DE3838593C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mischkopf zum Vermischen mindestens zweier fließfähiger Komponenten mit einem eine hohlzylindrische Mischkammer aufweisenden Gehäuse, mit mindestens zwei Einlaßöffnungen in dem Gehäuse für den Zutritt der Komponenten an dem einen Ende der Mischkammer, mit mindestens einer Auslaßöffnung für das Gemisch an dem anderen Ende der Mischkammer und mit einer in der Mischkammer angeordneten, drehbar gelagerten Mischeinrichtung, die aus einem ersten und einem sich daran anschließenden zweiten Abschnitt besteht, wobei der erste Abschnitt der Mischeinrichtung mindestens eine spiralige Einkerbung und der zweite Abschnitt Rührarme aufweist.

Mischköpfe der eingangs genannten Art sind bekannt und z.B. in der US-PS 47 78 659 beschrieben. Sie dienen zum Vermischen von zwei oder mehreren Komponenten, die jedoch flüssig sein müssen. Sollen mit den Mischköpfen pastöse oder hochviskose Medien vermischt werden, dann besteht die Gefahr, daß das Mischgut nicht ausreichend vermischt wird, da es mit der Drehgeschwindigkeit der Mischeinrichtung in der Mischkammer umläuft.

Ausgehend von dem obigen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Mischkopf zu schaffen, bei dem das Vermischen von pastösen oder viskosen Komponenten binnen sehr kurzer Zeit erfolgen kann.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsmäß dadurch gelöst, daß zwischen den beiden Abschnitten ein Leitelement mit einer Stirnwand angeordnet ist, über die die gemischten Komponenten in den Bereich der Wand der Mischkammer übergeführt werden.

Man erkennt, daß der Mischkopf eine aus zwei Teilen oder Abschnitten bestehende Mischeinrichtung besitzt, von denen jedes Teil oder jeder Abschnitt in einer eigenen Mischkammer angeordnet ist und Drehbewegungen ausübt. Der erste Abschnitt der Mischeinrichtung (Abtrags- und Beförderungsabschnitt) dient im wesentlichen dazu, die von Behältern, Kartuschen, Flaschen oder dgl. zugeführten Komponenten in den Mischkopf aufzunehmen und diese in Richtung Auslaßöffnung zu befördern. Schon während dieser Zusammenarbeit zwischen den Medien und dem Abtrags- und Beförderungsabschnitt kommt es zu einem Vermischen der Komponenten, und zwar vor allem dann, wenn es sich um Flüssigkeiten handelt. Handelt es sich hingegen um Komponenten, die aus zähflüssigen oder gummiähnlichen Werkstoffen bestehen, z.B. Silikon, dann ist eine gute Vermischung der Komponenten noch nicht anzunehmen, vielmehr werden diese dem Rührabschnitt in kleinen Portionen, wo das eigentliche Vermischen erfolgt, zugeführt. Um zu gewährleisten, daß die einen bestimmten Drall aufweisenden Komponenten durch den Rührabschnitt vermischt werden, ist ein Leitelement bzw. Steuerungsorgan vorgesehen, das die etwa in Achsrichtung sich bewegenden Komponenten zur Innenwand der Mischkammer umlenkt, in der sie dann in Richtung Auslaßöffnung weiterbefördert werden. Die Komponenten werden dort vom Rührabschnitt erfaßt und miteinander gründlich vermischt. Da in den Mischkopf weitere Komponenten gelangen, werden die im Bereich des Mischkopfes sich befindenden Komponenten nach vorn, d.h. zum Auslaß, befördert.

Weitere zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Einlaßöffnungen am Gehäuse radial ausgerichtet sind und in den ersten Abschnitt der Mischkammer münden und daß der Abtrags- und Beförderungsabschnitt als Spiralbohrer ausgebildet ist. Der Spiralbohrer arbeitet mit einer Antriebsvorrichtung, z.B. einem Elektromotor, zusammen und wird so verdreht, daß die Medien zu seinem freien Ende und in Richtung Auslaß transportiert werden. Haben die Nuten des Bohrers einen Rechtsdrall, dann ist dieser linksumlaufend, während bei einem Linksdrall der Bohrer rechtsumlaufend ist. Hierbei ist es zweckmäßig, einen Bohrer zu verwenden, der mehrere Spannuten mit einem großen Spanwinkel besitzt. Dadurch kann es bereits in der Anfangsphase, in der die Komponenten in den Mischkopf gelangen, zu einer Portionierung kommen. In den Spannuten wechseln sich die Komponenten schichtweise ab, und zwar in Richtung vom einen zum anderen Ende des Bohrers.

