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Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen von Flüssigkeiten Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen von Flüssigkeiten, insbesondere
hochviskosen Flüssigkeiten mit feststoflbeladenen Flüssigkeiten, mit mindestens
einer mit Misch- und/ oder Förderflächen ausgestatteten Mischwelle, die von einem
Gehäuse unter Bildung eines langgestreckten Mischraumes umschlossen wird, und der
an ihrem einen Ende die zu mischenden Flüssigkeiten zugeführt werden, während die
Flüssigkeitsmischung an ihrem anderen Ende austritt.
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Es sind bereits eine Reihe von Mischvorrichtungen für viskose Flüssigkeiten
und teigartige Materialien bekannt, die insgesamt darauf beruhen, daß in einem mehr
oder weniger langgestreckten Behälter eine oder mehrere parallele Mischwellen, deren
Mantelfläche eine die Mischung und/oder Förderung begünstigende Ausgestaltung besitzt,
angebracht sind.
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Bei einer häufig verwendeten Mischvorrichtung besitzt z. B. die Mischwelle
die Form einer Mehrkantwelle. In ihr werden die zu mischenden Komponenten vermittels
einer Pumpe durch den Spalt zwischen der rotierenden Mehrkantwelle und dem Gehäuse
gepreßt und mit Hilfe der dabei auftretenden Scherkräfte miteinander vermischt.
Da bei dieser Ausführung die Mischwelle keine Förderwirkung besitzt, ist der Druckverlust
in dem Mischer sehr groß. Zudem ist die Mischwirkung minimal und erfolgt vornehmlich
nur während des Abschervorgangs beim Eintritt in den Mischer. Als Folge davon wird
meist nur eine schlierenartige Verteilung der zu mischenden Flüssigkeiten ineinander
erreicht.
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Ebenfalls bekannt sind Mehrkantmischer, bei denen der Mehrkantwelle
eine Förderschnecke koaxial vor- und/oder nachgelagert ist. Durch die Wirkung der
Schnecke tritt in dem Mischer zwar ein wesentlich geringerer Druckverlust auf, jedoch
ist auch bei dieser Ausführung eine Schlierenbildung, insbesondere bei hochviskosen
Flüssigkeiten, nicht ganz zu vermeiden.
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Des weiteren kennt man Mischvorrichtungen, bei denen die Mischwelle
in Richtung des Produkteintritts eine Förderschnecke und am entgegengesetzten Ende
eine gegenläufige Bremsschnecke aufweist. Bei diesen Vorrichtungen ist das Mischungsergebnis
zufriedenstellend, wird jedoch mit einem enorm hohen Leistungsbedarf der Förderpumpe
und des Mischers erkauft, weil die Bremsschnecke der Förderung entgegenwirkt.
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Schließlich ist eine Vorrichtung zum Mischen fließfähiger Stoffe
bekannt, bei der sowohl die Welle als auch die Innenwand des Gehäuses mit Schneckenstegen
versehen ist. Das Gehäuse ist drehbar ausgebildet. Bei dieser Vorrichtung ist das
Mischergebnis nur dann zufriedenstellend, wenn die Vorrichtung an die besonderen
zur Verarbeitung gelangenden Stoffe angepaßt ist. Hierbei wirkt sich der relativ
komplizierte Aufbau der Vorrichtung nachteilig aus.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird nun eine Mischvorrichtung vorgeschlagen,
die es gestattet, bei verhältnismäßig geringem Druckverlust und demzufolge niedrigem
Leistungsbedarf eine einwandfreie Durchmischung der zugeführten Komponenten zu gewährleisten.
Dieses wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung dadurch erreicht,
daß in an sich bekannter Weise mindestens zwei mit Bezug auf dieMischraumachse axial
versetzteZufuhrleitungen am Gehäuse mit im wesentlichen glatter Innenwand vorgesehen
sind und die Welle im Bereich zwischen den Zufuhrleitungen mit einem Verteilerelement
versehen ist, daß die in Fließrichtung des Gutes erste Zufuhrleitung in einen die
Welle ringförmig umgebenden Verteilerraum einmündet und daß der Verteilerraum mit
dem Mischraum über am Umfang des Verteilerelements mit gleichem Winkelabstand vorgesehene
Kanäle verbunden ist.
