EP1308202A1 - Vorrichtung zum Mischen mindestens zweier Fluide - Google Patents

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Publication number
EP1308202A1
EP1308202A1 EP02022597A EP02022597A EP1308202A1 EP 1308202 A1 EP1308202 A1 EP 1308202A1 EP 02022597 A EP02022597 A EP 02022597A EP 02022597 A EP02022597 A EP 02022597A EP 1308202 A1 EP1308202 A1 EP 1308202A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mixing
tool
mixing tool
fluids
mixing chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02022597A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerd Scheying
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1308202A1 publication Critical patent/EP1308202A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/44—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms with stirrers performing an oscillatory, vibratory or shaking movement
    • B01F31/441—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms with stirrers performing an oscillatory, vibratory or shaking movement performing a rectilinear reciprocating movement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/40—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms with an axially oscillating rotary stirrer

Definitions

  • the invention is based on a device for mixing at least two substances, in particular two fluids, according to the Art defined in the preamble of claim 1 out.
  • a common device of the type mentioned in the introduction is designed as an agitator. Rotates on an agitator a mixing tool, the so-called stirring element, in a static or a moving mixing chamber into which the mixing substances are introduced.
  • static mixers are known, which as aggregates are trained with fixed internals and where fluid product flows using flow energies be mixed.
  • Mixers for highly viscous media are also known a cross-mixing of the media by artificially created Turbulence is achieved. Especially with plastic-viscous Media can be without such turbulence Stagnation zones arise.
  • Examples of mixers for highly viscous media are so-called spiral, anchor, coaxial and multi-shaft agitators.
  • Mixture of highly viscous media including planetary mixers, trough mixers, Stamp kneaders and screw machines are used.
  • the mixing of the media to be mixed at least partially by rotation of a mixing tool are examples of the mixing devices listed.
  • a so-called grease kneader to use which comprises a housing in which a kneading chamber is formed into which the grease is introduced and in which the grease by a manual Machined up and down movement of a walk stamp can be.
  • The. at least mixing device two substances, in particular at least two fluids the preamble of claim 1, in which the mixing tool stamp-like and linearly movable and has a connection for an actuating device, has the advantage that a homogeneous mixing of the substances or media to be mixed can be achieved.
  • the substances are mixed in particular by multiple, axially directed linear movements of the stamp-like Mixing tool in the mixing chamber.
  • the device according to the invention in any proportions and suspensions be mixed automatically and homogeneously.
  • the device according to the invention in the mixing highly viscous homogeneous liquids and in particular plastic-viscous fluids, which have flow limits, as well as thixotropic media.
  • pseudoplastic fluids in which it in an agitator due to its viscoelasticity a so-calledSteenberg effect would be sufficient miscible. It has also been shown that with the device according to the invention so-called Bingham body and Fluids with pronounced dilatancy are easy to work with.
  • Suspensions and foams are mixed effectively Represent fluids in the broadest sense and with which usual agitators only an insufficient mixture could be.
  • one Agitator occurs with these fluids by using one Device according to the invention representing the type of "linear mixer” no so-called melt fracture, in which a Fluid due to insufficient mixing and thus increased Shear stress tears internally, causing large volumes of the fluids to be mixed no longer participate in the mixing process.
  • the device according to the invention is suitable for mixing any substances, but preferably of fluids.
  • fluid is - like the one above Show application examples mentioned - here in its broadest To understand the senses and therefore includes gases, liquids, highly viscous fluids, suspensions, emulsions and Aerogels.
  • the stamp-like mixing tool is particularly such designed that with a linear movement essentially that total volume of the mixing chamber covered by the mixing process can be.
  • a cylindrical mixing chamber is suitable for this, in which a disc-shaped mixing tool is axially movable that essentially the entire Cylinder height can be covered by this.
  • the device according to the invention offers such an interpretation is an advantage in terms of time, because a homogeneous mixing of the media to be mixed, also Newtonian fluids, in a shorter time than when used can be achieved by rotary mixers, because of the first completed linear movement of the mixing tool the entire volume of the mixing chamber can be detected and circulated become.
  • the mixing tool is preferably actuated by means of an actuator that is used for transmission a linear movement is formed on the mixing tool.
  • the actuator includes one Electric motor.
  • the device according to the invention preferably has at least one filling opening. This can then with a filling line leading to a storage tank for fluid be connected. It turns out to be cheap To design a device with at least two filling openings, with one of the to be mixed over each filling opening Substances can be passed into the mixing chamber. To prevent, that when mixing the substances through the filling opening the filling openings are pressed out of the mixing chamber appropriately equipped with a valve.
