluidvolumina im Behälter ausgebildet. Es handelt sich insbesondere um eine von dem abgegebenen Fluid angestoßene Zwangskonvektion. Dabei erfolgt eine Durchmischung beziehungsweise ein Verwirbeln der einzelnen Fluidvolumina untereinander, ohne dass rotierende Bauteile notwendig sind. Eine erfindungsgemäße Mischvorrichtung macht es sich vorzugsweise zunutze, dass bei entsprechendem Einsatz für ein Fluidsystem häufig ein Umwälzen beziehungsweise ein Kreislauf für das Fluid vorgesehen ist. Wird die Mischvorrichtung zum Beispiel für das Fluidsystem einer Druckmaschine eingesetzt, so erfolgt ein Absaugen des Fluids aus diesem als Lagercontainer ausgebildeten Behälter zur Druckmaschine hin. Gleichzeitig erfolgt ein Rücktransport überschüssigen Fluids in den Behälter zurück. So entsteht ein Kreislauf während des Betriebs des Fluidsystems. Dieser Kreislauf wird nun zusätzlich verwendet, um das Durchmischen des Fluids sicherzustellen. Dabei wird auf zusätzliche Komponenten wie Rührwerke verzichtet. Erfindungsgemäß ist eine Fluidzufuhr vorgesehen, welche von zum Beispiel einer Pumpvorrichtung eines Kreislaufs für das Fluid, die Fluidzusammensetzung zugeführt bekommt. Die Fluidzufuhr ist dabei zum Beispiel rohrartig beziehungsweise als Rohrleitung ausgebildet. Im freien Querschnitt im Inneren der Fluidzufuhr kann das Fluid in Richtung der Auslassarme beziehungsweise in Richtung der Auslassöffnungen fließen.
Es ist wenigstens ein Auslassarm vorgesehen, welcher fluidkommunizierend mit der Fluidzufuhr verbunden ist. Das bedeutet, dass das Fluid aus der Fluidzufuhr durch den Auslassarm zur Auslassöffnung gelangen kann beziehungsweise gepumpt wird. Dabei erstreckt sich der Auslassarm vorzugsweise zumindest abschnittsweise radial oder im Wesentlichen radial von der Fluidzufuhr weg. Die Fluidzufuhr ist insbesondere senkrecht in Tiefenrichtung des Behälters angeordnet, so dass eine Förderung des Fluids auf den Behälterboden zu durchgeführt wird. Der Auslassarm dient somit vorzugsweise zur Förderung quer zur Tiefenrichtung des Behälters, so dass es auf die Behälterwandung zu gefördert wird. Die Auslassöffnung mit einer Auslassrichtung in erfindungsgemäßer Weise dient dazu, dass das Fluid im Behälter wenigstens abschnittsweise in Rotation versetzt wird.
Bei einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung kann auf zusätzliche Rührwerke verzichtet werden, da das Fluid im Behälter selbst für seine eigene Durchmischung sorgt. Dies beruht auf der Tatsache, dass es in erfindungsgemäßer Weise in Rotation versetzt wird. Bei der Rotation eines Fluids durchmischt sich dasselbe. Insbesondere handelt es sich bei der Rotation um eine Zwangskonvektion des Fluids im Behälter, welche durch ausgelassenes Fluid aus den Auslassöffnungen der Auslassarme angeschoben beziehungsweise angestoßen wird.
Die Rotation des Fluids im Behälter ist im Wesentlichen oder genau symmetrisch ausgebildet, so dass eine zumindest abschnittsweise durchgängige und gleichmäßige Durchmischung des Fluids im Behälter stattfindet.
Eine erfindungsgemäße Mischvorrichtung kann sowohl im Dauerbetrieb bei einer Druckmaschine eines Fluidsystems eingesetzt werden, als auch für die Vorkonditionierung vor dem Einsatz des Fluidsystems in Form einer Druckmaschine. Entscheidend ist, dass eine Relativbewegung einzelner Volumenelemente des Fluids im Behälter durch den Auslass des Fluids mit einer erfindungsgemäßen Auslassrichtung aus den Auslassöffnungen erzeugt wird.
Die Auslassrichtung ist vorzugsweise zumindest abschnittsweise in Umfangsrichtung oder im Wesentlichen in Umfangsrichtung des Behälters gerichtet. Dies ist insbesondere auf im Wesentlichen zylindrische Behälter bezogen. So ist bei einem zylindrischen Behälter die Umfangsrichtung entlang von Tangenten an eine Kreislinie angeordnet. Radial nach innen versetzt liegt eine entsprechende innere Kreislinie, in deren Richtung zumindest teilweise die Auslassrichtung des Fluids an der Auslassöffnung gerichtet ist. Dementsprechend erfolgt vorzugsweise ein tangentialer Auslass entlang dieser inneren Umfangslinie, so dass sich eine Rotation des Fluids im Behälter ausbildet, welche im Wesentlichen entlang beziehungsweise parallel zur Außenwandung des zylindrischen Behälters verläuft.
