EP3253480B1 - Mischvorrichtung mit integrierter förderpumpe - Google Patents

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EP3253480B1
EP3253480B1 EP15808333.7A EP15808333A EP3253480B1 EP 3253480 B1 EP3253480 B1 EP 3253480B1 EP 15808333 A EP15808333 A EP 15808333A EP 3253480 B1 EP3253480 B1 EP 3253480B1
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EP
European Patent Office
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mixing
mixing device
module
inlet
liquid
Prior art date
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EP15808333.7A
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English (en)
French (fr)
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EP3253480A1 (de
Inventor
Uwe Grimm
Philipp Gysler
Jörg Gassenschmidt
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IKA Werke GmbH and Co KG
Original Assignee
IKA Werke GmbH and Co KG
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Publication date
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Priority to SI201531422T priority patent/SI3253480T1/sl
Priority to DK19150614.6T priority patent/DK3505230T3/da
Priority to PL15808333T priority patent/PL3253480T3/pl
Publication of EP3253480A1 publication Critical patent/EP3253480A1/de
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Publication of EP3253480B1 publication Critical patent/EP3253480B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/50—Circulation mixers, e.g. wherein at least part of the mixture is discharged from and reintroduced into a receptacle
    • B01F25/52—Circulation mixers, e.g. wherein at least part of the mixture is discharged from and reintroduced into a receptacle with a rotary stirrer in the recirculation tube
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/50—Mixing liquids with solids
    • B01F23/53—Mixing liquids with solids using driven stirrers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/27—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices
    • B01F27/271—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices with means for moving the materials to be mixed radially between the surfaces of the rotor and the stator
    • B01F27/2711—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices with means for moving the materials to be mixed radially between the surfaces of the rotor and the stator provided with intermeshing elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/56—General build-up of the mixers
    • B01F35/561—General build-up of the mixers the mixer being built-up from a plurality of modules or stacked plates comprising complete or partial elements of the mixer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/71—Feed mechanisms
    • B01F35/717—Feed mechanisms characterised by the means for feeding the components to the mixer
    • B01F35/7176—Feed mechanisms characterised by the means for feeding the components to the mixer using pumps

Definitions

  • the present invention relates to a mixing device with an integrated feed pump, and in particular a mixing device for mixing powdery and / or granular particles or the like free-flowing solid with at least one liquid, the mixing device comprising a feed shaft for the solid, an inlet for the liquid, at least one Mixing tool rotatable around an axis in a mixing chamber, and an outlet for the mixture.
  • Such a mixing device is off DE 19629945 A1 known and is used to incorporate solids such as powder, granules and bulk materials into a liquid template. Solid and liquid are fed separately. During operation, a highly turbulent zone is created by rotating the mixing tool. This creates a negative pressure through which the solid and the liquid are sucked into the mixing chamber.
  • the device has a pumping effective drive means in the form of an impeller, which functions in the manner of a water ring pump and between a Dispersing tool and an outlet of the device is arranged.
  • the object is therefore to create a device of the type mentioned at the outset which can be constructed simply and compactly and is suitable for processing liquids with high viscosity or mixtures with variable viscosity.
  • a mixing device for mixing powdery and / or granular particles or the like free-flowing solid with at least one liquid, the mixing device comprising a feed shaft for the solid, an inlet for the liquid, at least one mixing tool rotatable about an axis in a mixing chamber, an outlet for the mixture, and a feed pump which is arranged between the inlet and the mixing tool.
  • the present invention is based on the knowledge that an even, stable liquid throughput can be achieved through the integrated delivery pump, even when liquids with high or increasing viscosity are processed. This is particularly useful when the device has a return, i.e. when the mixture is returned to the liquid container and sent for further processing.
  • the liquid throughput remains stable even when the supply of the solid is released, for example by opening a valve provided for this purpose in the supply shaft for the solid.
  • the invention provides that the feed pump is arranged between the inlet and the mixing tool, that is to say upstream of the mixing tool in relation to the direction of conveyance of the solid matter and downstream of the inlet. This improves the suction effect without the supply of solids being hindered into the mixing chamber or this having to be avoided by structural measures.
  • the outlet and / or the inlet is arranged horizontally or laterally and / or the feed duct is arranged vertically and in particular centrally.
  • the outlet is located above the inlet.
  • the pump is arranged downstream of the inlet and upstream of the outlet in the conveying direction of the liquid.
  • the geometric center of the cross section of the feed chute is aligned with the axis of rotation of the mixing tool.
  • the feed shaft is arranged vertically and eccentrically with respect to the axis of rotation of the mixing tool.
  • the fed solid comes into contact with the mixing tool outside the center of the mixing tool.
  • the mixing process takes place in a zone of higher peripheral speed and on / on the mixing tool.
  • the mixture is exposed to higher levels of turbulence in this area of the mixing tool.
  • the feed chute can be closed by a closure or a stopper or a pressure piston, the closure or the stopper or the pressure piston being movable in the feed chute along the feed direction of the solids and being flush with the walls of the feed chute.