  • a seven-way ball valve can be placed in the filling opening be arranged so that via a filling opening by controlling the valve accordingly introduced into the mixing chamber to seven different substances can be.
  • the mixing tool comprises a mixing disk, which is attached to a mixing tool shaft attached to the Outside of the mixer housing is guided and there the connection of the mixing tool to the actuator forms. Accordingly, this wave is at least in operation connected to the actuator.
  • the linear mixer is or the device according to the invention is designed such that the mixing tool can also be rotated is. Then the mixing tool can additionally with a lifting movement by small angular increments, for example by 15 °, or rotated continuously, which is advantageous Turbulence can be generated in the media to be mixed.
  • the diameter of the mixing disk preferably essentially the inside diameter of the mixing chamber.
  • the mixing disc can have an O-ring or the like on its circumference have, which during the lifting movement on the inner wall of the Mixer housing slides.
  • the mixing disc has several holes or has openings through which the to be mixed Fabrics are pressed during the mixing process.
  • these holes each have an edge-free contour.
  • the perforated area should cover a large part of the mixing disk area take the so-called walking resistance during to keep a mixing process low.
  • the thickness of the mixing disc has essentially no influence on the mixing process as such and essentially depends depends on the material used. Usually is however, a thickness of 500 ⁇ m is sufficient. A slight thickness the mixing disc offers advantages when cleaning the Linear mixer.
  • the axis of the holes can be angled relative to the Mixing tool shaft to be aligned. In this case additional turbulence when the mixing disc is lifted generated in the media to be mixed.
  • the mixing disc is for this purpose with a greater thickness, for example 3 mm can be to train.
  • the device According to an advantageous embodiment, the device According to the invention, an extrusion piston with a piston shaft on which is on the outside of the mixer housing is led.
  • the piston shaft which suitably with a Actuator is connected, which is identical with the actuating device of the mixing tool the ejector piston so that from the outside of the mixer housing from the mixed substances through the outlet opening can be squeezed out of the mixer chamber.
  • the metering device which cooperates with the outlet opening, can for example act as a valve needle Embrace rod.
  • This rod can act as a guide for the Mixing tool shaft and the piston shaft serve and coaxial be arranged to these two.
  • the mixed substances are expediently metered by a defined shift of the Dispensing piston assigned to the metering device and lifting the rod from its seat in the area of the outlet opening.
  • the coaxially arranged shafts and the coaxial to the shafts arranged rod are useful over a common Opening in the mixer housing on the outside of the mixer housing guided and by means of a radial shaft seal or the like sealed.
  • the seal is convenient trained so that direct contact of the Sealing surface with abrasive components, for example with ceramic particles in an organic medium, or too mixing substances is largely excluded.
  • the device according to the invention has for squeezing Air advantageously during the filling of the mixing chamber a vent valve. Can upstream from this optionally a filter frit or the like is arranged his.
  • a cleaning liquid is advantageous introduced into the mixing chamber via the filling opening and circulated there by means of the mixing disc and then over the Outlet opening made from the mixing chamber.
  • the device according to the invention it is also conceivable to use the device according to the invention to form a plurality of rods arranged axially in the mixing chamber, each one of the arranged in the mixing disc Reach through holes, parallel to the mixing disc shaft are aligned and close to the limit of Holes are guided.
  • Such an embodiment is suitable especially to the mixture of waxy media in which such a mix of favorable turbulence in one Stroke of the mixing disc can be generated.
  • the embodiment shown in the drawing shows a device 10 for mixing fluids for integration in a system and for automated actuation is designed.
  • the device 10 represents a linear mixer a mixer housing 11, which is constructed in two parts and a pot-like, cylindrical container 12 and one the container 12 closing bottom 13 includes.
  • the floor 13 is screwed onto the container 12 via a thread 14.
  • a cylindrical mixing chamber 15 formed, which in this embodiment has a diameter about 1.8 cm.
  • Eight filling openings 16 are formed, of which in FIG. 1 five are shown and the bottom 13 with respect to Pass through the axis of the mixer housing 11 in the radial direction.
  • the filling openings 16 are each with one here Check valve not shown equipped to prevent that to be mixed during a mixing process Fluids from the mixing chamber via the filling openings 16 15 are pressed out.
  • a vent opening 17 is arranged, which also with an inlet valve, not shown here is equipped, upstream of which a filter frit can be arranged.
  • the linear mixer 10 is with a stamp-like mixing tool 18 equipped, which comprises a mixing disc 19, which is attached to a mixing tool shaft 20 which via a on the end facing away from the bottom 13 of the Container 12 arranged, central bore 21 to the outside of the mixer housing 11 is guided.
  • the maximum stroke the mixing tool 18 is about 3 cm here.