Bei einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung ist der wenigstens eine Auslassarm beziehungsweise insbesondere die Auslassöffnung des wenigstens einen Auslassarms unterhalb des Fluidspiegels innerhalb des Behälters angeordnet. Handelt es sich um einen Lagerbehälter, der über den Verlauf des Betriebes des Fluidsystems langsam entleert wird, so ist die Auslassöffnung vorzugsweise in Tiefenrichtung besonders nahe bei dem Boden des Behälters angeordnet, um auch beim Absinken des Flüssigkeitsspiegels des Fluids im Behälter eine erfindungsgemäße Wirkungsweise der Mischvorrichtung möglichst lange beibehalten zu können.
Erfindungsgemäß können, wie später noch erläutert werden wird, unterschiedliche Winkel definiert werden, um die Auslassrichtung genau einzustellen. Dabei wird insbesondere vermieden, dass ein Winkel zur benachbarten Behälterwandung des Behälters zur Auslassvorrichtung vorgegeben wird, welcher bei 90° liegt. Vielmehr wird dieser Winkel vorzugsweise kleiner als 90°, insbesondere kleiner als 85° gewählt.
Unter einem Fluid ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Farbe beziehungsweise eine Farbzusammensetzung zu verstehen. Eine solche Farbzusammensetzung kann hauptsächlich flüssige Bestandteile, jedoch auch feste Bestandteile, wie zum Beispiel Pigmente, enthalten. Selbstverständlich kann bei einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung das Fluid auch ein fließfähiger Feststoff beziehungsweise ein fluidisierbares Pulver sein.
Durch die Rotation, welche mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung im Fluid im Behälter erzeugt wird, wird neben der Durchmischung auch ein Absetzen von Feststoffen beziehungsweise Ablagerungen am Boden des Behälters verhindert. Handelt es sich bei dem Fluid um eine Farbe oder eine Farbzusammensetzung kann auf diese Weise das Ausbilden eines Bodensatzes beziehungsweise eines Farbschlammes am Boden vermieden werden.
Es ist weiter darauf hinzuweisen, dass die Mischvorrichtung in erfindungsgemäßer Weise eine zweite Funktion erfüllen kann, nämlich das notwendige Rückführen von überschüssigem Fluid aus einem Fluidsystem. So kann eine erfindungsgemäße Mischvorrichtung durch diese Doppelfunktion das Vermischen als Funktion zur Verfügung stellen, ohne zusätzliche Einbauten, zum Beispiel in Form von Rührwerken, notwendig zu machen.
Um ausreichende Volumenströme, zum Beispiel im Bereich von circa 18 l/min durch die Fluidzufuhr gewährleisten zu können, sind vorzugsweise Auslassquerschnitte beziehungsweise freie Strömungsquerschnitte der Auslassarme/Auslassöffnungen im Bereich zwischen circa 2 mm und circa 10 mm, vorzugsweise im Bereich von circa 6 mm +/–2 mm einsetzbar.
Bei der Fluidzufuhr und/oder bei dem wenigstens einen Auslassarm handelt es sich vorzugsweise um starre Bauelemente in Relation zueinander beziehungsweise in Relation zum Behälter. Insbesondere ist die Mischvorrichtung derart ausgebildet, dass sie rotationsfest am Behälter anordenbar ist.
Es kann von Vorteil sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung der wenigstens eine Auslassarm sich zumindest abschnittsweise senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu der Fluidzufuhr erstreckt. Handelt es sich insgesamt um eine im Wesentlichen zylindrische Ausbildung des Behälters, so ist der Auslassarm vorzugsweise radial oder im Wesentlichen radial von der Fluidzufuhr weggerichtet. Dementsprechend bildet sich für die Auslassrichtung eine Annäherung an eine Umfangsrichtung aus, welche parallel zur Umfangsrichtung des Behälters ausgerichtet ist.
Vorteilhaft ist es weiter, wenn bei einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung der wenigstens eine Auslassarm zumindest abschnittsweise gekrümmt ausgebildet ist. So kann das Fluid radial von der Fluidzufuhr nach außen geführt werden, und dort durch die Krümmung in die gewünschte Auslassrichtung gerichtet werden. Insbesondere bei einer Fluidzufuhr, die parallel und/oder koaxial zur Behälterachse des Behälters ausgerichtet ist, ist diese Ausbildung vorteilhaft. Die Krümmung kann sowohl entlang einer Kurve als auch spitzwinklig erfolgen. Insbesondere bei einer Ausbildung mit einer Vielzahl von Auslassarmen sind sämtliche Auslassarme in die gleiche Richtung gekrümmt. So kann spinnenartig beziehungsweise spiralförmig eine Ausbildung der Auslassarme vorgesehen sein, die ein kontinuierliches Anschieben der Rotation des Fluids im Behälter ermöglicht. Gleichzeitig sind die Auslassarme vorzugsweise mit einem Außenquerschnitt versehen, welcher möglichst geringen Einfluss auf die umgebende Strömung mit sich bringt. Vorzugsweise ist der Außenquerschnitt der einzelnen Auslassarme rund. Ein solcher Querschnitt ist darüber hinaus besonders leicht zu reinigen.
Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung die Auslassöffnung ausgerichtet ist für die Auslassrichtung des Fluids mit einem Vertikalwinkel und/oder einem Horizontalwinkel, wobei der Vertikalwinkel und/oder der Horizontalwinkel kleiner als 90°, insbesondere kleiner als circa 85° sind. Bei diesen Winkeln handelt es sich um explizite Winkelangaben, welche eine Einstellung der Auslassrichtung ermöglichen können. So wird durch den Horizontalwinkel ein Winkel bezeichnet, welcher sich im Wesentlichen in einer horizontalen Ebene bezogen auf den Behälter erstreckt. Beim Vertikalwinkel handelt es sich vorzugsweise um einen Winkel, welcher sich in einer Ebene erstreckt, die parallel zur Behälterachse ausgebildet ist. Damit können zwei Winkel vorgesehen sein, die eine Ausprägung von kleiner als 90° aufweisen, so dass eine Auslassrichtung genau auf den Behälterboden beziehungsweise genau auf die Behälterwandung zu vermieden wird. Alle anderen Winkelausrichtungen der Auslassrichtungen sind erfindungsgemäß möglich, so dass eine Rotation des Fluids im Behälter angestoßen wird. Im Normalfall werden häufig besonders kleine Winkel einsetzbar sein, um eine besonders effiziente Erzeugung der Rotation des Fluids im Behälter zur Verfügung stellen zu können. So werden Vertikalwinkel und/oder Horizontalwinkel vorzugsweise in dem Bereich von kleiner als circa 60°, bevorzugt in einem Bereich von kleiner als circa 45°, insbesondere bevorzugt in einem Bereich von 0° bis circa 30° ausgebildet sein. Das Anstellen in Vertikalrichtung kann dazu führen, dass Toträume im Bereich des Bodens des Behälters besser ausgespült werden. Je nach Ausrichtung der einzelnen Auslassrichtung können entsprechende Rotationsveränderungen des Fluids im Behälter durchgeführt werden, so dass eine explizite Einstellung der Fluiddynamik innerhalb des Behälters erfolgt. Selbstverständlich können die Auslassrichtungen einzelner Auslassarme bei einer Vielzahl von Auslassarmen einer Mischvorrichtung unterschiedlich ausgebildet sein, so dass auch komplexe Fluidströmungen in definierter Weise erzeugt werden können.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung wenigstens zwei Auslassarme vorgesehen sind, die für Auslassrichtungen des Fluids entlang eines gemeinsamen Umfangs ausgerichtet sind. Somit bilden die Auslassrichtungen eine Kreislinie, entlang derer sich die Hauptrotation des Fluids im Behälter ausbildet. Die Anzahl der Auslassarme kann zum Beispiel bei 2, 3, 4, 5, 6 oder auch mehr Auslassarmen liegen. Diese einzelnen Auslassarme können gleichmäßig oder ungleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sein. Die Anzahl der Arme ist vorzugsweise an die Größe des zugehörigen Behälters angepasst, so dass bei kleinen Behältern eine geringere Anzahl von Auslassarmen und bei großen Behältern eine größere Anzahl von Auslassarmen vorgesehen sein kann. Dabei ist die Größe hauptsächlich auf den Innendurchmesser des Behälters zu verstehen, so dass bei großen Innendurchmessern ein regelmäßiges Anschieben der Rotation des Fluids im Behälter durch eine entsprechende Mehrzahl von Auslassarmen und Auslassöffnungen erfolgen kann. Sind eine Mehrzahl von Auslassarmen vorgesehen, so können Verstrebungen zwischen den einzelnen Armen und/oder zur Fluidzufuhr zur Stabilisierung der Auslassarme und der Fluidzufuhr verwendet werden.
Die einzelnen Arme sind vorzugsweise symmetrisch verteilt, so dass eine erleichterte Herstellung möglich wird. Die einzelnen Auslassarme können als Standardteil produziert und anschließend zur erfindungsgemäßen Mischvorrichtung kombiniert werden. Die Auslassarme können zum Beispiel aus Metall, insbesondere aus Stahl gefertigt sein, und an der Fluidzufuhr angebracht, insbesondere angeschweißt werden.
Ebenfalls vorteilhaft kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung wenigstens zwei Auslassarme vorgesehen sind, welche regelmäßig oder im Wesentlichen regelmäßig um die Fluidzufuhr verteilt sind. Die regelmäßige Umfangsverteilung führt dazu, dass der Produktionsaufwand weiter verringert wird. Darüber hinaus erfolgt auf diese Weise eine besonders regelmäßige Einflussnahme auf die sich ausbildende Rotationsströmung des Fluids im Behälter. Es erfolgt also insbesondere ein regelmäßiges Anschieben des Fluids, so dass sich eine regelmäßige und kontinuierliche Rotation des Fluids im Behälter ausbilden kann.