  • the further connection being formed by a pipe or a line on the outside of a housing of the mixing device and having an opening into the mixing chamber, or the further connection being arranged within the housing of the mixing device is.
  • the further connection forms a bypass line for the liquid between the delivery stage and the mixing chamber.
  • the bypass line part of the pumped liquid reaches the mixing chamber via an opening.
  • the solid is in this way from several sides with the liquid Connected. The liquid is distributed more evenly in the mixing chamber. Local over- or under-concentrations of solids are reduced.
  • the further connection is a connection channel formed in the housing. There is no need for other lines running on the outside. Leaks in the external lines and the risk of damage can be avoided.
  • the configuration of the connection located inside the housing has the further advantage that the design of the mixing device can be kept very compact.
  • the mouth of the further connection is formed by an annular gap and / or at least one bore and / or at least one nozzle.
  • different types of mouth can be provided. This means that different mixtures can be processed which require different types of wetting.
  • the liquid can be introduced into the mixing chamber in the form of a liquid curtain. This improves the wetting of the supplied solid in a transition area between the solid and the liquid. The improved wetting prevents local overconcentrations of solids. The formation of residues due to sticking and / or sticking of insufficiently wetted solids is prevented. Lump formation is avoided.
  • the additional supply of liquid also prevents local overheating of the supplied solid matter. This can occur if local over-concentrations of solids occur due to insufficient liquid supply, which are high due to friction with the mixing tool Exposed to temperatures.
  • the mixing chamber can also be flushed through easily and efficiently with cleaning fluid. As a result, it is no longer necessary to open the mixing device for cleaning (so-called "cleaning-in-place" property).
  • the annular gap is arranged above the mixing chamber in relation to the conveying direction of the liquid, in particular around the feed shaft.
  • the arrangement of the annular gap "on the ceiling" of the mixing chamber has the advantage that the liquid that is fed in can enter the mixing chamber with the aid of gravity and forms a liquid curtain. The wetting surface of the liquid is increased, whereby the solid is wetted faster. This contributes to better dispersion.
  • the arrangement of the annular gap around the feed shaft ensures even distribution of the liquid. The supplied solid is wetted evenly. This avoids clumping due to a local lack of fluid.
  • the feed pump is formed by a centrifugal pump with a feed wheel with several feed vanes, in particular four or eight preferably curved feed vanes.
  • a feed pump is structurally simple to implement, so that existing structures can be upgraded with relatively little effort.
  • the feed pump is formed by a rotor-stator device with one or more rotor and / or stator rings in a concentric arrangement.
  • the conveyor vanes or rotor and / or stator rings are arranged on the side of the feed pump facing away from the mixing tool. Such an arrangement has a particularly good suction effect.
  • the feed pump is arranged on the same drive shaft as the mixing tool. Thus, only a single drive motor is required for the mixing tool and the feed pump.
  • the outlet opens into an outlet line which leads back into a container for the liquid, which is connected to the liquid supply via a supply line.
  • the mixing device has a modular design, with a mixing module comprising the mixing tool, a delivery module comprising the delivery pump, and an inlet module comprising the inlet, wherein the delivery module can be arranged between the mixing module and the inlet module, and the inlet module can be arranged directly on the mixing module.
  • the feed pump may not be required for processing a liquid with a low viscosity. In this case it is possible to do that Remove the conveyor module and connect the mixing module directly to the inlet module. If a liquid with high viscosity is to be processed with the mixing device, the delivery module can be added (later).
  • the Figure 1 shows a mixing device 1 according to an embodiment of the invention.
  • the mixing device has a modular structure and comprises a mixing module 2, a conveyor module 3 and an inlet module 4.
  • the modules 2, 3 and 4 are connected to one another, but can be detached from one another and connected to one another in another way.
  • the Figure 2 shows a variant in which no delivery module 3 is provided and the mixing module 2 is connected directly to the inlet module 4.
  • the mixing module 2 has a vertical central supply shaft 5 for supplying a solid and a horizontal lateral outlet 6 for the mixture.
  • the feed shaft 5 and the outlet 6 open into a mixing chamber 7 in which a mixing tool 8 is arranged, which is formed by a rotor-stator device 9, 10 with a rotor ring 11 and a stator ring.
  • the rotor 9 is connected to a rotating drive shaft 12 which is driven by a motor 13.
  • a delivery pump 14 configured as a centrifugal pump with a delivery wheel 15 and a plurality of delivery vanes 16 arranged on the delivery wheel 15 is provided.
  • the conveyor vanes 16 are arranged on the side of the conveyor wheel 15 facing away from the mixing module 2.
  • the feed wheel 16 is connected to the drive shaft 12 and is rotated by the rotation of the drive shaft 12.
  • the inlet module 4 is connected to the lower end of the conveyor module 3 in image orientation.
  • the inlet module 4 comprises a horizontal lateral inlet 17 for the liquid.
  • the inlet 17 is connected to a liquid container, not shown.
  • the outlet 6 can also be connected to the liquid container, so that a closed circuit is formed and the mixture can be conveyed back into the liquid container and fed back to the mixing process.