  • the mixing disk 19 has in the present, in Figure 2 closer execution shown a diameter of about 1.75 cm and a thickness of 500 microns and has eight openings 22 through which the fluids to be mixed during be pressed through a mixing process.
  • the diameter the mixing disk 19 corresponds essentially to that Diameter of the mixing chamber 15.
  • the mixing tool shaft 20 is on a acting as a valve needle Rod 23 guided, which also the bore 21st and in its locked position, the mixing chamber 15 in the axial Direction passes through and with an outlet opening or nozzle 24 interacts, which are arranged centrally in the bottom 13 is.
  • the mixing tool shaft 20 in turn serves as a guide for a piston shaft 25 connected to an extrusion piston 26 is aligned parallel to the mixing disk 19 is.
  • the rod 23, the mixing tool shaft 20 and the piston shaft 25 form a connection outside the mixer housing 11 27 for an actuating device, not shown here, so that a linear and with respect to the axis of the mixer 10 axially directed stroke movement can be transferred. Furthermore, the mixing tool shaft 20 designed so that a rotational movement is transferable to the mixing disk 19.
  • the linear mixer 10 described above operates in described below.
  • the Squeeze piston 26 arranged in a retracted position is, d. H. on the boundary wall having the bore 21 of the container 12 abuts.
  • the Auspreßkolben 26 while filling the To keep mixing chamber 15 in a different position so that the volume of the mixing chamber 15 is reduced.
  • the control of the ejection piston 26 takes place via the piston shaft 25 the filling of the mixing chamber 15 is in the vent 17 arranged vent valve opened, so that gases contained in the mixing chamber 15, in particular Air that can be displaced and a full fill is possible.
  • the supply of the fluids to be mixed can via volumetric pressure-volume delivery from a storage vessel with one each with a filling opening 16 connected line.
  • the mixing disc 19 several times by means of the mixing tool shaft 20 the entire axial extent of the mixing chamber 15 and moved here. On the one hand, it serves as stops for the mixing disk 19 the Auspreßkolben 19 and on the other hand the front Inner wall of the bottom 13.
  • the rotation angle increment can be 15 °, for example, so that pseudoplastic suspensions mixed sufficiently homogeneously become.
  • the entire volume of the mixing chamber 15 is from the Stroke movements of the mixing disc 19 detected, so that a homogeneous Mixing of the filling openings 16 into the Mixing chamber 15 introduced fluids can take place. therefore the entire volume of fluid is circulated during the mixing process.
  • the mixture is made from the fluids via the outlet opening cooperating with the rod 23 or nozzle 24 metered out, specifically for this purpose the Piston shaft 25 actuable ejection piston 26 defined in Moved towards the lid 13.
  • the pressure piston 26 is designed as a punch during the pressing process Mixing tool 18 tracked.
  • the Auspreßkolben 26 and the Rod 23, which form a metering device, can be actuated in this way that a drop of a lot of z. B. 20 ul is metered through the outlet opening 24. This can by means of a dispenser, not shown here can be applied to a substrate.
  • the mixing chamber can be used to clean Fluid residues are subjected to a cleaning process.
  • a cleaning liquid is poured over the filling openings 16 introduced into the mixing chamber 15 and there by means the mixing disc 19 circulated, the same time Mixing disc is cleaned.
  • the Cleaning liquid by means of the ejection piston 26 the outlet opening 24 is pressed out.

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Mischen mindestens zweier Stoffe, insbesondere zweier Fluide, vorgeschlagen, umfassend ein Mischergehäuse (11) mit einer Mischkammer (15), in der ein Mischwerkzeug (18) angeordnet ist. Das Mischwerkzeug (18) ist stempelartig und linearbeweglich betätigbar und weist einen Anschluß (27) für eine Betätigungsvorrichtung auf (Figur 1). <IMAGE>

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einer Vorrichtung zum Mischen mindestens zweier Stoffe, insbesondere zweier Fluide, gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art aus.
Zum Mischen von Stoffen, beispielsweise von Fluiden, wie Gasen und/oder Flüssigkeiten,existieren zahlreiche Vorrichtungen und Verfahren, die darin übereinstimmen, daß sie das Vermengen von Komponenten zum Gegenstand haben, die sich in mindestens einer Eigenschaft unterscheiden. Das im speziellen Einzelfall eingesetzte Mischverfahren ist dabei unter anderem den Aggregatzuständen, den Fließeigenschaften, den Mischungsverhältnissen und dem gewünschten Homogenisierungsgrad der zu mischenden Stoffe bzw. Medien angepaßt.
Eine verbreitete Vorrichtung der einleitend genannten Art ist als Rührwerk ausgebildet. Bei einem Rührwerk rotiert ein Mischwerkzeug, das sogenannte Rührorgan, in einer statischen oder einer bewegten Mischkammer, in welche die zu mischenden Stoffe eingebracht sind.
