DE1236479B - Vorrichtung zum Mischen stroemender Medien, mit stillstehenden Leitelementen - Google Patents

Description

DEUTSCHES WTWWl· PATENTAMT AUSLEGESCHRIFT

DeutscheKl.: 12 e-4/01

Nummer: 1236 479

Aktenzeichen: B 62828 III/12 e

J 236 479 Anmeldetag: 8.Junil961

Auslegetag: 16. März 1967

Gegenstand des Hauptpatents 1178 404 ist eine Vorrichtung zum Mischen strömender Medien mit stillstehenden Leitelementen, denen die Mischkomponenten schichtweise zu einem Hauptstrom vereinigt zugeführt werden und die den Hauptstrom zunächst senkrecht zu den Schichten teilen, sodann die Teilströme im Sinne einer Verringerung der Schichtdicken bei gleichzeitiger Vergrößerung der gegenseitigen Berührungsflächen der Schichten verformen und schließlich die verformten Teilströme zu einem neuen Hauptstrom gleichen Querschnitts, jedoch vervielfachter Schichtzahl wiedervereinigen, wobei die genannten Vorgänge durch in den Leitelementen angeordnete Kanäle von sich in Strömungsrichtung entsprechend änderndem Querschnitt bewirkt werden, wobei jedes Leitelement zwei Kanäle aufweist und die Eingangsquerschnitte zweier nebeneinanderliegender Kanäle gleich große Rechtecke sind, die nebeneinander ein Quadrat ausfüllen, und die sich zunächst zu zwei diagonal gegenüberliegenden Quadraten von halbem Rechtecksquerschnitt verengen und schließlich wieder zu nebeneinanderliegenden Rechtecken ursprünglicher Größe, jedoch um 90° gedrehter Lage erweitern.

Mischvorrichtungen dieser Art besitzen den Vorteil, daß eine intensive Mischung von Flüssigkeiten bis zu jedem gewünschten Feinheitsgrad erreicht werden kann, ohne daß es notwendig ist, bewegte Mechanismen zu verwenden. Ein weiterer Vorteil dieser Mischvorrichtungen besteht darin, daß sie aus identischen Einzelelementen durch Aneinanderreihen derselben zusammengesetzt werden können. Die Intensität der Mischung kann durch Veränderung der Zahl dieser Elemente variiert werden.

Diese Mischvorrichtungen besitzen aber auch Nachteile. Um gute Mischresultate zu erzielen, ist eine komplizierte und sehr präzise Ausbildung der Leitelemente notwendig, um die erforderliche Flüssigkeitsdichtigkeit und zugleich einen guten Mischeffekt zu gewährleisten. Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn der Mischer für das Mischen oder Homogenisieren hochviskoser Flüssigkeiten bei hohem Druck und bei einer Temperatur von mehreren hundert ⁰ C verwendet werden soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mischer der vorstehend gekennzeichneten Art zur Verfügung zu stellen, dessen Leitelemente sich infolge einer besonders einfachen Konstruktion trotz der erforderlichen Präzision doch einfach herstellen lassen.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zum Mischen strömender Medien mit stillstehenden Leitvorrichtung zum Mischen strömender Medien,
mit stillstehenden Leitelementen

Zusatz zum Patent: 1178 404

Anmelder:

N. V. Onderzoekingsinstituut Research, Amhem (Niederlande)

Vertreter:

Dr. E. Jung, Patentanwalt,
München 23, Siegesstr. 26

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Heinz Schippers, Remscheid-Lennep;
Robert Sluyters, Arnhem (Niederlande)

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 12. April 1961 (263 534)

elementen gemäß dem Hauptpatent erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Leitelemente aus paarweise angeordneten, spiegelbildlich gleichen Scheiben bestehen, deren Kanäle sich unter Versetzung in nur einer Querrichtung von einer Stirnfläche zur anderen gleichmäßig erweitern, wobei die Scheiben eines Paares so aneinandergelegt sind, daß die quadratischen Kanalquerschnitte aufeinanderzuliegen kommen und daß die Trennwände zwischen den Kanälen der mit den Stirnflächen gleicher Kanalquerschnitte aneinandergefügten benachbarten Scheiben einander kreuzen.

Das Material, aus welchem die Scheiben hergestellt sind, ist abhängig von den Anforderungen, welche die verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten für den Mischer an das Material stellen. So kann hierfür ein keramischer Werkstoff, wie Porzellan, Glas od. dgl., gewählt werden, falls aggressive Flüssigkeiten zu mischen sind. Kommt es aber darauf an, den Mischvorgang bei hohem Druck und hoher Temperatur durchzuführen, so sind Scheiben aus Stahl oder Sinterwerkstoffen vorzuziehen.

