DE4428813A1

DE4428813A1 - Vorrichtung zum statischen Mischen von Fluiden, insbesondere von thermoplastifiziertem Kunststoff, und Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung

Info

Publication number: DE4428813A1
Application number: DE4428813A
Authority: DE
Inventors: Ewald Schwing; Horst Uhrner; Horst Fackert
Original assignee: EWALD SCHWING VERFAHRENSTECHNI
Current assignee: EWALD SCHWING VERFAHRENSTECHNI
Priority date: 1994-08-13
Filing date: 1994-08-13
Publication date: 1996-02-15
Anticipated expiration: 2014-08-14
Also published as: DE4428813C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum statischen Mischen von Fluiden, insbesondere von thermoplastifiziertem Kunststoff, - mit einem zylindrischen, rohrförmigen Gehäuse aus Stahl und einer Mehrzahl von darin angeordneten Misch modulen aus Stahlblechstäben gleicher Blechdicke, die ein räumliches Kreuzrost mit im wesentlichen rechtwinklig nach einem vorgegebenen Raster sich kreuzenden Stahlblechstäben bilden, wobei die Stahlblechstäbe des Kreuzrostes mit ihrer Stabfläche schräg und quer zur Gehäuseachse angeordnet, an den Kreuzungsstellen miteinander verbunden und mit ihren Enden mit der Gehäuseinnenwand verlötet oder verschweißt sind. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstel lung solcher Vorrichtungen. - Wird mit Verlötung gearbeitet, so wird im allgemeinen eine Hochtemperatur-Hartlötung ver wirklicht. Fluide Medien bezeichnet im Rahmen der Erfindung Flüssigkeiten und insbesondere thermoplastifizierten Kunst stoff, welche für die Weiterverarbeitung eine homogene isotrope Temperatur und anderer physikalischer Parameter oder eine homogene isotrope Mischung eingemischter Farb stoffe benötigen. Ein räumliches Kreuzrost besitzt zumindest zwei Roste aus in Rostebenen angeordneten Roststäben, wobei die Rostebenen sich zumeist rechtwinklig durchdringen und die Roststäbe sich folglich kreuzen.

Bei der aus der Praxis bekannten Vorrichtung, von der die Erfindung ausgeht, besitzen die Stahlblechstäbe einen stab förmigen, langgestreckten, rechteckigen Grundriß. An den Kreuzungsstellen sind diese Stahlblechstäbe miteinander verschweißt. Dabei müssen störend große Toleranzen in Kauf genommen werden. Die Schweißarbeiten sind aufwendig und produzieren unterschiedlich gestaltete Schweißraupen. Die großen Toleranzen und die unterschiedlichen Schweißraupen stören die Vermischung zu einer homogenen isotropen Struktur, anders ausgedrückt, stören eine homogene isotrope Durchmischung. Es kann im Fluid Strähnenbildung auftreten. Die beschriebenen Erscheinungen, insbesondere die Schweiß raupen, erhöhen im übrigen den Druckverlust, den das Fluid, welches durch die Vorrichtung hindurchgeführt wird und folglich die Mischmodule passiert, erfährt, ohne daß diese Druckverluste zur Durchmischung beitragen. Insoweit ist, bezogen auf die Erzielung einer homogenen isotropen Struktur in dem Fluid bei der bekannten Ausführungsform der Wirkungsgrad verbesserungsbedürftig.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, bei einer Vorrichtung des eingangs beschriebenen Aufbaus störend große Toleranzen und Schweißraupen unterschiedlicher Gestalt zu vermeiden und dadurch den Wirkungsgrad in bezug auf eine homogene isotrope Struktur zu verbessern. Der Erfindung liegt fernerhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzu geben, mit dem solche Vorrichtungen einfach und mit hoher Genauigkeit hergestellt werden können.

