DE1557118B2 - - Google Patents

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DE1557118B2
DE1557118B2 DE1557118A DE1557118A DE1557118B2 DE 1557118 B2 DE1557118 B2 DE 1557118B2 DE 1557118 A DE1557118 A DE 1557118A DE 1557118 A DE1557118 A DE 1557118A DE 1557118 B2 DE1557118 B2 DE 1557118B2
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Description

3 4
Strömungskanal eine zusätzliche Drehbewegung um den Kanten benachbarter Elemente O oder 180°
die hydraulische Mitte des Fluidstromes, wodurch der nähert, so wird die für ein wirksames Mischen erf order-
Fluidstrom in radialer Richtung durchmischt wird. liehe Anzahl vcn Elemente unzweckmäßig groß.
Durch die Aufteilung in den nachfolgenden Misch- Die Mischelemente 20, 21 ... 29, 30 können ge-
elementen werden die Fluidströme ingesamt so gründ- 5 trennte Teile sein, jedcch ist es hinsichtlich des Zu-
lich gemischt, daß bereits bei einer relativ geringen sammenbaus gürstiger, sie miteinander zu verbinden,
Anzahl von Mischelementen ein homogenes Produkt beispielsweise durch Schveifen oder Löten an den
aus dem Mischer ausgetragen werden kann. Durch Berührungspunkten 33 oder η der Weise, daß sie aus
diese Bauweise kann man auch sehr kleine und hand- einem einzigen Elechstück gestanzt und geformt
liehe Mischgeräte ausbilden, insbesondere für An- io werden.
Wendungsgebiete, bei denen nur kleine Mengen Beim Mischvorgang trifft der zunächst aus den erforderlich sind, beispielsweise zum Ausbessern von Komponenten A und B bestehende Strom auf die Kunststoffkarosserien oder Abdichten von Boots- Anfangskante des ersten Elementes 20, das ihn in körpern mittels Harz, das nach dem Austreten aus zwei vorzugsweise, aber nicht netwendig gleiche dem Mischer erhärtet. Durch den geringen Druckabfall 15 Teilstrcme aufteilt, von denen jeder beide Kcmponen- und die gründliche Mischwirkung ist diese Ausge- ten A und B enthält. Die Schraubenlinienfoim der staltung besonders für viskose Flüssigkeiten geeignet, Mischelemente erteilt diesen Teilströmen eine doppelte wegen dieser Merkmale ist sie aber für die verschieden- Drehbewegung während der Strömung durch das sten fluiden Beschichtungsmaterialien, wie beispiels- Rohr 10. Wenn sich die Teilstrcme duich die Kanalweise Gas, in der gleichen Weise vorteilhaft. 20 führung der Mischelemente schraubenförmig drehen, Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen ist die Geschwindigkeit des Fluids in der Nähe der Bauweise werden in den Unteransprüchen angegeben. Rohrwand gröfer als im Bereich der Rohrmitte. Beispielsweise Ausführungsformen nach der Erfin- Dies ergibt eine Wirbelbewegung um die hydraulische dung werden nachfolgend an Hand der Zeichnung Mitte innerhalb von jedem Teilstrom, die eine gewisse näher erläutert, in der 35 Durchmischung der Komponenten A und B in radialer Fig. 1 in einer teilweise aufgeschnittenen Ansicht Richtung hervorruft. Beim Auftreffen der Teilstrcme eine einfache Ausführungsform zeigt; auf die Anfangskante des zweiten Elementes 21 werden F i g. 2 stellt eine andere Ausführungsform mit längs der Flächen des Mischelementes zwei neue Teilzwei Fluidbehältern dar; ströme ausgebildet, von denen jeder Teile der beiden Fi g. 3 zeigt eine Anordnung, bei der Vorrichtungen 30 vorhergehenden Teilströme enthält. Die Bestandteile zur Einleitung von drei oder mehreren fluiden Materia- dieser Ströme werden wieder durch die erwähnte lien in die Mischvorrichtung angedeutet sind; Wirbelbewegung gemischt, während sich die Teil-Fi g. 4 ist ein Schnitt längs der Linie 4-4 in Fi g. 1. ströme schraubenförmig entsprechend der Formin F i g. 1 ist mit 10 ein zylindrisches Rohr mit gebung des Mischelementes 21 drehen. Dieser Vorkonstantem Querschnitt bezeichnet, an dessen Einlauf- 35 gang wiederholt sich, bis der ursprüngliche Mehrende 12 zwei Flüssigkeiten A und B über Leitungen 14, komponentenstrom durch eine solche Anzahl von 16 eingleitet werden, damit sie am Abgabeende 18 Mischelementen aufgespalten und wieder vereinigt in homogen verteilter Form austreten. In dem Rohr 10 wird, die für eine gründliche Durchmischung der sind hintereinander mehrere Mischelemente 20, 21, ursprünglichen Komponenten ausreicht.