Ist der Spannwinkel klein - solche Bohrer können z.B. bei Flüssigkeiten wie Farben verwendet werden - dann sind die Dicken der Schichten relativ groß, was jedoch in solchen Fällen kein Nachteil ist. Ein Bohrer mit einem großen Spannwinkel wird insbesondere dann verwendet, wenn mindestens eine der Komponenten silikonähnliche Eigenschaften besitzt. In solchen Fällen ist es gewöhnlich wichtig, daß möglichst geringe Portionen von Komponenten dem Rührabschnitt zugeführt werden.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Rührabschnitt von seiner Drehachse abgehende Rührarme mit Messern besitzt, deren Schneidekanten mit geringem Abstand zur Innenwand der Mischkammer angeordnet sind. Hierbei können diese Maßnahmen auch so getroffen sein, daß die Enden der Messer sich zu der Innenwand hin verjüngen.

Im Rahmen dieses Erfindungsgedankens ist es besonders vorteilhaft, wenn die Schneidekanten in Ebenen liegen, die die Drehachse unter einem Winkel schneiden, der geringer als 90° ist. Der Rührabschnitt ist daher so ausgebildet, daß er die als Belag der Innenwand der Mischkammer ausgebildeten Komponenten abschaben bzw. abscheren und gleichzeitig zum Auslaß hin befördern kann. Durch die Zufuhr weiterer Komponenten in den Rührabschnittbereich werden die bereits im Rührabschnittbereich befindlichen Komponenten zum Ausgang hin versetzt. Die Aufgabe des Rührabschnittes ist daher jedenfalls dann erfüllt, wenn er sich z.B. wie eine Fräse verhält, deren Schneidekanten mit einem geringen Abstand zur Innenwand der Mischkammer angeordnet sind. Die Größe des Abstandes der Schneidkante von der Innenwand ist davon abhängig, welche Medien miteinander vermischt werden. Bei dünnflüssigen Medien kann dieser Abstand minimal sein, während er bei zähflüssigen Flüssigkeiten größer gewählt wird.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Leitelement die Form einer Prallplatte besitzt. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Prallplatte eine kreisrunde Scheibe ist, deren Außendurchmesser geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der Mischkammer. Die Aufgabe der Prallplatte ist es, das vom ersten, als Abtrags- und Beförderungsabschnitt ausgebildeten Abschnitt kommende Medium so umzulenken, daß es entlang der Innenwand, die den Rührabschnitt umgibt, geführt wird.

Auch der Durchmesser der Scheibe ist eine Funktion des Mediums und somit von der Dichte der Flüssigkeiten abhängig. Hierbei können diese Maßnahmen auch so getroffen sein, daß die Außenumhüllung des axialen Querschnittes der Prallplatte kegelstumpfförmig ist und daß sich die Prallplatte zum Abtrags- und Beförderungsabschnitt hin verjüngt. Die Prallplatte kann mit der Mischeinrichtung drehfest oder drehbar verbunden sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch einen Mischkopf,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III nach Fig. 1 und

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Mischkopf 10 zum Vermischen mindestens zweier fließfähiger Komponenten mit einem Einlaßöffnungen 12 und 14 für die Komponenten aufweisenden Gehäuse 16 und einer eine Mischeinrichtung 20 aufweisenden und in dem Gehäuse 16 angeordneten Mischkammer dargestellt, die mit den Einlaßöffnungen 12 und 14 kommuniziert und eine Aulaßöffnung 22 für das aus der Mischkammer 24 entweichende Medium besitzt. Die Mischkammer 24 ist hohlzylindrisch ausgebildet. Die in der Mischkammer 24 drehbar gelagerte Mischeinrichtung 20 besitzt einen mit den Einlaßöffnungen 12 und 14 zusammenarbeitenden und die Komponenten zu der Auslaßöffnung 22 befördernden Abtrags- und Beförderungsabschnitt 30, der im vorliegenden Falle als Spiralbohrer ausgebildet ist. Die Mischeinrichtung besitzt ferner einen an diesen Abtrags- und Beförderungsabschnitt 30 sich anschließenden und mit der Auslaßöffnung 22 zusammenarbeitenden Rührabschnitt 32. Zwischen den beiden Abschnitten 30 und 32 ist ein Leitelement angeordnet, durch das die Komponenten in den Bereich der zylindrischen Innenwand 40, die den Rührabschnitt 32 umgibt, gelangen. Man erkennt, daß die Einlaßöffnungen 12 und 14 mit Bezug auf die zylinderförmige Mischkammer 24 radial ausgerichtet sind. Der Rührabschnitt 32 besitzt von seiner Drehachse 50 abgehende Arme mit Messern 52, 54, 56 und 58, deren Schneidkanten 60, 62, 64 und 66 mit geringem Abstand zur Innenwand 40 der Mischkammer 24 angeordnet sind. Die Enden der Messer 52 und 54 verjüngen sich zur Innenwand 40 hin. Die Schneidekanten 60, 62, 64 und 66 liegen in Ebenen, die die Drehachse 50 unter einem Winkel schneiden, der geringer als 90° ist.