Vorteilhaft ist es weiter, wenn bei einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung wenigstens zwei Auslassarme vorgesehen sind, welche sich zumindest abschnittsweise in einer gemeinsamen Ebene erstrecken. Auch dies reduziert den Aufwand bei der Fertigung. Insbesondere handelt es sich um eine scheibenartige Ausbildung der Auslassarme, so dass eine besonders geringe unerwünschte Einflussnahme in Form von Strömungsstörung durch die Auslassarme selbst mit einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung erzielt werden kann.
Vorteilhaft kann es auch sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung die Fluidzufuhr ausgebildet ist, um sich in dem Behälter entlang oder parallel zu der Behälterachse, insbesondere bis in die untere Hälfte des Behälters, zu erstrecken. Vorzugsweise die Erstreckung in die untere Hälfte des Behälters führt dazu, dass auch bei einer kontinuierlichen Abnahme des Fluidspiegels innerhalb des Behälters eine erfindungsgemäße Rotation des Fluids im Behälter ermöglicht wird. Insbesondere die Erstreckung entlang oder parallel zur Behälterachse führt dazu, dass über die Fluidzufuhr gleichzeitig die Lagerung der Auslassarme in der gewünschten Höhe im Behälter erfolgt. Insbesondere die Rotation der unteren Hälfte des Fluids im Behälter führt dazu, dass im Bereich der Absaugung in einem Pumpensumpf im Behälter die gewünschte Durchmischung hinsichtlich einer Viskositätsverteilung beziehungsweise einer Durchmischung einzelner Zusammensetzungsbestandteile des Fluids erfolgt.
Ein weiterer Vorteil wird dadurch erzielt, dass die Fluidzufuhr im Bereich der Verbindung zu dem wenigstens einen Auslassarm zumindest eine Zusatzöffnung aufweist, um Toträume in diesem Bereich zu vermeiden. Diese zumindest eine Zusatzöffnung kann hinsichtlich ihrer Auslassrichtung in jede beliebige Richtung gerichtet sein, also insbesondere radial, tangential oder axial mit Bezug auf die Ausrichtung der Fluidzufuhr und/oder die Behälterachse. Auf diese Weise können im Anschlussbereich zwischen dem wenigstens einen Auslassarm und der Fluidzufuhr möglicherweise entstehende Toträume mit wenig oder keiner Bewegung des Fluids vermieden beziehungsweise verringert werden. Zum Beispiel kann die Fluidzufuhr an ihrem unteren Ende einen Abschluss, vorzugsweise in Form eines Deckels, aufweisen, welcher mit dieser zumindest einen Zusatzöffnung ausgestattet ist. Auch eine Ausbildung der zumindest einen Zusatzöffnung oberhalb des Anschlusses an den wenigstens einen Auslassarm ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar, so dass auch oberhalb des Anschlussbereichs die Gefahr eines sich ausbildenden Totraums vermieden werden kann. Mit anderen Worten kann auf diese Weise eine zusätzliche Verwirbelung des Fluids stattfinden, wodurch die Qualität der Vermischung des Fluids in erfindungsgemäßer Weise noch weiter verbessert wird.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Fluidsystem, insbesondere für Farben in einer Druckmaschine, aufweisend zumindest einen Behälter für die Bevorratung eines Fluids. Weiter sind eine Vorlaufpumpe und eine Rücklaufpumpe für die Förderung des Fluids vorgesehen. Ebenfalls vorgesehen sind ein Fluidempfänger, insbesondere eine Druckwalze, und eine Fluidwanne für das Bereitstellen und/oder Auffangen des Fluids für und/oder von dem Fluidempfänger. Dabei ist die Vorlaufpumpe ausgebildet für eine Förderung des Fluids aus dem Behälter zu dem Fluidempfänger und die Rücklaufpumpe ausgebildet für eine Förderung des Fluids aus der Fluidwanne zurück in den Behälter. Ein erfindungsgemäßes Fluidsystem zeichnet sich dadurch aus, dass eine Mischvorrichtung mit den Merkmalen gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, wobei die Fluidzufuhr der Mischvorrichtung mit der Druckseite der Rücklaufpumpe fluidkommunizierend verbunden ist. Ein erfindungsgemäßes Fluidsystem kann zum Beispiel für eine Druckmaschine eingesetzt werden, und dient dazu einen Farbkreislauf aufrecht zu erhalten. So wird in dem Behälter Farbe bevorratet, welche über die Vorlaufpumpe zum Beispiel zu einer Druckwalze der Druckmaschine gefördert wird. Die von einer Rakel abgeschiedene, überschüssige Farbe wird in einer Fluidwanne aufgefangen und von der Rücklaufpumpe zurück in den Behälter gefördert. Diese grundsätzliche Funktionalität des Farbkreislaufes wird erfindungsgemäß nun zusätzlich für die Durchmischung der Farbe innerhalb des Fluids verwendet. So wird die Farbe in Form eines Fluids durch die Fluidzufuhr der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung für das Ausbilden der Rotation des Fluids im Behälter gefördert. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Mischvorrichtung bringt ein erfindungsgemäßes Fluidsystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Mischvorrichtung erläutert worden sind. Die Ansaugung über die Vorlaufpumpe erfolgt vorzugsweise in einem Pumpensumpf am Boden oder in der Nähe des Bodens des Behälters.