Zur Lösung des technischen Problems lehrt die Erfindung, ausgehend von der eingangs beschriebenen Vorrichtung, daß die Stahlblechstäbe an den Kreuzungsstellen Stabverbrei terungen mit der Blechdicke der Stahlblechstäbe angepaßten Ausklinkungen mit Ausklinkungsseitenwänden und Ausklinkungs grund aufweisen, die in entsprechende Ausklinkungen der kreuzenden Stahlblechstäbe bis zum Kontakt Ausklinkungsgrund gegen Ausklinkungsgrund einfassen sowie Formschlußknoten bilden und daß die Stahlblechstäbe in den Formschlußknoten miteinander verlötet oder verschweißt sind.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei einer Vorrichtung des eingangs beschriebenen Aufbaus und der eingangs beschriebenen Zweckbestimmung die Mischmodule durch die Ausklinkungen und die dadurch gebildeten Formschluß knoten in ihrer Geometrie nach Maßgabe der vorgegebenen Toleranzen und Passungen sehr genau festgelegt werden können. In den Formschlußknoten sind störungsfrei und definiert die Schweiß- oder Lötarbeiten durchzuführen, wobei störende Schweiß- oder Lötraupen nicht entstehen. Im Ergebnis werden durch die beschriebenen Maßnahmen die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung in bezug auf die Sicherstellung einer homogenen isotropen Durchmischung verbessert, außerdem wird die Herstellung erleichtert. Die Formschlußknoten selbst sind in den Mischmodulen in statischer Hinsicht die Festigkeit und die Stabilität erhöhende Bauteile.

Im einzelnen bestehen verschiedene Möglichkeiten der weiteren Ausbildung und Gestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. In diesem Zusammenhang empfiehlt die Erfindung, für alle in der Praxis vorkommenden Durchmesser der Vorrich tung, daß die Stahlblechstäbe eine Blechdicke von 1 bis 3 mm aufweisen. Vorzugsweise besitzen sie eine Blechdicke von etwa 1,5 mm. Die Ausklinkungen besitzen, auch aus mecha nischen Gründen, eine Ausklinkungsbreite, die, bis auf Passungsvorgaben, der Blechdicke der Stahlblechstäbe ent sprechen. Aus gleichem Grunde besitzen die Ausklinkungen vorzugsweise eine Ausklinkungstiefe, die zumindest der Blechdicke der Stahlblechstäbe entspricht. Die Stahlblech stäbe selbst weisen, bis auf die Stabverbreiterungen, eine Stabbreite auf, die um einen Faktor 3 bis 4 größer ist als die Blechdicke.

Mit dem Ziel, die homogene isotrope Durchmischung zu optimieren, lehrt die Erfindung, daß die Mischmodule in dem Gehäuse gereiht, von Mischmodul zu Mischmodul um 90° ver setzt angeordnet und in Reihungsrichtung mit Formschluß knoten gegeneinander abgestützt sind. Die Versetzung um 90° optimiert die Durchmischung. Die Abstützung der Mischmodule über die Formschlußknoten läßt es ohne weiteres zu, auch hohe Druckdifferenzen zu beherrschen.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung können alle Misch module baugleich ausgeführt sein. Eine besonders gute homogene isotrope Durchmischung bei geringen Druckverlusten erreicht man dadurch, daß die einzeln gereihten Mischmodule eine unterschiedliche Anzahl von Stahlblechstäben und ein nach Maßgabe der Anzahl der Stahlblechstäbe unter schied liches Rastermaß aufweisen. Das Rastermaß kann in Strömungs richtung des Fluids abnehmen. Darunter wird verstanden, daß die Größe der Rostabstände in Strömungsrichtung kleiner wird.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann mit einem ein heitlichen, verhältnismäßig langgestreckten Gehäuse gear beitet werden, in welches die einzelnen Mischmodule einge schoben sind. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die einzelnen Mischmodule in Gehäuseabschnitten anzuordnen, deren Länge der Länge der Mischmodule entspricht, wobei die Gehäuseabschnitte miteinander formschlüssig verbunden sind. Dazu können die Gehäuseabschnitte in den Stirnseiten ihrer Gehäusewand um 90° versetzte Bohrungen und in den Bohrungen Verbindungsbolzen aufweisen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich, insbesondere in bezug auf die Fertigung der Mischmodule, durch geringen Fertigungsaufwand aus. Die Herstellung kann auf verschiedene Weise erfolgen. Durch Einfachheit und geringe Fertigungs toleranzen ausgezeichnet ist ein Verfahren zur Herstellung der beschriebenen Vorrichtung mit den folgenden Ver fahrensschritten:

