DE102015105247B4

DE102015105247B4 - Mischvorrichtung mit integrierter Förderpumpe

Info

Publication number: DE102015105247B4
Application number: DE102015105247.4A
Authority: DE
Inventors: Uwe Grimm; Philipp Gysler; Jörg Gassenschmidt
Original assignee: IKA Werke GmbH and Co KG
Current assignee: IKA Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2015-02-04
Filing date: 2015-04-07
Publication date: 2018-02-01
Anticipated expiration: 2035-04-08
Also published as: DE112015006108A5; US10780406B2; ES2926340T3; SI3253480T1; ES2834613T3; EP3505230B1; CN107438477A; DE102015105247A1; BR112017015869A2; PL3253480T3; CN107438477B; JP2018510054A; MX2017009692A; BR112017015869B1; EP3505230A1; EP3253480A1; EP3253480B1; US20180264419A1; CA2975776A1; DK3253480T3

Abstract

Mischvorrichtung (1) zum Vermischen von pulver- und/oder körnigen Partikeln oder dergleichem rieselfähigen Feststoff mit wenigstens einer Flüssigkeit, die Mischvorrichtung umfassend: einen Zufuhrschacht (5) für den Feststoff; einen Einlass (17) für die Flüssigkeit; wenigstens ein in einer Mischkammer (7) um eine Achse rotierbares Mischwerkzeug (8), wobei das Mischwerkzeug durch eine Rotor-Stator-Vorrichtung (9, 10) mit einem Rotorkranz (11) und einem Statorkranz gebildet ist; und einen Auslass (6) für das Gemisch; gekennzeichnet dadurch, dass der Zufuhrschacht (5) für den Feststoff direkt in die Mischkammer (7) mündet, und durch eine Förderpumpe (14), die zwischen dem Einlass (17) und dem Mischwerkzeug (8) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung mit integrierter Förderpumpe, und insbesondere eine Mischvorrichtung zum Vermischen von pulver- und/oder körnigen Partikeln oder dergleichem rieselfähigen Feststoff mit wenigstens einer Flüssigkeit, die Mischvorrichtung umfassend einen Zuführschacht für den Feststoff, einen Einlass für die Flüssigkeit, wenigstens ein in einer Mischkammer um eine Achse rotierbares Mischwerkzeug, wobei das Mischwerkzeug durch eine Rotor-Stator-Vorrichtung mit einem Rotorkranz und einem Statorkranz gebildet ist, und einen Auslass für das Gemisch.
Eine derartige Mischvorrichtung ist aus EP 2609999 A1 und DE 19629945 A1 bekannt und dient dazu, Feststoffe wie Pulver, Granulate und Schüttgüter in eine flüssige Vorlage einzuarbeiten. Feststoff und Flüssigkeit werden getrennt zugeführt. Im Betrieb wird durch Rotation des Mischwerkzeugs eine hochturbulente Zone erzeugt. Dabei entsteht ein Unterdruck, durch welchen der Feststoff und die Flüssigkeit in die Mischkammer eingesaugt werden.
Bei Flüssigkeiten mit hoher Viskosität besteht die Gefahr, dass die Saugwirkung nicht ausreicht, um den gewünschten Flüssigkeitsdurchsatz herzustellen. Bei hoher Viskosität verringern sich der Flüssigkeitsdurchsatz und damit die Saugwirkung im Zuführschacht für den Feststoff. Mit zunehmender Viskosität der Flüssigkeit verliert die Vorrichtung die Fähigkeit, Feststoffe einzusaugen. Dieses Problem kann durch den Anschluss einer externen Pumpe, z. B. eine Verdrängerpumpe, vermindert werden, welche externe Pumpe die Saugwirkung verstärkt und den Flüssigkeitsdurchsatz aufrechterhält. Diese Lösung ist jedoch konstruktiv aufwändig.
Es besteht deshalb die Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach und/oder kompakt konstruiert werden kann und dazu geeignet ist, auch Flüssigkeiten mit hoher Viskosität zu verarbeiten.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben.
Erfindungsgemäß ist eine Mischvorrichtung geschaffen zum Vermischen von pulver- und/oder körnigen Partikeln oder dergleichem rieselfähigen Feststoff mit wenigstens einer Flüssigkeit, die Mischvorrichtung umfassend einen Zufuhrschacht für den Feststoff, einen Einlass für die Flüssigkeit, wenigstens ein in einer Mischkammer um eine Achse rotierbares Mischwerkzeug, wobei das Mischwerkzeug durch eine Rotor-Stator-Vorrichtung mit einem Rotorkranz und einem Statorkranz gebildet ist, und einen Auslass für das Gemisch, wobei der Zufuhrschacht für den Feststoff direkt in die Mischkammer mündet, und wobei eine Förderpumpe zwischen dem Einlass und dem Mischwerkzeug angeordnet ist.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass durch die integrierte Förderpumpe ein gleichmäßiger, stabiler Flüssigkeitsdurchsatz erreicht werden kann, auch wenn Flüssigkeiten mit hoher oder steigender Viskosität verarbeitet werden. Dies ist insbesondere zweckmäßig, wenn die Vorrichtung über einen Rücklauf verfügt, d. h. wenn das Gemisch in den Flüssigkeitsbehälter zurückgeleitet und einer erneuten Verarbeitung zugeführt wird.