Des weiteren sind statische Mischer bekannt, welche als Aggregate mit feststehenden Einbauten ausgebildet sind und bei denen fluide Produktströme unter Nutzung von Strömungsenergien gemischt werden.
Es sind auch Mischer für hochviskose Medien bekannt, bei denen eine Quervermischung der Medien durch künstlich erzeugte Turbulenzen erreicht wird. Insbesondere bei plastisch-viskosen Medien können ohne derartige Turbulenzen Stagnationszonen entstehen. Beispiele von Mischern für hochviskose Medien sind sogenannte Wendel-, Anker-, Koaxial- und Mehrwellenrührwerke. Des weiteren können zur Mischung hochviskoser Medien auch Planetenmischer, Trogmischer, Stempelkneter und Schneckenmaschinen eingesetzt werden. Bei all den aufgezählten Mischvorrichtungen erfolgt die Vermengung der zu mischenden Medien zumindest teilweise durch eine Rotation eines Mischwerkzeuges.
Ferner ist es bekannt, zur Beeinflussung der Fließeigenschaften von Schmierfetten einen sogenannten Schmierfettkneter einzusetzen, der ein Gehäuse umfaßt, in welchem eine Knetkammer ausgebildet ist, in die das Schmierfett eingebracht wird und in der das Schmierfett durch eine manuelle Auf- und Abbewegung eines Walkstempels bearbeitet werden kann.
Vorteile der Erfindung
Die. erfindungsgemäße Vorrichtung zum Mischen mindestens zweier Stoffe, insbesondere mindestens zweier Fluide, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, bei der das Mischwerkzeug stempelartig und linearbeweglich betätigbar ist sowie einen Anschluß für eine Betätigungsvorrichtung aufweist, hat den Vorteil, daß eine homogene Vermischung der zu mischenden Stoffe bzw. Medien erreicht werden kann. Die Vermischung der Stoffe erfolgt insbesondere durch mehrfache, axial gerichtete Linearbewegungen des stempelartigen Mischwerkzeuges in der Mischkammer.
Mit der Vorrichtung nach der Erfindung können insbesondere mehrere Fluide in beliebigen Verhältnissen und Suspensionen automatisiert und homogen vermischt werden. Besonders wirkungsvoll ist die erfindungsgemäße Vorrichtung bei der Vermischung hochviskoser homogener Flüssigkeiten und insbesondere plastisch-viskoser Fluide, welche Fließgrenzen aufweisen, sowie thixotroper Medien. Auch sind mit der Vorrichtung nach der Erfindung strukturviskose Fluide, bei denen es in einem Rührwerk aufgrund von deren Viskoelastizität zu einem sogenannten Weißenberg-Effekt käme, hinreichend gut mischbar. Es hat sich darüber hinaus gezeigt, daß mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sogenannte Bingham-Körper und Fluide mit ausgeprägter Dilatanz gut bearbeitbar sind.
Mit der Vorrichtung nach der Erfindung können demnach auch Suspensionen und Schäume wirkungsvoll gemischt werden, die Fluide im weitesten Sinne darstellen und bei welchen mit üblichen Rührwerken nur eine ungenügende Mischung bewerkstelligt werden könnte. Im Gegensatz zum Mischen mit einem Rührwerk kommt es bei diesen Fluiden durch Einsatz der eine Art "Linearmischer" darstellenden erfindungsgemäßen Vorrichtung zu keinem sogenannten Schmelzebruch, bei dem ein Fluid infolge ungenügender Vermischung und somit erhöhter Schubspannung innerlich reißt, wodurch große Volumenanteile der zu mischenden Fluide nicht mehr am Mischvorgang teilnehmen.
Grundsätzlich eignet sich die Vorrichtung nach der Erfindung zur Mischung beliebiger Stoffe, jedoch vorzugsweise von Fluiden. Der Begriff "Fluid" ist - wie bereits die oben erwähnten Anwendungsbeispiele zeigen - hier in seinem weitesten Sinne zu verstehen und umfaßt mithin Gase, Flüssigkeiten, hochviskose Fluide, Suspensionen, Emulsionen und Aerogele.
Das stempelartige Mischwerkzeug ist insbesondere derart ausgelegt, daß bei einer Linearbewegung im wesentlichen das gesamte Volumen der Mischkammer von dem Mischvorgang erfaßt werden kann. Hierzu eignet sich eine zylinderförmige Mischkammer, in der ein scheibenförmiges Mischwerkzeug derart axial beweglich angeordnet ist, daß im wesentlichen die gesamte Zylinderhöhe von diesem überstrichen werden kann.