1) die Stahlblechstäbe werden mit Hilfe einer Laser-Schneidtechnik toleranzarm aus dem Stahlblech ausgeschnitten,
2) die Stahlblechstäbe werden mit Hilfe der Stahlblech verbreiterungen an den Ausklinkungen unter Bildung der Stahlblechknoten nach Maßgabe der vorgegebenen Geometrie der Mischmodule zu einem Mischmodul-Vor produkt zusammengesteckt,
3) die Stahlblechstäbe in dem Mischmodul-Vorprodukt werden im Bereich der Formschlußknoten gleichzeitig durch Zuführung von elektrischer Energie unter Bildung von metallischen Schmelzen vereinigt,

wobei zum Zwecke der Herstellung einer Lötverbindung im Bereich der Formschlußknoten zuvor auf die Stahlblechstäbe ein Hartlot aufgebracht wird.

Die Mischmodul-Vorprodukte können in das Gehäuse eingebracht und in dem Gehäuse durch Zuführung von elektrischer Energie untereinander und mit dem Gehäuse unter Bildung einer metallischen Schmelze vereinigt werden. Die metallische Schmelze kann durch einen Schweißvorgang erzeugt werden, bei dem Schweißgut nicht zugeführt wird. Die metallische Schmelze kann aber auch dadurch erzeugt werden, daß Schweiß gut oder Hartlot zugeführt bzw. vorher aufgebracht werden. Nach einem anderen Vorschlag der Erfindung werden die Mischmodul-Vorprodukte in den dem jeweiligen Mischmodul-Vor produkt zugeordneten Gehäuseabschnitt eingebracht und in dem Gehäuseabschnitt durch Zuführung von elektrischer Energie miteinander und mit dem Gehäuse unter Bildung einer metallischen Schmelze vereinigt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit den freigelegten Mischmodulen,

Fig. 2 eine Ansicht des Gegenstandes der Fig. 1 aus Richtung des Pfeiles A bei vollständigem Gehäuse,

Fig. 3 den vergrößerten Ausschnitt B aus dem Gegenstand der Fig. 1 ausschnittsweise,

Fig. 4, 5 und 6 unterschiedliche Stahlblechstäbe für ein Mischmodul einer erfindungsgemäßen Vorrich tung und

Fig. 7 eine Ansicht eines Kreuzrostes welches aus Stahl blechstäben der Fig. 4, 5 und 6 aufgebaut ist, aus schnittsweise.

Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung dient zum statischen Mischen von Fluiden, insbesondere von thermo plastifiziertem Kunststoff. Zum grundsätzlichen Aufbau gehören ein zylindrisches, rohrförmiges Gehäuse 1 aus Stahl und eine Mehrzahl von darin angeordneten Mischmodulen 2 aus Stahlblechstäben 3 gleicher Blechdicke. Die Stahlblechstäbe 3 bilden ein räumliches Kreuzrost mit im wesentlichen rechtwinklig nach einem vorgegebenen Raster sich kreuzenden Stahlblechstäben 3. Die Stahlblechstäbe 3 der Mischmodule 2 sind, mit ihren Stabflächen schräg und quer zur Gehäuseachse 4 angeordnet und an den Kreuzungsstellen 5 miteinander verbunden. Sie sind mit ihren Enden mit der Innenwand des Gehäuses 1 verlötet oder verschweißt.

Aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 1 und 3 ent nimmt man, daß die Stahlblechstäbe 3 an den Kreuzungsstellen 5 Stabverbreiterungen 6 mit der Blechdicke der Stahlblech stäbe 3 angepaßten Ausklinkungen 7 mit Ausklinkungsseiten wänden und Ausklinkungsgrund aufweisen, die in entsprechende Ausklinkungen der kreuzenden Stahlblechstäbe 3 bis zum Kontakt Ausklinkungsgrund gegen Ausklinkungsgrund, ein fassen. Dabei liegen auch die Ausklinkungsseitenwände aneinander. Auf diese Weise entstehen Formschlußknoten 8, die eine Doppelfunktion erfüllen. Sie definieren zunächst nach Maßgabe der Toleranzen und Passungen sehr genau die gesamte Geometrie der Mischmodule 2, sie sind aber zugleich in statischer Hinsicht stabilisierende und die Gestalt festigkeit erhöhende Elemente. Die Stahlblechstäbe 3 sind in den Formschlußknoten 8 im Bereich der Kontaktflächen miteinander verlötet oder verschweißt.

Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung mögen die Stahlblechstäbe 3 eine Blechdicke von 1 bis 3 mm aufweisen. In den Fig. 4, 5, 6 und 7 mag die Blechdicke etwa 1,5 mm betragen. Die Ausklinkungen 7 besitzen eine Ausklinkungsbreite, die, bis auf Passungsvor gaben, der Blechdicke der Stahlblechstäbe 3 entspricht. Im übrigen besitzen die Ausklinkungen 7 eine Ausklinkungstiefe, die zumindest der Blechdicke der Stahlblechstäbe 3 ent spricht. Die Breite der Stahlblechstäbe 3 ist weitgehend beliebig. Bewährt hat es sich, daß die Stahlblechstäbe 3, wie in den Figuren angedeutet, bis auf die Stabverbreite rungen 6, eine Stabbreite aufweisen, die um einen Faktor 3 bis 4 größer ist als die Blechdicke.

Betrachtet man die Fig. 1 und 2, so erkennt man, daß die Mischmodule 2 in dem Gehäuse 1 gereiht, von Mischmodul 2 zu Mischmodul 2 um 90° versetzt, angeordnet und in Reihungs richtung mit Formschlußknoten 8 gegeneinander abgestützt sind. Im Ausführungsbeispiel sind die Mischmodule 2 der Vorrichtung alle baugleich ausgeführt. Man könnte aber auch die einzelnen gereihten Mischmodule 2 mit einer unter schiedlichen Anzahl von Stahlblechstäben 3 ausrüsten, so daß sie ein nach Maßgabe der Anzahl der Stahlblechstäbe 3 unterschiedliches Rastermaß aufweisen. In diesem Falle kann das Rastermaß in Strömungsrichtung des Fluids abnehmen. In der Fig. 1 wurde durch strichpunktierte Linien angedeutet, daß die einzelnen Mischmodule in Gehäuseabschnitten 9 ange ordnet sind, deren Länge der Länge der Mischmodule 2 entspricht, wobei die Gehäuseabschnitte 9 miteinander formschlüssig verbunden sind. Zwischen den strichpunktierten Linien erkennt man diese Gehäuseabschnitte. Die Gehäuse abschnitte 9 weisen als Formschlußelemente 10 z. B. in den Stirnseiten ihrer Gehäusewand um 90° versetzte Bohrungen und in den Bohrungen Verbindungsbolzen auf, wie es der ver größerte Ausschnitt links in Fig. 1 andeutet.

