EP1524027A2 - Rührer - Google Patents

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EP1524027A2
EP1524027A2 EP04023553A EP04023553A EP1524027A2 EP 1524027 A2 EP1524027 A2 EP 1524027A2 EP 04023553 A EP04023553 A EP 04023553A EP 04023553 A EP04023553 A EP 04023553A EP 1524027 A2 EP1524027 A2 EP 1524027A2
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EP
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stirrer
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stirring bar
arm
shaft
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Reinhold Rose
Thomas Herweg
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Covestro Deutschland AG
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Bayer MaterialScience AG
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    • B01F2215/0495—Numerical values of viscosity of substances

Definitions

  • the invention relates to a stirrer for rapid mixing of different viscous reactants.
  • a stirrer should be developed which allows small foam samples from 1 to 100 g, especially 1 to 32 g, e.g. to produce a maximum of 16 g with the classic produced 200 to 300 g foam samples comparable results. For this finds the Foaming process in a stirred cup instead.
  • the object of the invention is therefore to provide a stirrer which Within a few seconds of at least 2 s, in particular at least 3 s, viscous reactants with a viscosity of 0.001 Pa ⁇ s to 500 Pa ⁇ s in low-fill containers in the range of at least 1 mm, in particular of at least 3 mm, mixed.
  • the object is achieved in that at a beam stirrer the above mentioned type at the ends of the stirring bar in each case at least one helical segment with a Incident angle is provided against the shaft axis.
  • the invention relates to a bar stirrer at least comprising a shaft with a Drive means for the rotation of the shaft and a terminal mounted on the shaft Stirring bar, wherein the ends of the stirring bar are each provided with a helical segment, which is employed at an angle of 25 to 65 °, preferably 30 to 60 °, against the shaft axis.
  • spiral segments are mounted so that they have a conveying effect during rotation of the stirrer have to the mixing tank bottom.
  • the stirrer has two, in particular crosswise arranged, stirring bars with terminal spiral segments on.
  • stirrer in which the width of the helical segments up to 10% of the outer diameter of the stirrer.
  • the helical segments are mounted on the stirring bar, that they are connected in the central region of their longitudinal extent with the stirring bar. in this connection the upper half of the helical segment leads the stirring bar ahead of the lower half Stirring bar lingers in rotation.
  • the helical segments are at one attached to the stirring bar parallel mounting bar above the Rlickbalkens.
  • You can be releasably or permanently connected to the mounting bar. Besides, they can be resiliently mounted for example by means of springs on the mounting bar. Hereby becomes causes a greater stability of the stirrer design.
  • the underside of the stirring bar and / or the outside of the helical segments provided with a scraper edge of an elastomeric or thermoplastic material.
  • the Wiping edge is boden aus or wall, so that even at low level in a stirrer small amounts of the components can be homogenized.
  • Another object of the invention is a stirrer assembly comprising an inventive Mixer and a mixing container, with both the bottom of the stirring bar as well the outside of the spiral segments running wall to the inner wall of the mixing container is. Preference is given to the underside of the Rrindbalkens and the outside of the Spiral segments with a scraping edge of a thermoplastic, e.g. PTFE, PVDF, PFA, or elastomeric plastic provided.
  • a thermoplastic e.g. PTFE, PVDF, PFA, or elastomeric plastic provided.
  • the stirrer finds above all use for mixing reactive mixed material with components different viscosity in the range of 0.001 Pa.s to 500 Pa.s.
  • he has special Advantages in partially filled mixing containers and mixed / homogenized in the range of seconds few sinking customers of at least 2 s.
  • the stirrer according to FIG. 1 has a stirring bar 2, which at the lower end of the shaft 1 is attached.
  • the stirring bar 2 is broken at two points 4.
  • filament segments 3 welded, which at an angle of 45 ° to Shaft axis 1 and the stirring bar 2 are.
  • a the Rlickbalken 2 parallel mounting beam 2b is provided above the stirring bar 2.
  • the stirred tank (not shown), which together with the stirrer a stirring arrangement forms, has in the middle of its soil on a production-related raised gate.
  • a corresponding Recess 2a provided around the stirrer to the container wall.
  • the stirring bar 2 also has at its lower, the stirred tank facing a scraping edge 5 on.
  • the wall-mounted stirrer is operated at a speed of up to 3500 min -1 and conveys the components to be homogenized from the bottom to the edge zone of the stirring cup. At the same time, the components on the edge of the stirred tank are conveyed from top to bottom with the wall-mounted spiral segment 3.
  • the resulting liquid ring is homogenized with straight (or in a non-subscribed form obliquely employed) Rlickbalken 2.
  • the resulting finished foam pattern has a uniform foam structure and streak-free edge zones.
  • a typical recipe example has components with the following viscosity: Component 1 100 mg viscosity about 0.001 1 Pa ⁇ s Component 2 200 mg viscosity about 0.001 Pa ⁇ s Component 3 4900 mg viscosity about 20 Pa ⁇ s Component 4 2300 mg viscosity about 400 Pa ⁇ s Component 5 1100 mg viscosity about 0.001 Pa.s Component 6 7400 mg viscosity about 0.4 Pa.s