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Ein Vorteil des Mischers gemäß der Erfindung besteht darin, daß alle Scheiben eine Form besitzen, welche so einfach ist, daß die Scheiben billig und leicht in Massenproduktion hergestellt werden können. Die Herstellung der Scheiben kann mittels Schmiede-, Stanz-, Form-, Gieß-, Preß- oder Sinterverfahren erfolgen. Ebenso können die Scheiben aber auch durch eine spanabhebende Bearbeitung hergestellt werden. Letztere Herstellungsweise kommt besonders in Betracht, wenn Scheiben hoher Präzision aus Stahl erforderlich sind.

Dabei sollen die Oberfläche und Form der Kanalwände derartig gestaltet sein, daß der Flüssigkeitswiderstand möglichst niedrig ist, Zugleich soll die Form die Fabrikation der Scheiben, insbesondere als Massenprodukt, so einfach wie möglich machen. Diese Forderung wird gewönhilch am leichtesten erfüllt, wenn man die Kanäle als Bohrungen bzw. mit glatten, geraden Wänden ausbildet.

Die Scheiben können miteinander verkittet oder verschweißt sein, damit eine flüssigkeitsdichte Verbindung gewährleistet ist. Wenn ihre Stirnflächen genau parallel und ausreichend eben sind, ist es einfacher, die Scheiben gegeneinander zu spannen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß sämtliche Scheiben zwischen zwei durchbohrte Flansche gestellt und der Scheibenstapel mittels seitlich von diesem durch die Flanschenbohrungen gelegter Zugbolzen verspannt werden. Bei einer anderen Ausführung werden die aneinandergereihten Scheiben in ein sie eng umschließendes Rohr eingesetzt und auf einfache Weise zwischen Endplatten, die an oder in die beiden Rohrenden schraubbar sind, gegeneinander verspannt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung eignet sich besonders für solche Fälle, in denen ein Flüssigkeitsstrom mit möglichst geringer Druckerhöhung gemischt werden soll. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen benachbarten Stirnflächen mit den erweiterten Kanalquerschnitten zweier benachbarter Scheiben eine Distanzscheibe angeordnet ist, welche eine Öffnung besitzt, die sich im wesentlichen mit den zwei erweiterten Kanalquerschnitten deckt. Bei der Verwendung von Scheiben mit jeweils zwei sich von Stirnfläche zu Stirnfläche der Scheibe erweiternden Kanälen, deren Wandungen zum größten Teil parallel zur Scheibenachse stehen, während die restliche Kanalwandung schräg steht, besitzt der Mischer eine optimale Mischwirkung, wenn die Dicke der Distanzscheiben dem

1 — cos-λ . ,

—r— fachen

sm · χ

der Weite bzw. des Durchmessers des aufgehenden Durchgangskanals entspricht. Dabei ist <x der Winkel zwischen den Scheibenachsen und den schräg verlaufenden Kanalwänden.

Diese Distanzscheiben können aber auch in der Weise ausgebildet sein, daß die Weite der Durchgangsöffnung gegenüber der Summe der erweiterten Kanalquerschnitte geringer ist, so daß eine leichte Einschnürung des Mischgutstromes entsteht. Auf diese Weise lassen sich der Behandlungsdruck und die Verdichtung je nach dem zu behandelnden Material steuern und den betrieblichen Gegebenheiten genau anpassen. Zum anderen läßt sich hierdurch aber auch unter Umständen der Mischeffekt nochmals verbessern.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle einer Scheibe sich von einer Stirnfläche der Scheibe zur anderen unter gleichzeitiger Versetzung in nur einer Querrichtung etwa auf das Doppelte ihres ursprünglichen quadratischen Querschnittes erweitern.

In der Zeichnung sind mehrere Beispiele der Erfindung dargestellt, welche an Hand der Figuren im ίο folgenden näher erläutert werden sollen. So zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch den Mischer,

Fig. 2a, 2b und 2c ein einzelnes Mischelement von vorn, im Schnitt längs der Linie A-A in Fi g. 2c und von der Rückseite gesehen,
F i g. 3 zwei gegeneinandergestellte Mischelemente im Schnitt unmittelbar hinter der Scheibenachse,

F i g. 4 eine andere Ausführungsform des Mischelementes,

F i g. 5 zwei Mischelemente mit zwischengesetzter Distanzscheibe.