22,29, 30 angeordnet, die jeweils aus einem kontinuier- 40 Bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung sind die lieh gewundenen blattförmigen Teil bestehen, dessen mit geraden Zahlen gekennzeichneten Elemente 20, Breite gleich dem Innendurchmesser des Rohres ist 22 ... 30 linksdrehend und die mit ungeraden Zahlen und dessen Längsabmessung vorzugsweise das 1,25- bis gekennzeichneten Elemente 21 ... 29 rechtsdrehend l,5fache der Breite beträgt. Diese blattförmigen Teile verwunden. Der Drehsinn kann jedoch willkürlich sind so verwunden, daß die quer zum Rohr verlau- 45 gewählt werden oder bei allen Elementen gleich sein, fende Anfangs- und Endkante, die im wesentlichen Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann der flach sind, einen bestimmten Winkel miteinander Drehsinn bei etwa jedem dritten oder vierten Element bilden. Dieser Verwindungswinkel kann je nach Art wechseln. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsder zu mischenden Materialien beträchtlich variieren, form ändert sich der Drehsinn bei jedem Mischbeispielsweise von etwa 60 bis etwa 210°. Insbesondere 50 element.
zum Mischen hochviskoser Flüssigkeiten, die unter Da die gewundenen Mischelemente 20, 21 ... 30 geringem Druck strömen, wird ein Verwendungs- eine gleichmäßige Dicke haben, ist die gesamte Querwinkel von etwa 110 bis 120° gewählt. Der einfacheren schnittsfläche der beiden Strömungskanäle innerhalb Darstellung wegen beträgt der Verwindungswinkel bei des Rohres 10 über dessen Länge konstant, so daß der den dargestellten Mischelementen 90°. 55 Widerstand für den Fluidstrom minimal ist. Damti Die wendelartig gewundenen blattförmigen Misch- kein Teil des Fluidstromes dem vorgesehenen Mischelemente werden in der Weise in dem Rohr angeordnet, Vorgang ausweichen kann, liegen die Mischelemente daß die Endkante eines Elementes in einem Winkel über die gesamte Länge der Längskanten an der zu der Anfangskante des jeweils benachbarten EIe- I enwand des Ror res 10 ai.
mentes angeordnet ist. Wenn das nachfolgende 60 Lei der Anordnung nach F i g. 2, in der für gleiche Mischelemert dieselbe Verwindungsrichtung wie das Teile die gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 vervorhergehende Element aufweist, liegt dieser Winkel wendet sind, werden die zu mischenden Fluide A, B vorzugsweise zwischen 30 und 40°; wenn die aufein- durch irgendeine geeignete Einrichtung aus Behältern anderfolgenden Elemente eine entgegengesetzte Ver- 40, 42 in ein T-Stück 44 und von diesem aus in das Windungsrichtung haben, wird ein Winkel von etwa 65 Rohr 10 gedrückt, in dem die Mischelemente 20, 21, 90° zwischen den Kanten benachbarter Elemente 22, 23 ... 29,30 angeordnet sind. Das Rohr 10 gewählt. In jedem Fall sollte dieser Winkel zwischen endet in einer Düse 46, wobei zwischen dieser Düse 30 und 150° liegen. Wenn sich der Winkel zwischen und dem letzten Mischelement ein oder mehrere
Siebe 48 angeordnet sein können. Gegenüber den Mischelementen nach F i g. 1 weisen die Mischelemente nach F i g. 2 Perforationen 50 auf, die in manchen Fällen die Mischwirkung verbessern können, jedoch haben sie beim Mischen viskoser Flüssigkeiten bei 5 geringen Strömungsgeschwindigkeiten (etwa 18 m/min), wenn überhaupt, nur eine geringe Wirkung. Bei der in F i g. 2 gezeigten Anordnung kann beim Aufeinandertreffen der Fluidströme A und B in dem T-Stück 44 und im Einlauf des Rohres 10 eine geringe Mischung auftreten.