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mixers Of The Rotary Stirring Type (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)

Abstract

Es wird ein Balkenrührer zur Behandlung viskoser Reaktionsmischungen in Behältern mit geringer Füllhöhe beschrieben. Der Balkenrührer umfasst wenigstens eine Welle (1) mit einem Antriebsmittel für die Rotation der Welle (1) und einem endständig an der Welle (1) angebrachten Rührbalken (2) und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Enden des Rührbalkens (2) mit jeweils einem Wendelsegment (3) versehen sind, das unter einem Winkel von 25 bis 65°, bevorzugt 30 bis 60°, gegen die Wellenachse angestellt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rührer zum schnellen Mischen unterschiedlich viskoser Reaktionspartner.
Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Rührern für unterschiedliche Mischaufgaben bekannt geworden, z.B. Anker- oder Balkenrührer.
Nachteil der bekannten Anker- oder Balkenrührer ist, dass sie bei sehr geringer Füllhöhe des Rührwerksbehälters das Mischgut, z.B. eine reaktive Polymerisationsmischung, nicht mehr hinreichend mischen und dieses lediglich auf die Behälterwand oberhalb des Rührers verdrängt wird.
Zur Miniaturisierung und Automation zur Herstellung von PUR-Schaumstoffen zu Forschungszwecken sollte eine Rührstation entwickelt werden, die es ermöglicht, kleine Schaumstoffproben von 1 bis 100 g, insbesondere 1 bis 32 g, z.B. maximal 16 g herzustellen, die mit den klassisch hergestellten 200 bis 300 g Schaumstoffproben vergleichbare Ergebnisse liefert. Hierzu findet der Schaumprozess in einem Rührbecher statt.
Für die reproduzierbare Herstellung kleiner Polyurethanschaumstoffmengen müssen aufgrund des relativ groß werdenden Oberfläche/Mischvolumen-Verhältnisses geeignete Rührbedingungen geschaffen werden, insbesondere weil die zu mischenden Komponenten (1 mg bis 60 g, insbesondere 1 mg bis 20 g je Komponente) große Viskositätsunterschiede (0,001 Pa.s bis 500 Pa.s) aufweisen können und die Mischzeit der reaktionsfähigen Gemische sehr gering sein kann und mindestens 2 s, insbesondere mindestens 3 s, betragen kann.
In zahlreichen Laborversuchen wurden unterschiedliche kommerzielle Rührer (z.B. Balkenrührer) eingesetzt, die aber alle nicht die gestellten Bedingungen erfüllten.
Insbesondere besteht die Aufgabe der Erfindung daher darin, einen Rührer bereitzustellen, der innerhalb weniger Sekunden von mindestens 2 s, insbesondere mindestens 3 s, viskose Reaktionspartner mit einer Viskosität von 0,001 Pa·s bis 500 Pa·s in Behältern mit geringer Füllhöhe im Bereich von mindestens 1 mm, insbesondere von mindestens 3 mm, durchmischt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem Balkenrührer der eingangs genannten Art an den Enden der Rührbalken jeweils mindestens ein Wendelsegment mit einem Anstellwinkel gegen die Wellenachse vorgesehen ist.
Gegenstand der Erfindung ist ein Balkenrührer wenigstens umfassend eine Welle mit einem Antriebsmittel für die Rotation der Welle und einem endständig an der Welle angebrachten Rührbalken, wobei die Enden des Rührbalkens mit jeweils einem Wendelsegment versehen sind, das unter einem Winkel von 25 bis 65°, bevorzugt 30 bis 60°, gegen die Wellenachse angestellt ist.
Die Wendelsegmente sind dabei so angebracht, dass sie bei Rotation des Rührers eine Förderwirkung zum Mischbehälterboden haben.
Besonders bevorzugt weist der Rührer zwei, insbesondere kreuzweise angeordnete, Rührbalken mit endständigen Wendelsegmenten auf.
Bevorzugt ist auch ein Rührer, bei dem die Breite der Wendelsegmente bis zu 10 % des Außendurchmessers des Rührers beträgt.
In einer bevorzugten Ausführung sind die Wendelsegmente so an dem Rührbalken angebracht, dass sie im mittleren Bereich ihrer Längsausdehnung mit dem Rührbalken verbunden sind. Hierbei eilt die obere Hälfte des Wendelsegmentes dem Rührbalken voraus während die untere Hälfte dem Rührbalken in der Drehung nachläuft.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Wendelsegmente an einem zum Rührbalken parallelen Befestigungsbalken oberhalb des Rührbalkens befestigt. Sie können dabei lösbar oder unlösbar mit dem Befestigungsbalken verbunden sein. Außerdem können sie elastisch beispielsweise mittels Federn an dem Befestigungsbalken angebracht sein. Hiermit wird eine größere Stabilität der Rührerkonstruktion bewirkt.