Nach F i g. 1 sind an dem Rohr 1 zwei Flansche 2 und 3 angeordnet, welche Löcher 4 für die Befestigung des Rohres an anderen Apparaten tragen. Die im linken Flansch 2 vorgesehene zentrische öffnung 5 verläuft von links nach rechts von einem kreisförmigen zu einem viereckigen, quadratischen oder annähernd quadratischen Querschnitt gleichen Flächeninhalts. Der rechte Flansch 3 ist ringartig um das Rohrl gelegt und an diesem befestigt. Ein daneben in das Rohrende einschiebbarer kurzer Rohrstutzen mit Flansch 6 weist die gleiche zentrische Öffnung 5, jedoch in umgekehrter Richtung auf. Die im Flansch 6 vorgesehenen Löcher 7 entsprechen in ihrer Anordnung derjenigen der Löcher 4 in den Flanschen 2 und 3. Zwischen diesen Löchern 7 und zwischen den Löchern 4 im Flansch 3 liegen weitere Löcher 8 bzw, 9, welche in ihrer Anordnung ebenfalls übereinstimmen und gegebenenfalls mit einem Gewinde zur Aufnahme von Einstellschrauben 10 ausgestattet sind.

In das Rohr 1 sind paarweise aneinandergereihte scheibenförmige Leitelemente 12, 13, 14, 15, 16 eingesetzt, welche beispielsweise mittels Nocken an der einen und entsprechende Ausnehmungen in der benachbarten Scheibe oder mittels Zapfen 17 in der richtigen gegenseitigen Stellung eingesetzt und gegen Verdrehen gesichert sind.

Bei der Montage des Mischers werden die Flansche 3 und 6 zunächst mittels Schrauben 10 aufeinander zu zusammengezogen und damit die zwischen ihnen liegenden Leitkörperscheiben 12 bis 16 fest aneinandergepreßt. Beim Einbauen des montierten Mischers zwischen seine nicht gezeichneten Zu- und Abfuhrsysteme bzw. deren Anschlußflansche mittels durch die Löcher 4 und 7 gesteckter, nicht gezeichneter Spannbolzen werden die Leitelemente endgültig gegeneinander verspannt.

Die Fig. 2a, 2b und 2c zeigen, in welcher Weise und Anordnung die beiden Kanäle 18 und 19 jeweils durch eine einzelne runde Scheibe eines aus einem Scheibenpaar bestehenden Leitelements hindurchgeführt sind. Aus den Ansichten der beiden Stirnflächen dieser Scheibe ist zu erkennen, daß sich die Kanäle jeweils von quadratischem Querschnitt beim Eintritt des Kanals in den Scheibenkörper zu annähernd verdoppeltem, nunmehr aber rechteckigem Querschnitt beim Austritt aus demselben stetig erweitern. Dabei sind die beiden Kanäle 18, 19 derart zuein-

Claims (3)