Unter einer Druckwalze im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine Walze zu verstehen, welche als Farbübertragungswalze ausgebildet ist. Sie dient dazu, das Fluid in Form einer Farbe als letzte Walze auf das zu bedruckende Medium zu übertragen.
Ein erfindungsgemäßes Fluidsystem kann dahingehend weitergebildet werden, dass die Druckseite der Vorlaufpumpe über einen Bypass mit der Saugseite der Rücklaufpumpe fluidkommunizierend verbunden ist. Dieser Bypass ermöglicht es, auch unabhängig von einem großen Kreislauf über den Fluidempfänger, insbesondere in Form einer Druckwalze, eine Durchmischung in erfindungsgemäßer Weise zu ermöglichen. So kann eine Vorkonditionierung durchgeführt werden, ohne dass das gesamte Fluidsystem mit dem Fluidempfänger, also die gesamte Druckmaschine, angeschaltet werden muss. Wird ein Behälter neu befüllt, so kann vor dem Start des Druckvorgangs über den Bypass über die Vorlaufpumpe und die Rücklaufpumpe eine kleiner Kreislauf gewährleistet werden, welcher eine Vordurchmischung durch das Ausbilden einer Rotation des Fluids im Behälter mit einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung ermöglicht. Dabei sind vorzugsweise zumindest drei Ventile vorgesehen, welche als Vorlaufventil nach dem Anschluss an den Bypass und nach der Vorlaufpumpe, als Rücklaufventil nach dem Anschluss an die Rücklaufpumpe und dem Bypass und als Bypassventil im Bypass angeordnet sind.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Fluidsystem die Auslassöffnung des wenigstens einen Auslassarms zwischen circa 20% und circa 80% des radialen Abstandes zwischen der Fluidzufuhr und der umgebenden Wandung des Behälters angeordnet ist. Je weiter außen die Auslassöffnung des Auslassarmes angeordnet ist, umso höher ist die Einflussnahme auf die Rotation des Fluids im Behälter, da der Hebel zur Rotationsachse im Behälter größer wird. Umso größer ist vorzugsweise auch der Volumenstrom, um den entsprechenden Hebelarm und die damit zusammengehörige Kraft für die Rotation des Fluids im Behälter zu überwinden.
Ebenfalls von Vorteil kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Fluidsystem die Mischvorrichtung rotationsfest zum Behälter angeordnet ist. Dabei können zum Beispiel Flanschanschlüsse verwendet werden, wie sie bei bekannten Behältern für die Rückführung überschüssigen Fluids bereits bekannt sind. Eine erfindungsgemäße Mischvorrichtung kann somit bei einem bereits bekannten Fluidsystem auch nachgerüstet werden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren für das Mischen eines Fluids in einem Behälter, insbesondere eines Fluidsystems, mit einer Mischvorrichtung. Ein solches erfindungsgemäßes Verfahren weist zumindest den folgenden Schritt auf:

– Einbringen von Fluid aus einer Auslassöffnung wenigstens eines Auslassarmes in den Behälter mit einer Auslassrichtung, die ausgerichtet ist, um das Fluid im Behälter zumindest abschnittsweise in Rotation zu versetzen.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist vorzugsweise dahingehend weitergebildet, dass es für das Mischen eines Fluids mit einem erfindungsgemäßen Fluidsystem ausgebildet ist. Damit bringt ein erfindungsgemäßes Verfahren die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Fluidsystem beziehungsweise mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Mischvorrichtung erläutert worden sind.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren für ein Vorkonvektionieren des Fluids im Behälter Luft, insbesondere stoßweise, aus der Auslassöffnung des wenigstens einen Auslassarmes in den Behälter eingebracht wird. Ist beispielsweise im Fluidsystem eine Fluidwanne vorgesehen, so kann aus dieser leergesaugten Fluidwanne Luft angesaugt werden, wobei diese Luftansaugung über entsprechende Ventile geöffnet und geschlossen werden kann. So kann vorzugsweise stoßweise die Luft durch die Auslassöffnung des Auslassarmes abwechselnd mit Fluid ausgestoßen werden. Während das Fluid aus den Auslassöffnungen die Rotation des Fluids im Behälter anstößt, wird die Luft während der Rotation des Fluids im Behälter innerhalb dieses Fluids aufsteigen. Durch das Aufsteigen erfolgt eine zusätzliche Zwangskonvektion von Volumenelementen innerhalb des Fluids im Behälter in vertikaler Richtung nach oben, so dass eine zusätzliche Durchmischungsrichtung erzielt wird. Die getaktete stoßweise Einbringung von Luft kann vorzugsweise zwischen circa 2 Sekunden und circa 10 Sekunden liegen.