In F i g. 3 ist eine Vorrichtung zum Einleiten von mehr als zwei Komponenten dargestellt. Die Beschickung mit den Komponenten A, B und C erfolgt über ventilgesteuerte Leitungen 60, 62 und 64 in eine Kammer 66, von der aus der Fluidstrom nach einer geringfügigen Durchmischung in das Rohr 10 gelangt, in dem er durch die im gleichen Drehsinn angeordneten Mischelemente 70, 71, 72 ... wiederholt gedreht und an jedem Mischelement in anderer Weise aufgespaltet wird, so daß sich jeweils eine neue Mischfläche ergibt. Die Kammer 66 bewirkt zwar wie das T-Stück 44 nur eine geringe Mischwirkung, jedoch kann sie dazu dienen, ein Sabbern bei intermittierenden Verteilersystemen zu eliminieren.
Die Mischelemente können aus jedem geeigneten Material gefertigt werden. Für Mischvorrichtungen zum einmaligen Gebrauch kann auch billiges Material, z. B. Polyäthylen, Verwendung finden. Wenn auch die Vorrichtung sehr leicht zu reinigen ist, so kann es beim Mischen von Harzkomponenten oder einem entsprechenden Material, das im Rohr leicht erhärtet, doch zweckmäßig sein, die Vorrichtung nur für einmaligen Gebrauch vorzusehen.
Wenn Harzkomponenten gemischt werden, können zwei zusätzliche Variable Einfluß auf die Eigenschaften des gehärteten Harzes nach dem Mischen und Verspritzen haben. Die Diffusion eines Katalysators von katalysierten zu nicht katalysierten Bereichen vor der Härtung des Harzes ergibt eine verbesserte Homogenität des Systems. Andererseits trägt eine Differenz in der Dichte der beiden Komponenten zu der Tendenz bei, sich zu trennen, insbesondere, wenn die Durchmischung unvollständig ist. Die nachteiligen Folgen des Einflusses dieser Variablen treten bei der Misch-Vorrichtung nach der Erfindung nicht auf.
Die folgenden Versuche zeigen den Einfluß der Anzahl der Mischelemente beim Härten von Polyesterharzen. Das Rohr 10 hatte einen Innendurchmesser von etwa 6 mm. Das verwendete Harz war ein Zweikomponenten-Polyester-System, bei dem eine Komponente mit 2 % Methyläthylketon-Peroxyd katalysiert war und die andere 1% Kobaltnaphthenat-Beschleuniger enthielt. Beide Komponenten haben eine gute Lagerbeständigkeit bei getrennter Aufbewahrung. Beim Mischen jedoch bewirkt die gemeinsame Wirkung von Katalysator und Beschleuniger, daß sie bei Zimmertemperatur rasch unter Bildung einer harten nichtschmelzbaren Festsubstanz polymerisieren. Härte und Zugfestigkeit des gehärteten Harzes hängen von der Güte des Mischvorgangs ab. Bei diesem Versuch wurden die beiden Komponenten weiß bzw. violett gefärbt, um die Mischwirkung beobachten zu können. Die Eigenschaften der erhaltenen gehärteten Harze sind in der folgenden Tabelle I zusammengestellt und mit den Eigenschaften einer gründlich von Hand gemischten Kontrollprobe verglichen.
