DK150783B - Fremgangsmaade til blanding af vaesker i lukkede beholdere - Google Patents

Description

150783

Opfindelsen vedrører en fremgangsmåde til blanding af væsker i lukkede beholdere, navnlig en fremgangsmåde til blanding af maling og andre væsker eller opslæmninger i beholdere, der er delvis fyldte.

5 Den kendte teknik inden for området blanding af maling og andre væsker har tilvejebragt utallige apparater, der er beregnet til at gennemføre effektiv blanding i forholdsvis korte tidsperioder. Disse apparater er typisk beregnet til handelsmæssigt brug, 10 f.eks. i en detailfarvehandel, hvor kunderne køber maling med en eller flere farvekomponenter tilsat et grundmateriale, og hvor den fremkomne blanding rystes kortvarig og grundigt for at tilvejebringe en ensartet blanding af farve og viskositet. Kendte 15 apparater og fremgangsmåder har som deres primære formål en indgående og effektiv blanding gennemført i så kort en tidsperiode som mulig, for at salget kan gennemføres hurtigt, og kundens ventetid formindskes. For at opnå dette omfatter apparatet til blan-20 ding sædvanligvis et organ til fastspænding omkring en beholder med maling og til kraftig rystning af beholderen i en periode fra 30 s til 5 min.

Apparater beregnet til gennemførelse af den ønskede blandebevægelse har forskellige former. I USA-25 patentskrift nr. 2 022 527 omtales der således en svingende bevægelse, hvor beholderen med maling er placeret lodret og svinges hurtigt om en vandret akse gennem beholderen. USA-patentskrift nr. 2 092 190 gennemfører i hovedsagen den samme svingende bevægelse med 30 en dåse, der er placeret på siden i et vandret plan. USA-patentskrift nr. 2 109 233 beskriver en blandebevægelse, hvor aksen for beholderen bevæges ad en lige linie, medens beholderens ender samtidig gennemløber stort set elliptiske baner i modsatte retninger. USA-35 patentskrift nr. 2 797 902 beskriver en blandebevægel- 150783 2 se, hvor beholderen med maling udsættes for en kombineret siderettet svingningsbevægelse og en samtidig vandret svingende bevægelse, hvor den siderettede svingningsbevægelse gennemføres om en drejningsakse 5 placeret under tyngdepunktet for beholderen og dens indhold. USA-patentskrift nr. 3 552 723 omtaler en blandebevægelse, hvor en beholder med maling udsættes for en ujævn vippende bevægelse omkring et omdrejningspunkt, hvilket bevirker, at malingen cirkulrer 10 i én retning inden i dåsen, hvorhos aksen, omkring hvilken den vippende bevægelse gennemføres, generelt er horisontal. USA-patentskrift nr.3 880 408 omtaler et apparat til blanding af maling, hvor en ramme er drejeligt fastgjort til et stativ, så at der mulig-15 gøres rotation omkring en første akse, og rammen bærer en dåseholder, der er drejeligt bevægelig omkring en anden lodret akse, hvorhos der er drivorganer til at bringe dåsen til at rotere om den anden akse, samtidig med, at rammen roterer om den første, lodrette 20 akse. Endelig omtales der i USA-patentskrift nr.

3 542 344 et apparat til blanding af maling, hvor en lodret placeret dåse først roterer hurtigt omkring en første lodret akse gennem dåsen, hvorefter denne bevægelse pludselig standses, og dåsen bringes til 25 rotation i modsat retning omkring den samme akse, hvilken virkning gentages med det formål, at der tilvejebringes en indvendig hvirvel i malingen, hvilken hvirvel fremkaldes, ødelægges og påny fremkaldes i modsat retning.

30 Alle de foregående patentskrifter beskriver maskiner, der er fremkommet ad empirisk vej, og fremgangsmåder til at give væsker i en beholder kraftig bevægelse på en eller anden måde med det håb, at slutresultatet skal være en godt gennemført blanding. En 3 150783 god væskeblanding er specielt vanskeligt at opnå ved maling, eftersom komponenterne har tendens til at udskilles og samles på bunden af dåsen i lagringstiden for beholderen med maling. Disse komponenter 5 må bringes tilbage til suspension i væsken for at tilvejebringe en maling, der har den rigtige farve og konsistens til påføring. Man har hidtil tænkt sig, at blandeoperationen bedst blev gennemført ved en voldsom bevægelse af beholderen i stort set enhver 10 retning eller retninger i en begrænset tidsperiode.