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Das Verteilerelement kann hierbei auf der Mischwelle sowohl drehfest
als auch um diese drehbar angebracht sein, wobei im letzteren Fall für das Verteilerelement
ein gesonderter Antrieb vorgesehen sein kann.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die zu mischenden Komponenten
nicht mehr, wie üblich, gemeinsam in den Mischraum eingeführt, vielmehr wird nur
eine Komponente direkt in den Mischraum gegeben und die zweite Komponente in einem
besonderen Verteilerraum, der sich axial ver-
setzt vor dem eigentlichen
Mischraum befindet und von diesem durch ein Verteilerelement abgetrennt ist, geleitet.
Von diesem Verteilerraum gelangt die zweite Komponente durch Kanäle, die sich in
dem Verteilerelement in gleichem Winkelabstand befinden und deren geometrische Beschaffenheit
der Menge und der Natur, insbesondere der Viskosität, der sie durchlaufenden Komponente
angepaßt sind, kontinuierlich in den Mischraum. Sie wird bei ihrem Eintritt gleichmäßig
über den gesamten Querschnitt des Mischraums verteilt, was den Mischvorgang insgesamt
wesentlich erleichtert und eine schlierenartige Verteilung der zu mischenden Flüssigkeiten
ineinander mit Sicherheit verhindert. Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung
besteht demnach in einer intensiven Vormischung der Komponenten, die es gestattet,
für die nachgeschalteten, an sich bekannten Mischorgane kleinere Abmessungen zu
wählen, wodurch der Druckverlust in dem Mischer und dessen Leistungsbedarf wesentlich
verringert werden.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist
darin zu sehen, daß sie auch bei Vorliegen thermolabiler Mischungskomponenten eine
erhebliche Vereinfachung der Konstruktion der in Richtung des Produkteintritts gelegenen
Stopfbuchse der Mischwelle erlaubt. So wird z. B. beim Vermischen von Polyamid-
oder Polyesterschmelzen mit Pigment-Anteigungen unter der üblichen gleichzeitigen
Beschickung des Mischraums mit beiden Komponenten ein teilweiser Rückstau von Teilen
der Schmelze zwischen Stopfbuchse und Mischraum beobachtet, und indem diese rückgestauten
Teile fortwährend den hohen Schmelztemperaturen ausgesetzt bleiben, erleiden sie
eine weitgehende thermische Schädigung, die bis zur Verkrackung führen kann.
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Da die thermisch geschädigten Schmelzanteile portionsweise wieder
in den Mischraum gelangen, führen sie im Endeffekt zu einer untragbaren Verschlechterung
der Qualität der aus dem Schmelzfluß gesponnenen Fäden. Diesem überstand konnte
bisher nur durch eine komplizierte Konstruktion der Stopfbuchse begegnet werden.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Polymerschmelzen direkt in den
Mischraum, die Pigruent-Anteigungen jedoch in den Verteilerraum eingeführt, wo sie
als Sperrflüssigkeit zwischen Mischraum und Stopfbuchse wirken können und eine besondere
Konstruktion der Stopfbuchse überflüssig machen.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung seien nachfolgend an Hand der
Zeichnung erläutert. Diese stellt einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung dar. Dabei wurde auf die vollständige Wiedergabe
an sich bekannter Teile der Vorrichtung verzichtet und der Längsschnitt an geeigneter
Stelle abgebrochen.