Tabelle I
Anzahl
der Elemente		 Zugfestig
keit		 Härte Aussehen
(kg/cm2) (Shore D)
4 4,2 25—70 klebrig,
ungleichförmig
6 10,5 30—70 klebrig,
ungleichförmig
8 32,3 45—70 leicht klebrig,
gleichförmig
10 197 55—65 keine Klebrigkeit,
flexibel
11 457 65—70 keine Klebrigkeit,
fest
12 446 60—70 keine Klebrigkeit,
fest
von Hand 453 60—70 keine Klebrigkeit,
gemischt fest
Die Tabelle I zeigt, daß 11 Elemente in einer Düse von 6 mm erforderlich sind, um bei dem gespritzten Polyester dieselbe Zugfestigkeit wie bei der von Hand gemischten Probe zu erzielen.
Weiterhin wurde ein Rohr mit 4,8 mm Innendurchmesser und 10 Elementen, von denen jedes mit zwei Löchern von 1,5 mm Durchmesser zur Unterstützung des Mischens versehen war, zum Mischen von Epoxy- und Polyesterharzproben verwendet. Aus Tabelle II ist die Zugfestigkeit des gehärteten Harzes ersichtlich. Sie entspricht der von von Hand gemischten Proben und ist in einigen Fällen besser als diese. Ein Beispiel für das Epoxyharz ist ein Epichlorhydrinbisphenol-A-Polymer; ein Beispiel für ein Härtungsmittel für das Epoxyharz ist ein harzartiges Aminaddukt, das mit dem Epoxyharz Vernetzungen bildet. Die verwendeten Mengenanteile können in weiten Grenzen variieren. Die Tabelle II entspricht einem Produkt mit 65 Gewichtsteilen Epoxyharz und 35 Gewichtteilen Härtungsmittel.
Tabelle II
Harz-System
Härtungsmittel
Epoxy
!(pigmentiert,
Polyester mit 2% Methyly %
äthylketon-Peroxyd
Polyester mit Kobaltnaphthenat
Zugfestigkeit
von Hand
gemischte
Probe
kp/cm2
396,5
463,3
443,6
im Rohr
gemischte
Probe
(Mittelwert
von 3 Proben)
kp/cm2
338 ± 70
509 ±105
480 ± 35
Die Vorrichtung eignet sich auch zum Spritzen von Polyurethanschäumen, wobei Trichlormonofiuormethan sowohl als Verschäumungsmittel als auch als
7 8
Treibmittel verwendet wird. Sowohl starre als auch erfordern eine große Zahl von Elementen, da sie dazu flexible Schäume können in dieser Weise hergestellt neigen, stationäre Taschen um einige Elemente auszuwerfen, bilden. Der beispielsweise zum Härten üblicher
In diesem Zusammenhang wurde eine Anzahl von Epoxy- und Polyestersysteme erforderliche Mischungs-Laboruntersuchungen vorgenommen, wobei Alkyd- 5 grad ist geringer als der typischerweise zum Elimi-Harze im Gewichtsverhältnis von 100: 76,5 mit Tri- nieren von Streifungen in einem System aus verchlormonofluormethan verwendet und starre Schäume schieden gefärbten Komponenten erforderliche. So erhalten wurden. Da ein gründliches Mischen der werden beispielsweise bei einer Düse bzw. einem Rohr Komponenten außerordentlich wichtig für die Bildung mit etwa 6 mm Innendurchmesser vorzugsweise bis kleiner und gleichmäßig verteilter Zellen ist, wurde io zu etwa 12 bis 14 Elemente zur gründlichen Durch-Trichlormonofluormethan beiden Komponenten zu- mischung von Epoxyharzen verwendet. Zum Elimigesetzt. Es wurde ein Rohr mit 4,8 mm Innendurch- nieren von Färb- oder Pigmentstreifungen ist es messer und mit 13 perforierten Elementen verwendet. bevorzugt, beispielsweise etwa 16 bis 18 Elemente mit Die erhaltenen Polyurethanschäume waren ausge- Verwindungswinkeln von etwa 180° zu verwenden, zeichnet und bezüglich Gleichförmigkeit und Größe 15 die in einer alternierenden Folge von Rechts- und der Zellen mit den gemäß den Angaben des Her- Links-Drehsinn angeordnet sind und deren sich stellers durch sorgfältiges Mischen von Hand herge- berührende Kanten einen Winkel von etwa 90° stellten Schäumen vergleichbar. Siebpackungen in miteinander bilden. Änderungen bezüglich der Mender Düse 46 erhöhen die Gleichförmigkeit der Zellen- genanteile der Komponenten bis zu einem Verhältnis größe sogar noch weiter. 20 von etwa 1:20 beeinflussen die Wirksamkeit der