Det har været vanskeligt at opnå teoretiske data for forholdene ved væskebevægelse, der foregår inden i beholderen med maling, eftersom denne bevægelse er en kompliceret turbulent bevægelse, der 15 er vanskelig, omend ikke umulig, at beskrive teoretisk. De fleste teoretiske studier af væsketurbulens har behandlet væskens opførsel i en bevægelig, lukket beholder. I en bog med titlen "Boundary-Layer Theory" af dr. Hermann Schlichting, McGraw-Hill Book Company, 20 1968, bemærkes det, at hastighed og tryk i et fast punkt i rummet i tilfælde af turbulente bevægelser ikke er konstante i tid, men gennemfører meget uregelmæssige svingninger med høj frekvens. "Klumper" af væske gennemfører sådanne svingninger, og disse 25 "klumper" består ikke af enkelte molekyler, som det antages i den kinetiske teori for gasser. De er makroskopiske væskekugler med varierende lille størrelse. Videnskabelige undersøgelser har vist, at sådanne svingninger i hastighed og tryk også omfatter 30 visse større dele af fluidumvolumenet, der har sin egen specielle bevægelse overlejret på væskens almindelige bevægelse. Sådanne "væskekugler" eller "klumper" har varierende størrelse, der kontinuerligt kan samles og adskilles og genformes, og denne virk-35 ning har været anvendt til at forsøge at bestemme 4 150783 graden af turbulens under givne forhold. Det antages, at denne form for svingninger i tryk og hastighed, når de frembringes i et apparat til blanding af maling, bevirker turbulente forhold i beholderen med maling, 5 hvilket på mest tilfredsstillende måde og hurtigt tilvejebringer en effektiv blanding af væsken i beholderen. Det er derfor ønskeligt at tilvejebringe en fremgangsmåde til blanding af maling, der bevirker den maksimale, tilsyneladende turbulens i malingen, 10 og med opfindelsen tilsigtes der tilvejebragt en sådan fremgangsmåde.

Med opfindelsen tilsigtes der endvidere tilvejebragt en fremgangsmåde til blanding af maling, der kan gennemføres ved hjælp af et apparat med små om-15 kostninger til energi, thi selv om den kendte teknik har anset, at heftig omrøring let kan opnås ved tilførsel af høje energikræfter til væskerne, tilsigtes der ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen tilvejebragt en effektiv blanding med anvendelse af en mi-20 nimal energimængde.

Med opfindelsen tilsigtes der endvidere tilvejebragt en fremgangsmåde til blanding, der kan gennemføres ved hjælp af en simpel mekanisk bevægelse, og som i størst mulig udstrækning drager nytte af 25 naturkræfterne til at opnå det ønskede slutresultat, og i denne henseende anvender og udnytter opfindelsen tyngdekraften ved gennemførelse af fremgangsmåden.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at en cylindrisk beholder fyldes delvis med en væ-30 skeblanding, så der bliver et luftvolumen tilbage i beholderen, at beholderen med horisontalt orienteret længdeakse sættes i en cyklisk bevægelse i en lukket bane i et vertikalt plan vinkelret på længdeaksen, og at den cykliske bevægelses omdrejningstal afpasses således, at 35 væskeblandingen dispergeres i luftvolumenet i beholderen.

5 150783

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 skematisk viser en delvis fyldt beholder i et vandret tværsnit, 5 fig. 2A-2D et skematisk vandret billede med flere bevægelsesstillinger af beholderen i fig. 1, og fig. 3A-3H flere yderligere bevægelsesstillinger under accelerationen af den lukkede beholder i fig. 1.

10 I fig. 1 er der vist en lukket beholder 10 til maling eller anden væske, hvilken beholder er centreret om akserne X og Y. I alle figurerne er der vist en ydre cirkel, der er fikseret i forhold til X- og Y-akserne, hvilken cirkel er vist for bedre at 15 illustrere den relative stilling af beholderen 10.