Des weiteren bietet die Vorrichtung nach der Erfindung bei einer derartigen Auslegung einen Vorteil in zeitlicher Hinsicht, da eine homogene Vermischung der zu mischenden Medien, auch newtonscher Fluide, in kürzerer Zeit als beim Einsatz von Rotationsmischern erreicht werden kann, denn von der ersten vollendeten Linearbewegung des Mischwerkzeuges an kann das gesamte Volumen der Mischkammer erfaßt und umgewälzt werden.
Die Betätigung des Mischwerkzeuges erfolgt vorzugsweise mittels einer Betätigungsvorrichtung, die zur Übertragung einer Linearbewegung auf das Mischwerkzeug ausgebildet ist. Beispielsweise umfaßt die Betätigungsvorrichtung einen Elektromotor.
Um die Vorrichtung nach der Erfindung ortsfest in eine Anlage integrieren und einen Betrieb ohne vorherige bzw. zwischenzeitliche Montagearbeiten gewährleisten zu können, hat sie vorzugsweise mindestens eine Befüllöffnung. Diese kann dann mit einer zu einem Vorratstank für Fluid führende Befülleitung verbunden sein. Günstig erweist es sich, die Vorrichtung mit mindestens zwei Befüllöffnungen auszubilden, wobei über jede Befüllöffnung einer der zu mischenden Stoffe in die Mischkammer geleitet werden kann. Um zu verhindern, daß beim Mischen die Stoffe über die Befüllöffnung aus der Mischkammer ausgepreßt werden, sind die Befüllöffnungen zweckmäßig jeweils mit einem Ventil ausgestattet.
Es ist aber auch denkbar, über eine und dieselbe Befüllöffnung die zu mischenden Stoffe in die Mischkammer zu führen. So kann in der Befüllöffnung beispielsweise ein Sieben-Wege-Kugelhahnventil angeordnet sein, so daß über eine Befüllöffnung durch entsprechende Steuerung des Ventils bis zu sieben verschiedene Stoffe in die Mischkammer eingeleitet werden können.
Es ist zwar denkbar, das Gemisch aus den Ausgangsstoffen nach dem Mischen über die Befüllöffnung aus der Mischkammer auszufördern, es ist aber vorteilhaft, die Mischkammer mit einer separaten Auslaßöffnung zu versehen. Diese Auslaßöffnung wirkt bei einer vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Dosiervorrichtung zusammen, so daß beispielsweise aus einer der Dosiervorrichtung zugeordneten Düse kleine Suspensionsmengen, beispielsweise einige ul-Tropfen, aus der Mischkammer ausdosiert und als Dispenser auf ein dem jeweiligen Anwendungsfall angepaßtes Substrat aufgetragen werden können. In diesem Fall ist die Vorrichtung nach der Erfindung mithin auch als Dosiervorrichtung ausgebildet.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung umfaßt das Mischwerkzeug eine Mischscheibe, die an einer Mischwerkzeugwelle befestigt ist, die an die Außenseite des Mischergehäuses geführt ist und dort den Anschluß des Mischwerkzeugs an die Betätigungsvorrichtung bildet. Entsprechend ist diese Welle wenigstens im Betrieb mit der Betätigungsvorrichtung verbunden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Linearmischer bzw. die Vorrichtung nach der Erfindung derart ausgebildet, daß das Mischwerkzeug auch rotatorisch bewegbar ist. Dann kann das Mischwerkzeug bei einer Hubbewegung zusätzlich um kleine Winkelinkremente, beispielsweise um 15°, oder auch kontinuierlich rotiert werden, wodurch vorteilhafte Turbulenzen in den zu mischenden.Medien erzeugt werden.
Um sicherzustellen, daß bei einer vollständigen Hubbewegung des Mischwerkzeuges im wesentlichen das gesamte Volumen der Mischkammer von dem Mischvorgang erfaßt wird, entspricht der Durchmesser der Mischscheibe vorzugsweise im wesentlichen dem Innendurchmesser der Mischkammer. Die Mischscheibe kann dabei an ihrem Umfang einen O-Ring oder dergleichen aufweisen, der bei der Hubbewegung an der Innenwandung des Mischergehäuses gleitet.
Es ist zweckmäßig, wenn die Mischscheibe mehrere Löcher bzw. Durchbrüche aufweist, durch welche die zu mischenden Stoffe während des Mischvorganges gepreßt werden. Vorzugsweise haben diese Löcher jeweils eine kantenfreie Kontur. Die Lochfläche sollte einen Großteil der Mischscheibenfläche einnehmen, um den sogenannten Walkwiderstand während eines Mischvorganges gering zu halten.