Die Mischelemente 20, 21, 22 ... können leicht aus Düse nicht merklich. Wenn größere Kompaktheit einem einzigen Metallstreifen unter Verwendung einer erwünscht ist, kann das Rohr 10 spiralförmig ausgekombinierten Stanz- und Prägemaschine hergestellt bildet werden. Die unter Druck stehenden Behälter werden. Sie können dann in ein aus einem Kunststoff der Harzkomponenten im Fall von Epoxy- oder hergestelltes Rohr 10 eingesetzt werden. Ein gerades 25 Polyesterharzsystemen sollten vorzugsweise eine flexible Rohr mit 10 bis 14 Elementen sollte weniger als etwa Kunststoff-Folie zur Trennung des Harzes von dem 15 cm lang sein. Die für eine vollständige Durch- Antriebsmittel aufweisen. Im Falle von Polyurethanmischung erforderliche Anzahl an Mischelementen schäumen kann das Treibmittel sowohl als Antriebssteigt mit der Viskosität der zu mischenden fluiden mittel verwendet als auch mit jeder der Komponenten Materialien. Thixotrope Materialien insbesondere 30 gemischt werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 einem Dorn aufgereihten Mischelemente weisen sich Patentansprüche · verdickende und wieder verjüngende Körper auf, die in einem Winkel zueinander liegende Leitflächen bilden und eine Querschnittskontraktion in jedem Strömungs-
1. Vorrichtung zum Mischen wenigstens zweier 5 kanal ergeben, wobei zwar im Bereich der Schnittlinie fluider Materialien, mit einem Rohr und darin der Leitflächen eine schraubenlinienartige Strömungshintereinander angeordneten Mischelementen, die bahn vorhanden ist, jedoch die Stromfäden im übrigen das Rohr in zwei Strömungskanäle unterteilen, Bereich der Mischelemente zu der geforderten Vervon denen jeder eine schraubenlinienartige Strö- meidung einer ausgeprägten Drehung entsprechend mungsbahn aufweist, wobei die quer zu dem Rohr io der vorgesehenen Querschnittskontraktion und -expanverlaufende Endkante eines Elementes in einem sion im wesentlichen auf und ab bewegt werden.Die Winkel zu der Anfangskante des jeweils benach- Ausgestaltung von Mischelementen mit Querschnittsbarten Elementes angeordnet ist, dadurch kontraktion in den Strömungskanälen, die durch die gekennzeichnet, daß jedes Mischelement Querschnittsverformung zu einer Streckung und ein kontinuierlich gewundenes blattförmiges Teil 15 Versetzung der Teilströme relativ zueinander führt, ist (20,21,22,23 ... 29, 30; 70, 71,72) ist und daß die ferner aus der französischen Patentschrift 1 269 025, Querschnittsflächen beider Strömungskanäle durch- und aus der deutschen Auslegeschrift 1178 404 bekannt, gehend im wesentlichen halbkreisförmig und Bei einer solchen Bauweise sind die Mischelemente praktisch gleich sind. relativ aufwendig in der Herstellung, und sie haben
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- 20 eine häufig unbefriedigende Mischwirkung. Vor allem kennzeichnet, daß die Mischelemente (20, 21, 22, verursachen sie durch die sich ändernden Strömungs-23 ... 29, 30; 70, 71, 72) in Gruppen mit ab- querschnitte einen erheblichen Druckabfall, weswegen wechselnd rechts- und linksgängigem Drehsinn eine derartige Mischvorrichtung für viskose Flüssigangeordnet sind, wobei jede Gruppe ein oder keiten, beispielsweise Harzbestandteile, ungeeignet ist. mehrere Mischelemente umfaßt. 25 Zum Mischen flüssiger Harzbestandteile ist es aus