Das Leitelement 36 hat die Form einer kreisrunden Prallplatte, deren Außendurchmesser geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der Mischkammer 24. Die Prallplatte 36 ist mit Abstand zum Abtrag- und Beförderungsabschnitt 30 angeordnet, so daß zwischen ihr und diesem Abschnitt ein Stauraum 70 ausgebildet ist.

Die Außenumhüllung des axialen Querschnittes der Prallplatte könnte jedoch auch kegelstumpfförmig sein und sich zum Abtrags- und Beförderungsabschnitt hin verjüngen. Eine solche Ausführungsform der Prallplatte wäre für dickflüssige Medien vorteilhaft. Die beiden Abschnitte 30 und 32 sind einstückig ausgebildet, sie könnten jedoch auch aus zwei miteinander unverdrehbar verbindbaren Teilen bestehen, die durch einen Wellenabschnitt 72 miteinander verbindbar wären. Für die Verbindung gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten. Der Wellenabschnitt 72 könnte einstückig mit dem ersten oder zweiten Abschnitt verbunden sein; er könnte jedoch auch ein separates Bauteil sein, das in axial sich erstreckenden Sacklochbohrung der beiden Abschnitte einsteckbar wäre und einen vom Kreis verschiedenen Querschnitt hätte. Die Fig. 2 läßt erkennen, daß die Spannuten 80 und 81 einen halbkreisförmigen Innenumriß besitzen und in Schneidekanten 84 und 86 auslaufen. Besonders scharfe Schneidekanten sind dann zweckmäßig und vorteilhaft, wenn eine der Komponenten z.B. Silikon ist. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn sich die Spannuten über einen Winkel erstrecken, der größer als 180° ist.

Die Fig. 1 läßt schließlich erkennen, daß die Messer nicht nur radial abstehen, sondern auch mit Abstand - gesehen in axialer Richtung - zueinander angeordnet sind. Dadurch entstehen Sätze von - hier - jeweils vier Messern, die sich wie Fräsen verhalten. Der Abstand zwischen den einzelnen Sätzen der Messer kann variieren und ist ebenfalls vom Medium abhängig.