Die Dicke der Mischscheibe hat im wesentlichen keinen Einfluß auf den Mischvorgang als solchen und hängt im wesentlichen von dem eingesetzten Werkstoff ab. In der Regel ist jedoch eine Dicke von 500 µm ausreichend. Eine geringe Dikke der Mischscheibe bietet Vorteile bei der Reinigung des Linearmischers.
Die Achse der Löcher kann jeweils winklig gegenüber der Mischwerkzeugwelle ausgerichtet sein. In diesem Falle wird bei einem Hub der Mischscheibe eine zusätzliche Turbulenz in den zu mischenden Medien erzeugt. Die Mischscheibe ist hierzu mit einer größeren Dicke, welche beispielsweise 3 mm betragen kann, auszubilden.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung nach der Erfindung einen Auspreßkolben mit einer Kolbenwelle auf, welche an die Außenseite des Mischergehäuses geführt ist. Die Kolbenwelle, welche zweckmäßig mit einer Betätigungsvorrichtung verbunden ist, welche identisch ist mit der Betätigungsvorrichtung des Mischwerkzeugs, treibt den Auspreßkolben an, so daß von der Außenseite des Mischergehäuses aus die gemischten Stoffe über die Auslaßöffnung aus der Mischerkammer ausgepreßt werden können.
Die Dosiervorrichtung, welche mit der Auslaßöffnung zusammenwirkt, kann beispielsweise eine als Ventilnadel wirkende Stange umfassen. Diese Stange kann als Führung für die Mischwerkzeugwelle und die Kolbenwelle dienen und koaxial zu diesen beiden angeordnet sein.
Eine Dosierung der gemischten Stoffe erfolgt zweckmäßigerweise durch eine definierte Verschiebung des ebenfalls der Dosiervorrichtung zugeordneten Auspreßkolbens und ein Abheben der Stange von ihrem Sitz im Bereich der Auslaßöffnung.
Die koaxial angeordneten Wellen und die koaxial zu den Wellen angeordnete Stange sind zweckmäßig über eine gemeinsame Öffnung in dem Mischergehäuse an die Außenseite des Mischergehäuses geführt und mittels einer Radialwellendichtung oder dergleichen gedichtet. Die Dichtung ist zweckmäßigerweise so ausgebildet, daß ein direkter Kontakt der Dichtfläche mit abrasiven Bestandteilen, beispielsweise mit keramischen Teilchen in einem organischen Medium, oder zu mischenden Stoffe weitgehend ausgeschlossen ist.
Die Vorrichtung nach der Erfindung weist zum Auspressen von Luft während der Befüllung der Mischkammer vorteilhafterweise ein Entlüftungsventil auf. Stromauf von diesem kann gegebenenfalls eine Filterfritte oder dergleichen angeordnet sein.
Da mittels des Auspreßkolbens im wesentlichen das gesamte gemischte Medium aus der Mischkammer ausgepreßt werden kann, gestaltet sich das Reinigen der Mischkammer als einfach. Hierzu wird vorteilhaft eine Reinigungsflüssigkeit über die Befüllöffnung in die Mischkammer eingeleitet und dort mittels der Mischscheibe umgewälzt und dann über die Auslaßöffnung aus der Mischkammer ausgeführt.
Denkbar ist es auch, die Vorrichtung nach der Erfindung mit mehreren in der Mischkammer axial angeordneten Stäben auszubilden, die jeweils eines der in der Mischscheibe angeordneten Löcher durchgreifen, parallel zu der Mischscheibenwelle ausgerichtet sind und eng an der Begrenzung der Löcher geführt sind. Eine derartige Ausführungsform eignet sich insbesondere zur Mischung wachsartiger Medien, in denen so eine Mischung begünstigende Turbulenzen bei einem Hub der Mischscheibe erzeugt werden können.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
  • Figur 1 eine perspektivische, vereinfachte Schnittdarstellung eines Mischers nach der Erfindung; und
  • Figur 2 eine Draufsicht auf ein Mischwerkzeug des Mischers nach Figur 1.
    • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
    Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Vorrichtung 10 zum Mischen von Fluiden, das zur Integration in eine Anlage sowie zur automatisierten Betätigung ausgelegt ist.
    Die Vorrichtung 10 stellt dabei einen Linearmischer dar mit einem Mischergehäuse 11, das zweiteilig aufgebaut ist und einen topfartigen, zylindrischen Behälter 12 sowie einen den Behälter 12 verschließenden Boden 13 umfaßt. Der Boden 13 ist über ein Gewinde 14 auf den Behälter 12 aufgeschraubt.