Insbesondere bleibt der Flüssigkeitsdurchsatz auch dann stabil, wenn die Zufuhr des Feststoffes freigegeben wird, z. B. durch Öffnen eines dafür vorgesehenen Ventils in dem Zufuhrschacht für den Feststoff. Im Gegensatz dazu kann es bei herkömmlichen Mischvorrichtungen zumindest vorübergehend zu einem „Zusammenbruch” der Saugwirkung und damit der Zufuhr der Flüssigkeit und/oder des Feststoffes kommen.
Die Erfindung sieht vor, dass die Förderpumpe zwischen dem Einlass und dem Mischwerkzeug angeordnet, also in Bezug auf die Förderrichtung des Feststoffes dem Mischwerkzeug vorgeordnet und dem Einlass nachgeordnet ist. Damit wird die Saugwirkung verbessert, ohne dass die Zufuhr von Feststoff in die Mischkammer behindert wird oder dies durch konstruktive Maßnahmen vermieden werden muss.
In einer Ausgestaltung ist der Auslass und/oder der Einlass horizontal oder seitlich und/oder der Zufuhrschacht vertikal und insbesondere zentral angeordnet. Der Auslass ist oberhalb des Einlasses angeordnet. Die Pumpe ist dabei in Förderrichtung der Flüssigkeit dem Einlass nach- und dem Auslass vorgeordnet.
In einer Ausgestaltung ist die Förderpumpe durch eine Kreiselpumpe mit einem Förderrad mit mehreren Förderflügeln, insbesondere vier oder acht vorzugsweise gekrümmten Förderflügeln gebildet. Eine solche Förderpumpe ist konstruktiv einfach zu realisieren, so dass bestehende Konstruktionen mit relativ geringem Aufwand aufgerüstet werden können.
In einer alternativen Ausgestaltung ist die Förderpumpe durch eine Rotor-Stator-Vorrichtung mit einem oder mehreren Rotor- und/oder Statorkränzen in konzentrischer Anordnung gebildet. Mit dieser Ausgestaltung werden mögliche Agglomerate im Gemisch zerkleinert und eine zusätzliche feine Dispergierung des Gemisches erreicht. Dies ist insbesondere der Fall, wenn das Gemisch rezirkuliert, d. h. dem Mischvorgang erneut zugeführt wird.
In einer Ausgestaltung sind die Förderflügel oder Rotor- und/oder Statorkränze auf der dem Mischwerkzeug abgewandten Seite der Förderpumpe angeordnet. Eine solche Anordnung hat eine besonders gute Saugwirkung.
In einer Ausgestaltung ist die Förderpumpe auf derselben Antriebswelle angeordnet wie das Mischwerkzeug. Somit wird für das Mischwerkzeug und die Förderpumpe nur ein einziger Antriebsmotor benötigt.
In einer Ausgestaltung mündet der Auslass in eine Auslassleitung, die in einen Behälter für die Flüssigkeit zurückführt, der über eine Zuführleitung mit der Flüssigkeitszufuhr verbunden ist. Dadurch ist es möglich, dass der Ausgangsstoff aus dem Behälter allmählich mehr und mehr mit dem Feststoff vermischt und immer wieder zurückbefördert wird, bis eine gewünschte Gesamtmischung hergestellt ist, die einen entsprechenden Grad an Homogenität und/oder Viskosität aufweist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Mischvorrichtung modular ausgestaltet, mit einem Mischmodul umfassend das Mischwerkzeug, einem Fördermodul umfassend die Förderpumpe, und einem Einlassmodul umfassend den Einlass, wobei das Fördermodul zwischen dem Mischmodul und dem Einlassmodul anordenbar ist, und das Einlassmodul direkt an dem Mischmodul anordenbar ist. Gemäß dieser Ausgestaltung ist es möglich, einzelne Module vorzusehen und miteinander zu verbinden oder wegzulassen. Beispielsweise kann die Förderpumpe für die Verarbeitung einer Flüssigkeit mit geringer Viskosität nicht benötigt werden. In diesem Fall ist es möglich, das Fördermodul zu entfernen und das Mischmodul direkt mit dem Einlassmodul zu verbinden. Soll mit Mischvorrichtung eine Flüssigkeit mit hoher Viskosität verarbeitet werden, kann das Fördermodul (nachträglich) hinzugefügt werden.
Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen in zum Teil schematisierter Darstellung:
1 eine Mischvorrichtung gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung im Querschnitt;
2 die Mischvorrichtung aus 1 ohne Fördermodul;