Ist der Mischkopf über seinen Wellenfortsatz 90 an eine Antriebsvorrichtung, z.B. Elektromotor, angeschlossen und wird in die Einlaßöffnungen 12 und 14 Medium zugeführt, dann erfaßt die Schneidekante 86 bzw. 84 zunächst das in die Einlaßöffnung 12 bzw. 14 zugeführte Medium. Das in der Spannut 81 befindliche und durch die Einlaßöffnung 12 zugeführte Medium wird durch die Drehbewegung nach unten versetzt, so daß dieser Abschnitt der Spannut freigemacht wird, bevor er im Bereich der Einlaßöffnung 14 bzw. 12 erscheint, wo die Schneidkante 86 mit dem durch die Einlaßöffnung zugeführten Medium zusammenarbeiten. Die Spannut 81 bzw. 80 wird dadurch mit mindestens zwei Medien gefüllt, die sich in axialer Richtung bewegen. Es können selbstverständlich auch mehrere Einlaßöffnungen vorgesehen sein, so daß sich nicht zwei, sondern drei oder mehrere Schichten abwechseln. Diese Portionen gelangen dann in den Stauraum 70, wo sie durch die Prallplatte 72 gegen die Innenwand 40 der Mischkammer gedrückt werden. Entlang der Innenwand der Mischkammer, die den Rührabschnitt 32 umgibt, bildet sich ein - je nach Durchmesser der Prallplatte - mehr oder weniger dicker Film, der dann von den Messern des Rührabschnittes abgeschabt und weiter zur Auslaßöffnung 22 hin transportiert wird. Die Parameter des Mischkopfes, d.h. die Drehzahl der Mischeinrichtung, der Durchmesser der Prallplatte, der Druck, mit dem die Komponenten in die Einlaßöffnungen 12 und 14 gelangen, der Abstand der Messer von der Innenwand der Mischkammer und die axiale Länge der Mischkammer sind von den Eigenschaften der zu mischenden Medien abhängig. Die optimalen Werte können experimentell ermittelt werden. Der besondere Vorteil des hier in Rede stehenden Mischkopfes besteht darin, daß die Komponenten binnen einer sehr kurzen Zeit in den Mischraum gelangen, wo sie optimal durchgemischt werden. Da sowohl die Transportzeit als auch die Zeit für das Vermischen sehr kurz sind, kommt es zu keiner nennenswerten Erhöhung der Temperatur der Komponenten. Es ist nämlich bekannt, daß die Temperaturen den Abbindeprozeß beschleunigen können.

Claims (13)

1. Mischkopf zum Vermischen mindestens zweier fließfähiger Komponenten mit einem eine hohlzylindrische Mischkammer aufweisenden Gehäuse, mit mindestens zwei Einlaßöffnungen in dem Gehäuse für den Zutritt der Komponenten an dem einen Ende der Mischkammer, mit mindestens einer Auslaßöffnung für das Gemisch an dem anderen Ende der Mischkammer und mit einer in der Mischkammer angeordneten, drehbar gelagerten Mischeinrichtung, die aus einem ersten und einem sich daran anschließenden zweiten Abschnitt besteht, wobei der erste Abschnitt der Mischeinrichtung mindestens eine spiralige Einkerbung und der zweite Abschnitt Rührarme aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Abschnitten (30, 32) ein Leitelement (36) mit einer Stirnwand angeordnet ist, über die die gemischten Komponenten in den Bereich der Wand der Mischkammer (24) übergeführt werden.

2. Mischkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitelement die Form einer Prallplatte (36) besitzt.

3. Mischkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallplatte (36) eine kreisrunde oder vieleckige Scheibe ist deren Außendurchmesser geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der Mischkammer (24).

4. Mischkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallplatte (36) mit Abstand zum ersten, als Abtrags- und Beförderungsabschnitt ausgebildeten Abschnitt (30) angeordnet ist.

5. Mischkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Prallplatte (36) und dem Abtrags- und Beförderungsabschnitt (30) ein Stauraum (70) ausgebildet ist.

6. Mischkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Außenumhüllung des axialen Querschnittes der Prallplatte kegelstumpfförmig ist und daß sich die Prallplatte zum Abtrags- und Beförderungsabschnitt hin verjüngt.

7. Mischkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallplatte (36) auf einem Wellenabschnitt (72) des Rührabschnittes (32) gelagert ist.

8. Mischkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einlaßöffnungen (12, 14) am Gehäuse radial ausgerichtet sind und in den ersten Abschnitt der Mischkammer münden und
daß der Abtrags- und Beförderungsabschnitt (30) als Spiralbohrer ausgebildet ist.

9. Mischkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Enden der Messer (52, 54) zu der Innenwand (40) der Mischkammer (24) hin verjüngen.

10. Mischkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidekanten (60, 62, 64, 66) in Ebenen liegen, die die Drehachse (50) unter einem Winkel schneiden, der geringer als 90° ist.

11. Mischkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander unverdrehbar verbindbaren Abschnitte (30, 32) der Mischeinrichtung aus zwei separaten und miteinander lösbar verbindbaren Teilen bestehen.

12. Mischkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (22) koaxial zur Drehachse (50) oder im Winkel zu dieser verläuft.

13. Mischkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Rührabschnitt (32) von seiner Drehachse (50) abgehende Rührarme mit Messern (52, 54, 58) besitzt, deren Schneidekanten (60, 62, 64, 66) mit einem Abstand zur Innenwand (40) der Mischkammer (24) angeordnet sind.