    In dem Mischergehäuse 11 ist eine zylindrische Mischkammer 15 ausgebildet, welche bei dieser Ausführung einen Durchmesser von etwa 1,8 cm aufweist. Zur Befüllung der Mischkammer 15 mit zu mischenden Fluiden sind an dem Boden 13 acht Befüllöffnungen 16 ausgebildet, von denen in Figur 1 fünf dargestellt sind und die den Boden 13 bezüglich der Achse des Mischergehäuses 11 in radialer Richtung durchgreifen. Die Befüllöffnungen 16 sind jeweils mit einem hier nicht näher dargestellten Sperrventil ausgestattet, um zu verhindern, daß während eines Mischvorganges die zu mischenden Fluide über die Befüllöffnungen 16 aus der Mischkammer 15 ausgepreßt werden.
    Des weiteren ist an der dem Boden 13 abgewandten Stirnseite des Behälters 12 eine Entlüftungsöffnung 17 angeordnet, welche ebenfalls mit einem hier nicht dargestellten Eintrittsventil ausgestattet ist, stromauf dessen eine Filterfritte angeordnet sein kann.
    Der Linearmischer 10 ist mit einem stempelartigen Mischwerkzeug 18 ausgestattet, das eine Mischscheibe 19 umfaßt, die an einer Mischwerkzeugwelle 20 befestigt ist, welche über eine an der dem Boden 13 abgewandten Stirnseite des Behälters 12 angeordnete, zentrale Bohrung 21 an die Außenseite des Mischergehäuses 11 geführt ist. Der maximale Hub des Mischwerkzeuges 18 beträgt hier etwa 3 cm.
    Die Mischscheibe 19 hat in der vorliegenden, in Figur 2 näher dargestellten Ausführung einen Durchmesser von etwa 1,75 cm und eine Dicke von 500 µm und weist acht Durchbrüche 22 auf, durch welche die zu mischenden Fluide während eines Mischvorganges hindurch gepreßt werden. Der Durchmesser der Mischscheibe 19 entspricht im wesentlichen dem Durchmesser der Mischkammer 15. Zudem umfaßt die Mischscheibe 19 am Umfang einen in der Zeichnung nicht dargestellten Gummiring, der während einer Hubbewegung des Mischwerkzeuges 18 an der Innenwandung des Mischergehäuse 11 entlang gleitet.
    Die Mischwerkzeugwelle 20 ist an einer als Ventilnadel wirkenden Stange 23 geführt, welche ebenfalls die Bohrung 21 sowie in ihrer Sperrstellung die Mischkammer 15 in axialer Richtung durchgreift und mit einer Auslaßöffnung bzw. Düse 24 zusammenwirkt, die in dem Boden 13 zentral angeordnet ist.
    Die Mischwerkzeugwelle 20 dient wiederum als Führung für eine Kolbenwelle 25, die mit einem Auspreßkolben 26 verbunden ist, der parallel zu der Mischscheibe 19 ausgerichtet ist. Die Kolbenwelle 25, die koaxial zu der Mischwerkzeugwelle 20 und der Stange 23 angeordnet ist, treibt den Auspreßkolben 26 an.
    Die Stange 23, die Mischwerkzeugwelle 20 und die Kolbenwelle 25 bilden außerhalb des Mischergehäuses 11 einen Anschluß 27 für eine hier nicht dargestellte Betätigungsvorrichtung, so daß eine von dieser aufgebrachte lineare und bezüglich der Achse des Mischers 10 axial gerichtete Hubbewegung übertragen werden kann. Des weiteren ist die Mischwerkzeugwelle 20 so ausgelegt, daß eine Rotationsbewegung auf die Mischscheibe 19 übertragbar ist.
    Der vorstehend beschriebene Linearmischer 10 arbeitet in nachfolgend beschriebener Weise.
    Zur Befüllung der Mischkammer 15 werden über die Befüllöffnungen 16 mindestens zwei Fluide in festgelegten Mischungsverhältnissen in die Mischkammer 15 eingeleitet, wobei der Auspreßkolben 26 in einer zurückgefahrenen Stellung angeordnet ist, d. h. an der die Bohrung 21 aufweisenden Begrenzungswand des Behälters 12 anliegt. Es ist jedoch auch möglich, den Auspreßkolben 26 während der Befüllung der Mischkammer 15 in einer anderen Stellung zu halten, so daß das Volumen der Mischkammer 15 reduziert ist. Die Steuerung des Auspreßkolbens 26 erfolgt über die Kolbenwelle 25. Während der Befüllung der Mischkammer 15 ist das in der Entlüftungsöffnung 17 angeordnete Entlüftungsventil geöffnet, so daß in der Mischkammer 15 enthaltene Gase, insbesondere Luft, verdrängt werden können und eine vollständige Befüllung möglich ist. Die Zufuhr der zu mischenden Fluide kann über eine volumetrisch erfolgende Druck-Volumen-Förderung aus je einem Vorratsgefäß mit einem mit jeweils einer Befüllöffnung 16 verbundenen Leitung erfolgen.