Claims

1. Vorrichtung zum statischen Mischen von Fluiden, insbesondere von thermoplastifiziertem Kunststoff, mit
einem zylindrischen, rohrförmigen Gehäuse aus Stahl und einer Mehrzahl von darin angeordneten Mischmodulen aus Stahlblechstäben gleicher Blechdicke, die ein räum liches Kreuzrost mit im wesentlichen rechtwinklig nach einem vorgegebenen Raster sich kreuzenden Stahlblech stäben bilden,
wobei die Stahlblechstäbe des Kreuzrostes mit ihrer Stabfläche schräg und quer zur Gehäuseachse angeordnet, an den Kreuzungsstellen miteinander verbunden und mit ihren Enden mit der Gehäuseinnenwand verlötet oder verschweißt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlblechstäbe an den Kreuzungsstellen Stabverbrei terungen mit der Blechdicke der Stahlblechstäbe angepaßten Ausklinkungen mit Ausklinkungsseitenwänden und Aus klinkungsgrund aufweisen, die in entsprechende Ausklinkungen der kreuzenden Stahlblechstäbe bis zum Kontakt Aus klinkungsgrund gegen Ausklinkungsgrund einfassen und dadurch Formschlußknoten bilden, und daß die Stahlblechstäbe in den Formschlußknoten miteinander verlötet oder verschweißt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechstäbe eine Blechdicke von 1 bis 3 mm aufweisen.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlblechstäbe eine Blechdicke von etwa 1,5 mm aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausklinkungen eine Ausklinkungs breite aufweisen, die, bis auf Passungsvorgaben, der Blech dicke der Stahlblechstäbe entspricht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausklinkungen eine Ausklinkungstiefe aufweisen, die zumindest der Blechdicke der Stahlblechstäbe entspricht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlblechstäbe, bis auf die Stab verbreiterungen, eine Stabbreite aufweisen, die um einen Faktor 3 bis 4 größer ist als die Blechdicke.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischmodule in dem Gehäuse gereiht, von Mischmodul zu Mischmodul um 90° versetzt, angeordnet und in Reihungsrichtung mit Formschlußknoten gegeneinander abgestützt sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischmodule der Vorrichtung baugleich ausgeführt sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen gereihten Mischmodule eine unterschiedliche Anzahl von Stahlblechstäben und ein nach Maßgabe der Anzahl der Stahlblechstäbe unterschiedliches Rastermaß aufweisen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Rastermaß in Strömungsrichtung des Fluids abnimmt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Mischmodule in Gehäuseab schnitten angeordnet sind, deren Länge der Länge der Misch module entspricht, und daß die Gehäuseabschnitte miteinander formschlüssig verbunden sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseabschnitte in den Stirnseiten ihrer Gehäuse wand um 90° versetzte Bohrungen und in den Bohrungen Ver bindungsbolzen aufweisen.

13. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 mit den Verfahrensschritten:

13.1) die Stahlblechstäbe werden mit Hilfe einer Laser- Schneidtechnik toleranzarm aus dem Stahlblech ausgeschnitten,
13.2) die Stahlblechstäbe werden mit Hilfe der Stahl blechverbreiterungen an den Ausklinkungen unter Bildung der Stahlblechknoten nach Maßgabe der vorgegebenen Geometrie der Mischmodule zu einem Mischmodul-Vorprodukt zusammengesteckt,
13.3) die Stahlblechstäbe in dem Mischmodul-Vorprodukt werden im Bereich der Formschlußknoten gleich zeitig durch Zuführung von elektrischer Energie unter Bildung von metallischen Schmelzen ver einigt,

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Mischmodul- Vorprodukte in das Gehäuse eingebracht und in dem Gehäuse durch Zuführung von elektrischer Energie miteinander und mit dem Gehäuse unter Bildung einer metallischen Schmelze vereinigt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Mischmodul- Vorprodukte in den, dem jeweiligen Mischmodul-Vorprodukt zugeordneten Gehäuseabschnitt eingebracht und in dem Gehäuseabschnitt durch Zuführung von elektrischer Energie miteinander und mit dem Gehäuseabschnitt unter Bildung einer metallischen Schmelze vereinigt werden.