Vorzugsweise sind die Unterseite des Rührbalkens und/oder die Außenseite der Wendelsegmente mit einer Abstreifkante aus einem elastomeren oder thermoplastischen Kunststoff versehen. Die Abstreifkante ist dabei bodengängig bzw. wandgängig, so dass auch bei geringer Füllhöhe in einem Rührbecher geringe Mengen der Komponenten homogenisiert werden können.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Rühreranordnung umfassend einen erfindungsgemäßen Mischer und einen Mischbehälter, wobei sowohl die Unterseite des Rührbalkens als auch die Außenseite der Wendelsegmente wandgängig zu der Innenwand des Mischbehälters ausgeführt ist. Bevorzugt sind dabei die Unterseite des Rührbalkens sowie die Außenseite der Wendelsegmente mit einer Abstreifkante aus einem thermoplastischen, z.B. PTFE, PVDF, PFA, oder elastomeren Kunststoff versehen.
Der Rührer findet vor allem Verwendung zum Mischen reaktiven Mischgutes mit Komponenten unterschiedlicher Viskosität im Bereich von 0,001 Pa.s bis 500 Pa.s. Hierbei weist er besondere Vorteile in teilgefüllten Mischbehältern auf und mischt/homogenisiert im Bereich von Sekunden wenigen Senkunden von mindestens 2 s.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren durch ein Beispiel, welches jedoch keine Beschränkung der Erfindung darstellt, näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1
eine Vorderansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rührers
Fig. 2
eine Seitenansicht des Rührers gemäß Fig. 1
Fig. 3
eine Draufsicht auf den Rührer gemäß Fig. 1
Im Allgemeinen werden Laboransätze für PU-Schäume mit Produktmengen von 200 bis 300 g hergestellt. Bei diesen Mengen werden flüssigkeitsüberdeckende Rührer verschiedener Geometrie eingesetzt. Der Einsatz von boden- und randgängigen Rührern aus den Stand der Technik ist nicht bekannt. Kleine Produktmengen lassen sich hiermit nicht während der kurzen Mischzeit homogenisieren.
Beispiel
Der Rührer nach Fig. 1 weist einen Rührbalken 2 auf, der an dem unteren Ende der Welle 1 befestigt ist. Der Rührbalken 2 ist an zwei Stellen 4 durchbrochen. An den beiden Enden des Rührbalkens 2 sind Wendelsegmente 3 angeschweißt, die unter einem Winkel von 45° zur Wellenachse 1 und zum Rührbalken 2 stehen. Zusätzlich ist oberhalb des Rührbalkens 2 ein dem Rührbalken 2 paralleler Befestigungsbalken 2b vorgesehen.
Der obere Teile der Segmente 3 eilt dem Rührbalken 2 bei der Drehung voraus, der untere Teil läuft diesem nach, wobei hier der obere Teil etwas länger gehalten ist als der untere Teil des Wendelsegmentes 3.
Der Rührbehälter (nicht dargestellt), welcher zusammen mit dem Rührer eine Rühranordnung bildet, weist in der Mitte seines Bodens eine produktionsbedingte erhabene Angussstelle auf. Um den Rührer an die Behälterwand anzupassen, ist in der Mitte des Rührbalkens 2 eine entsprechende Ausnehmung 2a vorgesehen. Der Rührbalken 2 weist ferner an seinem unteren, dem Rührbehälter zugewandten Ende eine Abstreifkante 5 auf.
Der wandgängige Rührer wird mit einer Drehzahl von bis zu 3500 min-1 betrieben und fördert die zu homogenisierenden Komponenten vom Boden in die Randzone des Rührbechers. Gleichzeitig werden mit dem wandgängigen Wendelsegment 3 die Komponenten am Rand des Rührbehälters von oben nach unten gefördert. Der so entstehende Flüssigkeitsring wird mit geraden (oder in einer nicht gezeichneten Form mit schräg angestellten) Rührbalken 2 homogenisiert. Das so hergestellte fertige Schaumstoffmuster hat eine gleichmäßige Schaumstruktur und schlierenfreie Randzonen.
Ein typisches Rezepturbeispiel weist Komponenten mit folgender Viskosität auf:
Komponente 1 100 mg Viskosität ca. 0,001 1 Pa·s
Komponente 2 200 mg Viskosität ca. 0,001 Pa·s
Komponente 3 4900 mg Viskosität ca. 20 Pa·s
Komponente 4 2300 mg Viskosität ca. 400 Pa·s
Komponente 5 1100 mg Viskosität ca. 0,001 Pa.s
Komponente 6 7400 mg Viskosität ca. 0,4 Pa.s