    Nach der Befüllung der Mischkammer 15 werden die den Befüllöffnungen 16 zugeordneten Sperrventile und das der Entlüftungsöffnung 17 zugeordnete Entlüftungsventil geschlossen.
    Nach Schließen der Sperrventile und des Entlüftungsventils beginnt der eigentliche Mischvorgang. Dabei wird die Mischscheibe 19 mittels der Mischwerkzeugwelle 20 mehrmals über die gesamte axiale Erstreckung der Mischkammer 15 hin und her bewegt. Als Anschläge für die Mischscheibe 19 dient einerseits der Auspreßkolben 19 und andererseits die stirnseitige Innenwandung des Bodens 13.
    Nach jedem ausgeführten Hub bzw. während der einzelnen Hübe wird die Mischwerkzeugwelle 20 und damit die Mischscheibe 19 um diskrete Winkelinkremente rotiert. Das Rotationswinkelinkrement kann beispielsweise 15° betragen, so daß auch strukturviskose Suspensionen ausreichend homogen gemischt werden. Das gesamte Volumen der Mischkammer 15 wird von den Hubbewegungen der Mischscheibe 19 erfaßt, so daß eine homogene Durchmischung der über die Befüllöffnungen 16 in die Mischkammer 15 eingeführten Fluide erfolgen kann. Mithin wird bei dem Mischvorgang das gesamte Fluidvolumen umgewälzt.
    Nach erfolgter Vermischung wird das Gemisch aus den Fluiden über die mit der Stange 23 zusammenwirkende Auslaßöffnung bzw. Düse 24 ausdosiert, und zwar wird hierzu der über die Kolbenwelle 25 betätigbare Auspreßkolben 26 definiert in Richtung des Deckels 13 verschoben. Der Anpreßkolben 26 wird beim Auspreßvorgang dem als Lochstempel ausgebildeten Mischwerkzeug 18 nachgeführt. Der Auspreßkolben 26 und die Stange 23, die eine Dosiervorrichtung bilden, können so betätigt werden, daß jeweils ein Tropfen einer Menge von z. B. 20 µl über die Auslaßöffnung 24 ausdosiert wird. Dieser kann mittels eines hier nicht dargestellten Dispensers auf ein Substrat aufgetragen werden.
    Nach dem Ausdosieren kann die Mischkammer zur Reinigung von Fluidrückständen einem Reinigungsvorgang unterzogen werden. Hierzu wird eine Reinigungsflüssigkeit über die Befüllöffnungen 16 in die Mischkammer 15 eingeleitet und dort mittels der Mischscheibe 19 umgewälzt, wobei gleichzeitig die Mischscheibe gereinigt wird. Im Anschluß daran wird die Reinigungsflüssigkeit mittels des Auspreßkolbens 26 über die Auslaßöffnung 24 ausgepreßt.

    Claims (13)

    1. Vorrichtung zum Mischen mindestens zweier Stoffe, insbesondere zweier Fluide, umfassend ein Mischergehäuse (11) mit einer Mischkammer (15), in der ein Mischwerkzeug (18) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischwerkzeug (18) stempelartig und linearbeweglich betätigbar ist sowie einen Anschluß (27) für eine Betätigungsvorrichtung aufweist.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens eine Befüllöffnung (16).
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mindestens eine Auslaßöffnung (24).
    4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (24) mit einer Dosiervorrichtung (23, 26) zusammenwirkt.
    5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein Entlüftungsventil.
    6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischwerkzeug (18) zur Durchführung einer Rotationsbewegung ausgebildet ist.
    7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischwerkzeug (18) eine Mischscheibe (19) umfaßt, die an einer Mischwerkzeugwelle (20) befestigt ist, die an die Außenseite des Mischergehäuses (11) geführt ist.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Mischscheibe (19) im wesentlichen dem Durchmesser der Mischkammer (15) entspricht.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischscheibe (19) Löcher bzw. Durchbrüche (22) aufweist.
    10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der Löcher bzw. Durchbrüche (22) jeweils winklig gegenüber der Mischwerkzeugwelle (20) ausgerichtet ist.
    11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch einen Auspreßkolben (26) mit einer Kolbenwelle (25), die an die Außenseite des Mischergehäuses (11) geführt ist.
    12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosiervorrichtung eine als Ventilnadel wirkende Stange (23) umfaßt.
    13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischwerkzeugwelle (20), die Kolbenwelle (25) und vorzugsweise die Stange (23) koaxial zueinander angeordnet sind.
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