3 eine perspektivische Ansicht des Förderrades der Mischvorrichtung aus 1;
4 eine Draufsicht auf das Förderrad aus 3; und
5 eine Mischvorrichtung gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung im Querschnitt.
Die 1 zeigt eine Mischvorrichtung 1 nach einer Ausgestaltung der Erfindung. Die Mischvorrichtung ist modular aufgebaut und umfasst ein Mischmodul 2, ein Fördermodul 3 und ein Einlassmodul 4. Die Module 2, 3 und 4 sind miteinander verbunden, können aber voneinander gelöst und in anderer Weise miteinander verbunden werden. Die 2 zeigt eine Variante, bei der kein Fördermodul 3 vorgesehen und das Mischmodul 2 direkt mit dem Einlassmodul 4 verbunden ist.
Das Mischmodul 2 weist einen vertikalen zentralen Zufuhrschacht 5 zur Zufuhr eines Feststoffes sowie einen horizontalen seitlichen Auslass 6 für das Gemisch auf. Der Zufuhrschacht 5 und der Auslass 6 münden in eine Mischkammer 7, in der ein Mischwerkzeug 8 angeordnet ist, das durch eine Rotor-Stator-Vorrichtung 9, 10 mit einem Rotorkranz 11 und einem Statorkranz gebildet ist. Der Rotor 9 ist mit einer rotierenden Antriebswelle 12 verbunden, die durch einen Motor 13 angetrieben ist.
In dem an das Mischmodul 2 angeschlossenen Fördermodul 3 ist eine als Kreiselpumpe ausgestaltete Förderpumpe 14 mit einem Förderrad 15 und mehreren auf dem Förderrad 15 angeordneten Förderflügeln 16 vorgesehen. Die Förderflügel 16 sind auf der dem Mischmodul 2 abgewandten Seite des Förderrades 15 angeordnet. Das Förderrad 16 ist ebenso wie der Rotor mit der Antriebswelle 12 verbunden und wird durch Rotation der Antriebswelle 12 gedreht.
Das Einlassmodul 4 ist an das in Bildorientierung untere Ende des Fördermoduls 3 angeschlossen. Das Einlassmodul 4 umfasst einen horizontalen seitlichen Einlass 17 für die Flüssigkeit.
Der Einlass 17 ist mit einem nicht gezeigten Flüssigkeitsbehälter verbunden. Auch der Auslass 6 kann mit dem Flüssigkeitsbehälter verbunden sein, so dass ein geschlossener Kreislauf gebildet wird und das Gemisch in den Flüssigkeitsbehälter zurück gefördert und erneut dem Mischvorgang zugeführt werden kann.
Im Betrieb, d. h. bei Rotation des Rotors 9 und des Förderrades 15 wird der Feststoff durch den Zufuhrschacht 5 in die Mischkammer 7 eingesaugt. Insbesondere wird aufgrund der Partikelbeschleunigung durch den Rotor 9 in der Mischkammer 7 ein Unterdruck erzeugt, der ein Einsaugen von Pulvern oder Granulaten durch den Zufuhrschacht 5 bewirkt. Der Rotor 9 ist derart ausgestaltet und angeordnet, dass der Feststoff zunächst getrennt von der Flüssigkeit gefördert und erst in einem vorbestimmten Bereich mit hoher Turbulenz auf die Flüssigkeit trifft. Dabei wird der Feststoff innerhalb des Rotors 9 beschleunigt und aufgrund der Volumenvergrößerung zum Randbereich des Rotors 9 noch vor dem Eindispergieren in die Flüssigkeit fein verteilt. Die fein verteilten Feststoffteilchen treffen dann auf einen Flüssigkeitsmantel mit relativ großer Oberfläche, so dass diese agglomeratfrei in die Flüssigkeit eindispergiert werden.
Durch die Förderpumpe 14 wird eine zusätzliche Saugwirkung erzeugt, so dass sichergestellt wird, dass ausreichend Flüssigkeit und Feststoff in die Mischkammer 7 gelangen, auch wenn die Flüssigkeit eine hohe Viskosität hat oder deren Viskosität während des Mischvorganges zunimmt.
Die 3 und 4 zeigen das Förderrad 15 gemäß der in 1 dargestellten Ausgestaltung der Erfindung. Das Förderrad 15 weist acht Förderflügel 16 auf, die jeweils eine Krümmung aufweisen und sich von dem radial äußeren Rand des Förderrades in Richtung zu einer Nabe 18 erstrecken, wobei das radial innen liegende Ende der Förderflügel 16 von der Nabe 18 beabstandet ist.
Die 5 zeigt eine Mischvorrichtung 1 gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Die Ausgestaltung in 5 unterscheidet sich von der Ausgestaltung in 1 dadurch, dass die Förderpumpe 14 durch eine Rotor-/Statorvorrichtung mit einem Rotor 19 und einem Stator 20 gebildet ist. Der Rotor 19 umfasst mindestens einen Rotorkranz 21. Mit dieser Ausgestaltung wird eine besonders feine Dispergierung erreicht. Dies ist insbesondere der Fall, wenn das Gemisch rezirkuliert, d. h. dem Mischvorgang erneut zugeführt wird.
Bezugszeichenliste