Claims (7)

  1. Balkenrührer wenigstens umfassend eine Welle (1) mit einem Antriebsmittel für die Rotation der Welle (1) und einem endständig an der Welle (1) angebrachten Rührbalken (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Enden des Rührbalkens (2) mit jeweils einem Wendelsegment (3) versehen sind, das unter einem Winkel von 25 bis 65°, bevorzugt 30 bis 60°, gegen die Wellenachse angestellt ist.
  2. Rührer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rührer zwei, insbesondere kreuzweise angeordnete, Rührbalken (2) mit endständigen Wendelsegmenten (3) aufweist.
  3. Rührer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendelsegmente (3) so an dem Rührbalken (2) angebracht sind, dass sie im mittleren Bereich ihrer Längsausdehnung mit dem Rührbalken (2) verbunden sind.
  4. Rührer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendelsegmente (3) an einem zum Rührbalken (2) parallelen Befestigungsbalken (2b) oberhalb des Rührbalkens (2) befestigt sind.
  5. Rührer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Wendelsegmente (3) bis zu 10 % des Außendurchmessers des Rührers beträgt.
  6. Rührer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite des Rührbalkens (2) und/oder die Außenseite der Wendelsegmente (3) mit einer Abstreifkante (5) aus einem elastomeren oder thermoplastischen Kunststoff versehen sind.
  7. Rühreranordnung umfassend einen Rührer nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und einen Mischbehälter, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Unterseite des Rührbalkens (2) als auch die Außenseite der Wendelsegmente (3) wandgängig zu der Innenwand des Mischbehälters ist.
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