Die vorliegende Erfindung wird näher erläutert anhand der beigefügten Zeichnungsfiguren. Die dabei verwendeten Begrifflichkeiten „links”, „rechts”, „oben” und „unten” beziehen sich auf eine Ausrichtung der Zeichnungsfiguren mit normal lesbaren Bezugszeichen. Es zeigen schematisch:
1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fluidsystems,
2 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fluidsystems,
3 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung,
4 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung und
5 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung.
In 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fluidsystems 100 dargestellt. Dabei handelt es sich vorzugsweise um einen Teil einer Druckmaschine. So ist ein Fluidempfänger 140 vorgesehen, welcher zum Beispiel als Druckwalze beziehungsweise Rasterwalze einer Druckmaschine, insbesondere einer Flexodruckmaschine beziehungsweise einer Rotationsdruckmaschine, ausgebildet ist. Über eine Vorlaufpumpe 120 wird aus einem Behälter 110 Fluid, insbesondere eine Farbzusammensetzung, zum Fluidempfänger 140 gefördert. Über eine nicht dargestellte Abzugsvorrichtung in Form einer Rakel wird überschüssiges Fluid von dem Fluidempfänger 140 abgezogen, und in einer Fluidwanne 150 aufgesammelt. Über die Rücklaufpumpe 130 wird das aufgefangene Fluid aus der Fluidwanne 150 in den Behälter 110 rückgeführt. Dabei handelt es sich um den normalen Fluidkreislauf beziehungsweise den Arbeitskreislauf des Fluids.
Bei dem Fluidsystem 100 gemäß 1 ist die Gesamtausbildung, wie auch die Ausbildung einer Mischvorrichtung 10 in erfindungsgemäßer Weise erfolgt. So ist die Mischvorrichtung 10 mit einer Fluidzufuhr 20 versehen, welche in fluidkommunizierender Weise mit einer Mehrzahl von Auslassarmen 30 verbunden ist. Jeder dieser Auslassarme 30 ist mit einer Auslassöffnung 32 versehen, welche eine Auslassrichtung A aufweist (in 1 nicht dargestellt), um das Fluid im Behälter 110 in Rotation zu versetzen. Damit wird der nachfolgend beschriebene Kreislauf in einem erfindungsgemäßen Fluidsystem 100 möglich.
Zu Beginn eines Druckverfahrens wird der Fluidempfänger 140 mit Farbe versorgt. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die Vorlaufpumpe 120 in Betrieb genommen wird, und auf der Saugseite 122 einen Unterdruck am Pumpensumpf 170 erzeugt. Das Fluid wird also am Pumpensumpf 170 durch die Vorlaufpumpe 120 angesaugt, und in Richtung der Druckseite 124 zum Fluidempfänger 140 gefördert. Dort erfolgt der Druckvorgang. Überschüssiges Fluid beziehungsweise überschüssige Farbe wird in der Fluidwanne 150 aufgefangen und von der Rücklaufpumpe 130 über die Saugseite 132 abgesaugt. Über die Druckseite 134, welche in fluidkommunizierender Verbindung mit der Fluidzufuhr 20 steht, wird die Farbe beziehungsweise das Fluid in die Mischvorrichtung 10 eingebracht und dort über die Auslassarme 30 radial nach außen verteilt. Der Auslass erfolgt über die Auslassöffnungen 32, so dass das Fluid innerhalb des Behälters 110 in Rotation versetzt wird. Die gesamte Mischvorrichtung, insbesondere die Auslassarme 30, sind rotationsfest relativ zum Behälter 110 angeordnet. Durch die Rotation des Fluids im Behälter 110 erfolgt ein Durchmischen des Fluids, so dass bei einer Farbzusammensetzung mit thixotropen Eigenschaften die Viskosität durch das Einbringen dieser Scherkräfte reduziert wird. Zusätzliche Einbauten wie zum Beispiel Rührwerke sind nicht erforderlich.