Et luftrum 14 findes ved toppen af beholderen, hvilket luftrum kan være relativt større eller mindre end vist i figurerne. Beholderen i fig. 1 viser en delvis fyldt, cylindrisk beholder i hvile, hvor beholderaksen 20 er angivet med punktet 20, hvilken akse antages at være vinkelret på figurens plan. Beholderen 10 er fortrinsvis en cylindrisk beholder af den type, der sædvanligvis anvendes ved fremstilling og salg af maling i detailhandlen.

25 Fig. 2A-2D viser øjeblikkelige bevægelsesstil linger af beholderen 10, medens den roterer gennem en lukket bane, hvis akse er parallel med aksen 20, men ikke nødvendigvis falder sammen med aksen 20.

Den lukkede bane må have en væsentlig udstrækning i 30 lodret retning, og i den foretrukne udførelsesform har det vist sig, at den lukkede bane af hensyn til enkelhed i konstruktionen fortrinsvis skal have en lige så stor udstrækning i horisontal retning, idet en bevæ- 6 150783 gel se af denne type let Jean frembringes ved anvendelse af knaster eller krumtapmekanismer, der drives af en roterende aksel. Fig. 2A viser aksen 30 for den lukkede bane som skæring mellem X og Y centerlinier-5 ne, idet punktet 20 er aksen for beholderen 10.

Bevægelse af beholderen om aksen 30 er skematisk angivet med en pil 40, og under denne bevægelse vil luftrummet 14 have tendens til at flytte sig i bevægelsesretningen og blive forsat fra den øverste mid-10 terstilling i fig. 1. Fig. 2B viser en anden stilling af beholderen 10, når bevægelsen fortsættes ad den lukkede bane med en akse ved 30. Den relative stilling af luftrummet 40 i beholderen 10 når en maksimal forskydning i sideretningen fra topstillingen i 15 fig. 1 og fortsætter ikke yderligere, når vinkelbe- ' vægeisen 40 fortsættes. Fig. 2C viser en tredje stilling af beholderen 10, når bevægelsen fortsættes ad en lukket bane med en akse ved 30. Luftrummet 14 forskydes mod venstre fra sin stilling i fig. 2B, .20 idet det hurtigt har bevæget sig fra sin stilling i fig. 2B til den forskudte stilling i fig. 2C. Fig.

2D viser en yderligere stilling af beholderen 10, medens denne bevæges ad en lukket bane med centrum ved aksen 30, hvor luftrummet 14 har forskudt sig 25 nærmere mod toppen af beholderen, men stadig er forskudt mod venstre fra stillingen i fig. 1.

Illustrationerne i fig. 2A-2D viser den relative forskydning af luftrummet 14 i en beholder under betingelser, hvor beholderen 10 bevæges ad en 30 lukket bane omkring en akse 30 med en relativt lav vinkelhastighed. Under disse forhold har det vist sig, at luftrummet 14 vil søge at forblive nær sin hvilestilling i toppen af beholderen, men vil bevæge sig frem og tilbage omkring hvilestillingen som 150783 7 vist, medens beholderen gennemfører sin lukkede bane.

I denne situation er væskeblandingen i beholderen forholdsvis ringe, idet pigmenter og andre faste materialer ikke får tilstrækkelig kraft til at overgå til 5 suspension i væsken.

Fig. 3A-3H viser øjebliksstillinger af beholderen 10 under forhold, hvor vinkelhastigheden ad den lukkede bane accelereres. I fig. 3A befinder beholderen 10 sig i en øjebliksstilling svarende til stillinger-10 ne vist i fig. 2A-2D, men det antages, at pilen 50 angiver en vinkelbevægelse med større vinkelhastighed. Fig. 3B viser endnu en stilling af beholderen 10, hvor vinkelhastigheden af beholderen 10 om aksen 30 for den lukkede bane, som angivet med 15 pilen 60, forøges yderligere i forhold til fig. 3A.