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Wie die Zeichnung zu erkennen gibt, umschließt das rohrförmige Gehäuse
6 den langgestreckten Mischraum 12, in dem die Mischwelle 5, hier in an sich bekannter
Weise als Sechskantwelle ausgebildet, drehbar angeordnet ist. Die zu mischenden
flüssigen Komponenten werden durch die mit Bezug auf die Mischraumachse gegeneinander
axial versetzten Zufuhrleitungen 2 und 3 durch Pumpendruck eingebracht, wobei die
Zufuhrleitung3 der Einspeisung der Hauptkomponente dient. Während die Hauptkomponente
direkt in den Mischraum eingeführt wird, gelangt die Zuschlagskomponente zu-
nächst
in den die Mischwelle ringförmig umgebenden Verteilerraum 9, den sie ausfüllt, und
von dem aus sie ferner durch den engeren Ringraum 10 bis zur Stopfbuchse 8 der Mischwelle
aufgestaut wird. Aus dem Verteilerraum 9 tritt die Zuschlagkomponente sodann durch
die Gänge 11 der als Verteilerelement wirkenden mehrgängigen Schnecke 1, die auf
der Mischwelle drehfest angebracht ist, kontinuierlich in den Mischraum 12 ein,
wo sie über dessen gesamten Querschnitt verteilt und mit der Hauptkomponente vorgemischt
wird. Dieses Vorgemisch wird von der eingängigen Schnecke 4 erfaßt und in den Bereich
der Sechskantwelle 5 gefördert, wo in an sich bekannterWeise der Mischvorgang vervollständigt
wird.
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Das rohrförmige Gehäuse 6 ist mit einem Heiz- bzw.
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Kühlmantel 7 umgeben, der im Bedarfsfalle eine Wärmezufuhr oder -abfuhr
ermöglicht.
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Als Verteilerelement kann an Stelle einer mehrgängigen Schnecke selbstverständlich
auch eine eingängige Schnecke verwandt werden, wobei zweckmäßig das Verteilerelement
getrennt von der Mischwelle, beispielsweise über eine Hohlwellenanordnung, mit einer
von der Mischwellendrehzahl abweichenden Drehzahl und/oder von der Mischwellendrehrichtung
abweichenden Drehrichtung angetrieben wird, damit die gewünschte Verteilung der
Zuschlagkomponente erfolgt. Ebenso kann das Verteilerelement z. B. die Form eines
Ringes besitzen, in dessen Mantelfläche in gleichem Winkelabstand Nuten eingearbeitet
sind, die in bezug auf die Mischwellenachse sowohl parallel als auch geneigt sein
können. Auch ein Verteilerelement in Form einer einfachen Lochplatte mit geraden
oder schrägen Bohrungen oder in Form von Stiften, die radial oder geneigt auf die
Mischwelle aufgesetzt sind, liegt im Bereich der vorliegenden Erfindung. Das Verteilerelement
kann ferner als Flügel- oder Schaufelrad ausgebildet sein, wobei die Flügel bzw.
Schaufeln geeignete Neigung und geeignete Anstellwinkel besitzen können.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung ist mit Erfolg auch in solchen
Fällen anwendbar, wo mehr als zwei Komponenten miteinander vermischt werden sollen.
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Es werden dann ebenso viele gegeneinander axial versetzte Zufuhrleitungen
angebracht, wie Einzelkomponenten vorhanden sind. Jede dieser Zufuhrleitungen ist
dann von der folgenden mit je einem Verteilerelement abgeschlossen, und jede Zufuhrleitung,
mit Ausnahme der dem Mischraum am nächsten gelegenen, führt in einen abgesonderten
Verteilerraum. In einer solchen Mehrkomponenten-Mischvorrichtung erfolgt eine allmähliche
Vermischung einer Komponente oder Mischung mit weiteren Komponenten. Selbstverständlich
können auch mehrere Komponenten in den gleichen Verteilerraum eingebracht werden
und von dort aus durch das Verteilerelement in einer nachfolgenden Komponente verteilt
werden. Es sei noch darauf hingewiesen, daß man bei Anordnung mehrerer Verteilerräume
das Volumen der Verteilerräume zweckmäßig der durch die Zuschlagkomponenten eintretenden
Volumenvergrößerung anpaßt.