Neben der Durchführung des Druckverfahrens selbst und einer entsprechenden erfindungsgemäßen Durchmischung kann auch ein Vorkonditionieren unabhängig von einer Beaufschlagung des Fluidempfängers 140 mit Fluid erfolgen. Hierfür sind drei Ventile 120a, 130a und 160a vorgesehen. Für das Vorkonditionieren, zum Beispiel nach Befüllung des Behälters 110 mit Fluid und vor Start eines Druckvorgangs werden die Ventile 120a (Vorlaufventil) und 130a (Rücklaufventil) geschlossen und ein Bypassventil 160a geöffnet. Die beiden Pumpen 120 und 130 ermöglichen somit einen kleineren Kreislauf, welcher einen Umlauf des Fluids unabhängig von dem Fluidempfänger 140 ermöglicht. Damit kann ein erfindungsgemäßes Durchmischen als Vorkonditionierung stattfinden. Wird bei diesem Vorkonditionieren zusätzlich, zum Beispiel stoßweise, das Rücklaufventil 130a geöffnet, so wird Luft aus der leeren Fluidwanne 150 angesaugt. Dieses stoßweise Ansaugen kann zum Beispiel mit einer Taktung von circa 2 Sekunden bis circa 10 Sekunden erfolgen, so dass stoßweise neben Fluid auch Luftpakete aus den Auslassöffnungen 32 der Auslassarme 30 abgegeben werden. Diese Luftpakete steigen in vertikaler Richtung nach oben auf und sorgen somit zusätzlich auch für eine vertikale Durchmischung.
Weiter ist die Mischvorrichtung 10 der 1 derart ausgebildet, dass der untere Abschluss der Fluidzufuhr 20 mit einer Zusatzöffnung 22 versehen ist. Diese ist insbesondere in mit einer Auslassrichtung entlang der Behälterachse 114 ausgerichtet, so dass sich eventuell ausbildende Toträume unterhalb dieses Anschlussbereichs zwischen der Fluidzufuhr 20 und den Anschlussarmen 30 vermieden beziehungsweise verringert werden.
In 2 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fluidsystems 100 dargestellt. Die Anschlüsse dienen dem fluidkommunizierenden Verbinden mit der Saugseite 122 der Vorlaufpumpe 120 und der Druckseite 134 der Rücklaufpumpe 130. Bei dieser Ausführungsform ist der Behälter 110 mit einem Behälterboden und einer Behälterwandung 112 ausgebildet, die insgesamt eine im Wesentlichen zylinderförmige Ausbildung des Behälters 110 mit sich bringen. Die einzelnen Auslassarme 30 sind mit Auslassrichtungen A für die Auslassöffnungen 32 versehen, welche durch die Krümmung der Auslassarme 30 im Wesentlichen tangential entlang eines gemeinsamen Umfangs U angeordnet sind. Darüber hinaus ist der Behälterboden des Behälters 110 an wenigstens einer Seite abgeschrägt, so dass ein Zuführen des Fluids in Richtung des Pumpensumpfes 170 erfolgt.
Die 3 und 4 zeigen eine weitere Ausführungsform erfindungsgemäßer Mischvorrichtungen 10. So ist in 3 eine Ausführungsform mit vier Auslassarmen 30 dargestellt, wobei die einzelnen Auslassöffnungen 32 jeweils eine Auslassrichtung A aufweisen, welche tangential beziehungsweise im Wesentlichen tangential zu einer gemeinsamen Umfangsrichtung U angeordnet sind. Dafür erstrecken sich alle Auslassarme 30 radial von der Fluidzufuhr 20 um den im Wesentlichen gleichen Betrag weg, so dass sich der gemeinsame Umfang U ergibt.
4 zeigt eine Ausführungsform der Mischvorrichtung 10, bei welcher zwei Auslassarme 30 vorgesehen sind. Auch diese weisen eine im Wesentlichen gleiche radiale Erstreckung auf, so dass sich ein gemeinsamer Umfang U ausbildet. Jedoch ist bei dieser Ausführungsform eine horizontale winklige Anstellung über einen Horizontalwinkel H der Auslassrichtungen A der beiden Auslassöffnungen 32 vorgesehen. Dieser Horizontalwinkel H liegt in der Ebene, welche durch die Auslassarme 30 aufgespannt wird, zwischen der Tangente T an die gemeinsame Umfangsrichtung U und der jeweiligen Auslassrichtung A.
In 5 ist eine Ausführungsform dargestellt, welche eine vertikale Anstellung mit einem Vertikalwinkel V aufweist. Mit Bezug auf 5 kann hier ein Vertikalwinkel V in ähnlicher Weise wie der Horizontalwinkel H definiert werden. So ist beispielsweise eine Tangentiale T an den gemeinsamen Umfang U vorgesehen, wobei ein Abkippen der Auslassrichtung A nach unten, also in vertikaler Richtung erfolgt. Hier ist auch gut zu erkennen, dass eine Ausbildung des Auslassarmes 30 mit im Wesentlichen rundem Außenquerschnitt sowie freiem runden Innenquerschnitt vorgesehen ist.

Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsform beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Bezugszeichenliste

10	Mischvorrichtung
20	Fluidzufuhr
22	Zusatzöffnung
30	Auslassarm
32	Auslassöffnung

100	Fluidsystem
110	Behälter
112	Wandung des Behälters
114	Behälterachse
120	Vorlaufpumpe
120a	Vorlaufventil
122	Saugseite der Vorlaufpumpe
124	Druckseite der Vorlaufpumpe
130	Rücklaufpumpe
130a	Rücklaufventil
132	Saugseite der Rücklaufpumpe
134	Druckseite der Rücklaufpumpe
140	Fluidempfänger
150	Fluidwanne
160	Bypass
160a	Bypassventil
170	Pumpensumpf

A	Auslassrichtung
V	Vertikalwinkel
H	Horizontalwinkel
U	Gemeinsamer Umfang
T	Tangente

Claims

Mischvorrichtung (10) für das Mischen eines Fluids in einem Behälter (110), insbesondere eines Fluidsystems (100), aufweisend eine Fluidzufuhr (20) und wenigstens einen Auslassarm (30) mit einer Auslassöffnung (32), wobei die Fluidzufuhr (20) mit dem wenigstens einen Auslassarm (30) fluidkommunizierend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (32) für einen Auslass des Fluids mit einer Auslassrichtung (A) ausgerichtet ist, um das Fluid im Behälter (110) wenigstens abschnittsweise in Rotation zu versetzen.
Mischvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der wenigstens eine Auslassarm (30) zumindest abschnittsweise senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu der Fluidzufuhr (20) erstreckt.
Mischvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Auslassarm (30) zumindest abschnittsweise gekrümmt ausgebildet ist.
Mischvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (32) ausgerichtet ist für die Auslassrichtung (A) des Fluids mit einem Vertikalwinkel (V) und/oder einem Horizontalwinkel (H), wobei der Vertikalwinkel (V) und/oder der Horizontalwinkel (H) kleiner als 90°, insbesondere kleiner als circa 85° sind.
Mischvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Auslassarme (30) vorgesehen sind, die für Auslassrichtungen (A) des Fluids entlang eines gemeinsamen Umfangs (U) ausgerichtet sind.
Mischvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Auslassarme (30) vorgesehen sind, welche regelmäßig oder im Wesentlichen regelmäßig um die Fluidzufuhr (20) verteilt sind.
Mischvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Auslassarme (30) vorgesehen sind, welche sich zumindest abschnittsweise in einer gemeinsamen Ebene erstrecken.
Mischvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidzufuhr (20) ausgebildet ist, um sich in dem Behälter (110) entlang oder parallel zu der Behälterachse (114), insbesondere bis in die untere Hälfte des Behälters (110), zu erstrecken.
Mischvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidzufuhr (20) im Bereich der Verbindung zu dem wenigstens einen Auslassarm (30) zumindest eine Zusatzöffnung (22) aufweist, um Toträume in diesem Bereich zu vermeiden.
Fluidsystem (100), insbesondere für Farben in einer Druckmaschine, aufweisend zumindest einen Behälter (110) für die Bevorratung eines Fluids, eine Vorlaufpumpe (120) und eine Rücklaufpumpe (130) für die Förderung des Fluids, einen Fluidempfänger (140), insbesondere eine Druckwalze, und eine Fluidwanne (150) für das Bereitstellen und/oder Auffangen des Fluids für und/oder von dem Fluidempfänger (140), wobei die Vorlaufpumpe (120) ausgebildet ist für eine Förderung des Fluids aus dem Behälter (110) zu dem Fluidempfänger (140) und die Rücklaufpumpe (130) ausgebildet ist für eine Förderung des Fluids aus der Fluidwanne (150) zurück in den Behälter (110), dadurch gekennzeichnet, dass eine Mischvorrichtung (10) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 9 vorgesehen ist, wobei die Fluidzufuhr (20) der Mischvorrichtung (10) mit der Druckseite (134) der Rücklaufpumpe (130) fluidkommunizierend verbunden ist.
Fluidsystem (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckseite (124) der Vorlaufpumpe (120) über einen Bypass (160) mit der Saugseite (132) der Rücklaufpumpe (130) fluidkommunizierend verbunden ist.
Fluidsystem (10) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (32) des wenigstens einen Auslassarms (30) zwischen circa 20% und circa 80% des radialen Abstandes zwischen der Fluidzufuhr (20) und der umgebenden Wandung (112) des Behälters (110) angeordnet ist.
Fluidsystem (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (10) rotationsfest zum Behälter (110) angeordnet ist.
Verfahren für das Mischen eines Fluids in einem Behälter (110), insbesondere eines Fluidsystems (100), mit einer Mischvorrichtung (10), aufweisend den folgenden Schritt: – Einbringen von Fluid aus einer Auslassöffnung (32) wenigstens eines Auslassarmes (30) in den Behälter (110) mit einer Auslassrichtung (A), die ausgerichtet ist, um das Fluid im Behälter (110) zumindest abschnittsweise in Rotation zu versetzen.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es für das Mischen eines Fluids bei einem Fluidsystem (100) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 10 bis 13 ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass für ein Vorkonditionieren des Fluids im Behälter (110) Luft, insbesondere stoßweise, aus der Auslassöffnung (32) des wenigstens einen Auslassarmes (30) in den Behälter (110) eingebracht wird.