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, den USA.-Patentschriften 2 847 649 und 2 847 196 dadurch gekennzeichnet, daß der Verwindungs- bekannt, eine einzelne Schnecke in einer zylindrischen winkel jedes Mischelementes etwa 60 bis 180° Mischkammer oder eine Doppelschnecke zu verwenden, beträgt. Bei einer anderen Vorrichtung nach der USA.-
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, 30 Patentschrift 2 894 732 erfolgt der Mischvorgang in dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von einer Stopfkammer. Bei Verwendung von Schnecken Länge zu Breite der Mischelemente zwischen etwa ist zwar der Druckabfall klein, jedoch ergibt sich keine 1,25 und 1,5 liegt. ausreichend gründliche Durchmischung, so daß unter
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, anderem das von der Mischvorrichtung abgegebene dadurch gekennzeichnet, daß die Mischelemente 35 Produkt ungleichförmig sein kann. In der Stopfkamim Bereich der Anfangs- und Endkanten im mer dagegen wird zwar eine gründliche Durchmischung wesentlichen flach sind. erzielt, jedoch tritt ein beträchtlicher Druckabfall
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, auf, der jedenfalls für zähere Harze untragbar ist. dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine der Endkante eines Mischelementes und der daran 40 Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art so anliegenden Anfangskante des benachbarten Misch- auszubilden, daß sie einfach hergestellt werden kann elementes zwischen etwa 30 und 150° liegt, wobei und selbst bei viskosen Fluiden mit geringer aufzudieser Winkel bei gleichem Drehsinn der Misch- wendender Leistung eine optimale Mischwirkung elemente vorzugsweise etwa 30 bis 40° und bei ermöglicht.
entgegengesetztem Drehsinn vorzugsweise etwa 45 Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch 90° beträgt. gelöst, daß jedes Mischelement ein kontinuierlich
gewundenes blattförmiges Teil ist und daß die Querschnittsflächen beider Strömungskanäle durchgehend im wesentlichen halbkreisförmig und praktisch gleich
50 sind.
Die blattförmigen wendelartig gewundenen Teile können beispielsweise durch Stanzen und Pressen sehr einfach ausgebildet und leicht zusammengebaut werden. Auf Grund der durchgehend praktisch
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen 55 gleichen Querschnittsflächen der Strömungskanäle, wenigstens zweier fluider Materialien, mit einem Rohr deren Begrenzungsflächen keinerlei Absätze oder und darin hintereinander angeordneten Misch- sonstige Strömungswiderstände aufweisen, ergibt sich elementen, die das Rohr in zwei Strömungskanäle unter maximaler Ausnutzung des Rohrquerschnittes unterteilen, von denen jeder eine schraubenlinienartige ein minimaler Druckabfall, so daß auch stark viskose Strömungsbahn aufweist, wobei die quer zu dem Rohr 60 Fluide ohne großen Leistungsaufwand bei geringer verlaufende Endkante eines Elementes in einem Winkel Verweilzeit in der Mischvorrichtung, die für bestimmte zu der Anfangskante des jeweils benachbarten EIe- Fluide, beispielsweise schnellhärtende Harze, günstig mentes angeordnet ist. ist, durch den Mischer geleitet werden können. Die
Eine derartige Vorrichtung ist aus der französischen ausgeprägte Drehung der Strömung um die Längs-Patentschrift 1 308 573 bekannt, nach deren Lehre 65 achse der Mischelemente durch die im Gegensatz zu die Leitflächen der Mischelemente so ausgebildet sein der eingangs genannten Bauweise nach der französollen, daß die Mischung der Fluide ohne nennenswerte sischen Patentschrift 1 308 573 insgesamt schrauben-Drehung der Stromfäden erfolgt. Die einzelnen, auf förmig gewundenen Strömungskanäle ergibt in jedem
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