ander und zur Scheibenachse angeordnet, daß die Quadrate ihres Querschnittes beim Eintritt in den Scheibenkörper im gleichen Abstand von der Scheibenachse liegen und eine gemeinsame gerade Linie als Diagonale besitzen, welche die Scheibenachse schneidet. Die Kanäle besitzen jeweils vier völlig ebene und zueinander im rechten Winkel stehende Wände, von denen lediglich die eine, 20 bzw. 21, unter einem bestimmbaren Winkel zur Scheibenachse geneigt ist, während die drei anderen parallel zur Scheibenachse verlaufen. Der Winkel zwischen der ersten Wand und der Scheibenachse ergibt sich daraus, daß sich die Kanäle von ursprünglich quadratischem zu verdoppeltem, aber rechteckigem Querschnitt erweitern sollen, und ist abhängig von der jeweiligen Scheibendicke. Daher bilden die Flächen der beiden Rechtecke der Kanalquerschnitte auf der Scheibenstirnfläche zusammen wieder ein Quadrat, dessen Seitenlänge gegenüber dem einzelnen Ursprungsquadrat der Kanalquerschnitte auf der anderen Scheibenstirnfläche sich verdoppelt hat. Nach der Erfindung sind die Scheiben jeweils mit den gleichen Kanalquerschnitten an ihren Stirnflächen gegeneinander gelegt. F i g. 3 zeigt ein solches Scheibenpaar 22 und 23, welches mit seinen Durchgangskanälen 18 und 19 so aneinandergelegt ist, daß die quadratischen Kanalquerschnitte genau aufeinanderliegen, wobei sich die Trennstege zwischen den Kanälen von der einen zur anderen Scheibe kreuzen. Die beiden Scheiben 22 und 23 sind formidentisch in spiegelbildlicher, jedoch um 90° verdrehter Anordnung zueinander. Weitere Scheibenpaare sind in derselben Weise zusammengestellt und können sich nach links oder rechts an das Scheibenpaar 22, 23 anschließen, wobei die Scheibenstirnflächen mit den rechteckigen Kanalquerschnitten so aneinanderliegen, daß sich die Trennstege zwischen den Kanälen von der einen zur anderen Scheibe kreuzen. F i g. 4 zeigt ein einzelnes Mischelement in etwas geänderter Ausführung. Die Schrägung der vierten Kanalwand beginnt bei sonst gleicher Anordnung erst kurz hinter der Stirnfläche mit quadratischem Querschnitt. Es hat sich gezeigt, daß sich diese Ausgestaltung unter gewissen Umständen bei Verwendung bestimmter Werkstoffe bzw. Fertigungsverfahren besser für eine genaue Massenherstellung eignet. Die Durchgangskanäle durch die Scheiben verlaufen also zunächst ein kurzes Stück mit gleichem Querschnitt, um sich dann erst zu doppeltem Querschnitt zu erweitern. F i g. 5 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel, bei welchem zwischen den Scheiben 23 und 22, die sich mit ihren rechteckigen Kanalquerschnitt tragenden Stirnflächen gegenüberstehen, eine Distanzscheibe 25 eingesetzt ist, welche eine Öffnung aufweist, deren Querschnitt annähernd mit dem Quadrat übereinstimmt, welches der Summe der beiden rechteckigen Kanalquerschnitte entspricht. Die Dicke der Distanzscheibe 25 ist so gewählt, daß der Abstand s (s. F i g. 5) und die Seiten der quadratischen Kanalöffnungen der Kanäle 18 und 19 gleich groß sind. Die gesamte Dicke der Scheiben 23 und 25 entspricht also etwa der Länge der schräg in einer einzelnen Scheibe verlaufenden Kanalwand. Es hat sich gezeigt, daß hierdurch die Mischwirkung im Mischer weiter verbessert wird. Ebenso kann die Weite des Loches in der Distanzscheibe aber auch je nach den betrieblichen Erfordernissen etwas geringer gewählt werden, wodurch sich im Einzelfall der Mischeffekt nochmals verbessern bzw. steuern läßt. Es hat sich gezeigt, daß sich der Mischer nach der Erfindung sehr gut zum Mischen thermoplastischer Polymere eignet, welche in einer beheizten Strangpresse aufgeschmolzen worden sind. Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Mischen strömender Medien mit stillstehenden Leitelementen, denen die Mischkomponenten schichtweise zu einem Hauptstrom vereinigt zugeführt werden und die den Hauptstrom zunächst senkrecht zu den Schichten teilen, sodann die Teilströme im Sinne einer Verringerung der Schichtdicken bei gleichzeitiger Vergrößerung der gegenseitigen Berührungsflächen der Schichten verformen und schließlich die verformten Teilströme zu einem neuen Hauptstrom gleichen Querschnitts, jedoch vervielfachter Schichtzahl wiedervereinigen, wobei die genannten Vorgänge durch in den Leitelementen angeordnete Kanäle von sich in Strömungsrichtung entsprechend änderndem Querschnitt bewirkt werden, wobei jedes Leitelement zwei Kanäle aufweist und die Eingangsquerschnitte zweier nebeneinanderliegender Kanäle gleich große Rechtecke sind, die nebeneinander ein Quadrat ausfüllen, und die sich zunächst zu zwei diagonal gegenüberliegenden Quadraten von halben Rechtecksquerschnitt verengen und schließlich wieder zu nebeneinanderliegenden Rechtecken ursprünglicher Größe, jedoch um 90° gedrehter Lage erweitern, nach Patent 1178404, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitelemente (12 bis 16) aus paarweise angeordneten, spiegelbildlich gleichen Scheiben (22, 23) bestehen, deren Kanäle sich unter Versetzung in nur einer Querrichtung von einer Stirnfläche zur anderen gleichmäßig erweitern, wobei die Scheiben (22,23) eines Paares so aneinandergelegt sind, daß die quadratischen Kanalquerschnitte aufeinander zu liegen kommen, und daß die Trennwände zwischen den Kanälen (18, 19) der mit den Stirnflächen gleicher Kanalquerschnitte aneinandergefügten benachbarten Scheiben einander kreuzen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen benachbarten Stirnflächen mit den erweiterten Kanalquerschnitten zweier benachbarter Scheiben eine Distanzscheibe (25) angeordnet ist, welche eine Öffnung besitzt, die sich im wesentlichen mit den zwei erweiterten Kanalquerschnitten deckt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (18, 19) einer Scheibe (22, 23) sich von einer Stirnfläche der Scheibe zur andern unter gleichzeitiger Versetzung in nur einer Querrichtung etwa auf das Doppelte ihres ursprünglichen quadratischen Querschnittes erweitern.

In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1226 883.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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