Fig. 3C viser den virkning, som foregår, når vinkelhastigheden af beholderen 10 omkring aksen 30 forøges ud over en kritisk værdi, der er markeret med pilen 70. Med denne hastighed af vinkelbevægelsen 20 begynder luftrummet 14 at brydes op, og små luftbobler begynder at trænge ind i væsken 12. Fig. 3D viser en forøget vinkelhastighed 80, hvor luftrummet 14 er brudt op i et antal relativt store luftbobler 14a, 14b, 14c etc., der vil søge at trænge ind i væsken 25 12. Fig. 3E viser en forøget vinkelhastighed 90, hvor luftboblerne forøges i antal og formindskes i størrelse og synes at begynde en vinkelhastighed omkring aksen 20, som angivet med pilene 91 og 92.

Fig. 3F viser et fænomen, der opstår ved en 30 speciel vinkelhastighed 100. Ved denne specielle vinkelhastighed, som synes at være en funktion af det materiale, hvoraf væsken 12 består, den relative forskydning af aksen 20 fra aksen 30 samt andre faktorer, begynder luftbobler pludselig at spre-35 des mere eller mindre ensartet i væsken 12. Dette 8 150783 synes at fremkalde en omfattende tilstand af turbulens i beholderen 10/ så at der fremkommer en meget tydelig og omfattende indvendig forstyrrelse. Det antages, at den maksimale blandingseffektivitet opstår ved den-5 ne vinkelhastighed af beholderen 10 omkring aksen 30, og det har vist sig, at yderligere forøgelse af vinkelhastigheden af beholderen 10, som vist i fig. 3G og fig. 3H, ikke forøger turbulensen i beholderen. Yderligere forøgelse af vinkelhastigheden, som 10 angivet ved 110 (fig. 3G) og 120 (fig. 3H) vil fremkalde en aftagende turbulenszone, der vil søge at bevæge sig mod aksen 30 og forblive relativt stationær omkring denne akse ved større vinkelhastigheder .

15 Den foregående beskrivelse viser, at beholde ren 10 må bevæges ad en lukket bane, og at den lukkede bane må have en lodret bevægelseskomponent, og at bevægelseshastigheden omkring den lukkede bane må være større end den hastighed, der muliggør, at luft-' 20 rummet 14 forbliver relativt nær ved toppen af beholderen, men ikke så stor at turbulensen koncentreres omkring aksen for den lukkede bane. Den foretrukne og den rigtige fremgangsmåde til blanding ifølge det i det foregående nævnte består i, at beholderen fyldes 25 delvis med væske, idet der efterlades et luftrum heri, at beholderen bevæges ad en lukket bane, hvilken bane i det mindste har nogen vertikal amplitude, og at beholderen bevæges ad denne bane med en sådan hastighed, at luftrummet i beholderen forskydes fra toppen 30 af beholderen og blandes med væsken i beholderen, så at der opstår omfattende turbulens i beholderen.

I praksis har det med en typisk beholder til maling med et indhold på 3,8 1 vist sig, at en lukket bane med en lodret amplitude på mellem 4,8 og 28,6 mm 35 er tilstrækkelig til at bevirke den ønskede turbulens

Claims (2)

150783 i beholderen, idet omdrejningstallet omkring den lukkede bane er begrænset til mellem 400 og 2100 0/min. Den relative blandingseffektivitet med disse parametre bestemmes af egenskaber ved selve væsken, men de fle-5 ste almindelige og handelsmæssige blandinger af maling har vist sig at blive tilstrækkeligt blandet, når bevægelsen foregår inden for det nævnte amplitudeinterval og intervallet for vinkelhastigheden i en relativt kort tid inden for området 15-90 s.

1. Fremgangsmåde til blanding af væske i lukkede beholdere, kendetegnet ved, at en cylindrisk beholder (10) fyldes delvis 20 med en væskeblanding (12), så der bliver et luftvolumen (14) tilbage i beholderen, at beholderen med horisontalt orienteret længdeakse (20) sættes i en cyklisk bevægelse i en lukket bane i et vertikalt plan vinkelret på længdeaksen (20), 25 og at den cykliske bevægelses omdrejningstal afpasses således, at væskeblandingen dispergeres i luftvolumenet i beholderen.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kende-30 tegnet ved, at bevægelsen af beholderen i den lukkede bane fortsættes i en periode på mellem 15 og 90 s.