1: Mischvorrichtung
2: Mischmodul
3: Fördermodul
4: Einlassmodul
5: Zufuhrschacht
6: Auslass
7: Mischkammer
8: Mischwerkzeug
9: Rotor
10: Stator
11: Rotorkranz
12: Antriebswelle
13: Motor
14: Förderpumpe
15: Förderrad
16: Förderflügel
17: Einlass
18: Nabe
19: Rotor
20: Stator
21: Rotorkranz

Claims

Mischvorrichtung (1) zum Vermischen von pulver- und/oder körnigen Partikeln oder dergleichem rieselfähigen Feststoff mit wenigstens einer Flüssigkeit, die Mischvorrichtung umfassend: einen Zufuhrschacht (5) für den Feststoff; einen Einlass (17) für die Flüssigkeit; wenigstens ein in einer Mischkammer (7) um eine Achse rotierbares Mischwerkzeug (8), wobei das Mischwerkzeug durch eine Rotor-Stator-Vorrichtung (9, 10) mit einem Rotorkranz (11) und einem Statorkranz gebildet ist; und einen Auslass (6) für das Gemisch; gekennzeichnet dadurch, dass der Zufuhrschacht (5) für den Feststoff direkt in die Mischkammer (7) mündet, und durch eine Förderpumpe (14), die zwischen dem Einlass (17) und dem Mischwerkzeug (8) angeordnet ist.
Mischvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Auslass (6) und/oder der Einlass (17) horizontal oder seitlich und/oder der Zufuhrschacht (5) vertikal und insbesondere zentral angeordnet ist.
Mischvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Förderpumpe (14) in Bezug auf die Förderrichtung des Feststoffes oberhalb des Einlasses (17) angeordnet ist.
Mischvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Förderpumpe (14) durch eine Kreiselpumpe mit einem Förderrad (15) mit mehreren Förderflügeln (16), insbesondere vier oder acht vorzugsweise gebogenen Förderflügeln gebildet ist.
Mischvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Förderpumpe (14) durch eine Rotor-Stator-Vorrichtung (19, 20) mit einem oder mehreren Rotor- und/oder Statorkränzen (21) in konzentrischer Anordnung gebildet ist.
Mischvorrichtung (1) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Förderflügel (16) oder Rotor- und/oder Statorkränze (21) auf der dem Mischwerkzeug (8) abgewandten Seite der Förderpumpe (14) angeordnet sind.
Mischvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Förderpumpe (14) auf derselben Antriebswelle (12) angeordnet ist wie das Mischwerkzeug (8).
Mischvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Auslass (6) in eine Auslassleitung mündet, die in einen Behälter für die Flüssigkeit zurückführt, der über eine Zuführleitung mit dem Einlass (17) verbunden ist.
Mischvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mischvorrichtung modular ausgestaltet ist, mit einem Mischmodul (2) umfassend das Mischwerkzeug (8), einem Fördermodul (3) umfassend die Förderpumpe (14), und einem Einlassmodul (4) umfassend den Einlass (17), wobei das Fördermodul zwischen dem Mischmodul und dem Einlassmodul anordenbar ist, und das Einlassmodul direkt an dem Mischmodul anordenbar ist.