  • the rotor 9 In operation, i.e. When the rotor 9 and the conveyor wheel 15 rotate, the solids are sucked into the mixing chamber 7 through the feed chute 5. In particular, due to the particle acceleration by the rotor 9, a negative pressure is generated in the mixing chamber 7, which causes powders or granules to be sucked in through the feed shaft 5.
  • the rotor 9 is designed and arranged in such a way that the solid is initially conveyed separately from the liquid and only hits the liquid in a predetermined area with high turbulence. The solid is accelerated within the rotor 9 and, due to the increase in volume towards the edge area of the rotor 9, is finely distributed even before it is dispersed into the liquid. The finely divided solid particles then hit a liquid jacket with a relatively large surface, so that they are dispersed into the liquid without agglomerates.
  • the Figures 3 and 4th show the conveyor wheel 15 according to FIG Figure 1 illustrated embodiment of the invention.
  • the Conveyor wheel 15 has eight conveyor vanes 16, each of which has a curvature and extends from the radially outer edge of the conveyor wheel in the direction of a hub 18, the radially inner end of the conveyor vanes 16 being spaced from the hub 18.
  • the Figure 5 shows a mixing device 1 according to a further embodiment of the present invention.
  • the design in Figure 5 differs from the design in Figure 1 in that the feed pump 14 is formed by a rotor / stator device with a rotor 19 and a stator 20.
  • the rotor 19 comprises at least one rotor ring 21.
  • the Figure 6 shows an embodiment of the invention with a further connection 22 between the conveyor module 3 and the mixing chamber 7.
  • the further connection runs outside a housing 23 on its outside, from a horizontally outer side of the conveyor module 3 to an outside of the mixing module 2.
  • the other Connection 22 forms a bypass line for the liquid conveyed by the feed pump 14.
  • the terms further connection and bypass line are used synonymously below.
  • a portion of the conveyed liquid can bypass the conveying channel along the axis of the conveying pump 14 between the conveying module 3 and the mixing module 2 via the further connection 22 and reach the mixing module 2 directly.
  • the further connection 22 is formed by a hose or pipe.
  • the further connection 22 has an opening 24 leading into the mixing chamber 7.
  • the mouth 24 is located on the opposite side of the mixing tool 8 - in the illustrated orientation on the upper side - of the mixing chamber 7, so that the liquid can enter the mixing chamber 7 with the aid of gravity.
  • the mouth 24 is formed by an annular gap 25.
  • the annular gap 25 surrounds the supply shaft 5 concentrically.
  • the feed chute 5 is aligned with the axis of the mixing tool 8.
  • the Figure 7 shows an embodiment of the invention with an eccentric feed shaft 5 and an external bypass line 22.
  • the feed shaft 5 is arranged shifted with respect to the axis of the stirring tool 8.
  • the mouth 24 of the bypass line 22, which is designed as an annular gap 25, is widened within the housing 23 of the mixing device 1 in such a way that the annular gap 25 also extends concentrically around the feed shaft 5.
  • the Figure 8 shows an embodiment of the invention, wherein the further connection 22 forming the bypass line runs within the housing 23 of the mixing device 1 along the conveying direction of the liquid - rising in the illustrated orientation - from the conveying module 3 to the mixing module 2.
  • the mouth 24 is also located completely inside the housing 23 of the mixing device 1.
  • the bypass line 22 is fully integrated into the housing 23 of the mixing device 1 and forms a channel completely enclosed by the housing 23.
  • the Figure 9 shows an embodiment with an eccentric feed shaft 5.
  • the feed shaft 5 is closed with a piston 26.
  • the piston 26 is arranged displaceably in the feed shaft 5 along the feed direction of the solid.
  • the piston 26 rests flush against the walls of the feed shaft 5 and forms a closed cavity with the housing 23 and the mixing chamber 7.
  • By appropriate fitting of the piston 26 is the Closure of the mixing chamber 7 designed to be pressure-proof.

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  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Mixers Of The Rotary Stirring Type (AREA)
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  • Accessories For Mixers (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung mit integrierter Förderpumpe, und insbesondere eine Mischvorrichtung zum Vermischen von pulver- und/oder körnigen Partikeln oder dergleichen rieselfähigen Feststoff mit wenigstens einer Flüssigkeit, die Mischvorrichtung umfassend einen Zufuhrschacht für den Feststoff, einen Einlass für die Flüssigkeit, wenigstens ein in einer Mischkammer um eine Achse rotierbares Mischwerkzeug, und einen Auslass für das Gemisch.
  • Eine derartige Mischvorrichtung ist aus DE 19629945 A1 bekannt und dient dazu, Feststoffe wie Pulver, Granulate und Schüttgüter in eine flüssige Vorlage einzuarbeiten. Feststoff und Flüssigkeit werden getrennt zugeführt. Im Betrieb wird durch Rotation des Mischwerkzeugs eine hochturbulente Zone erzeugt. Dabei entsteht ein Unterdruck, durch welchen der Feststoff und die Flüssigkeit in die Mischkammer eingesaugt werden.
  • Aus der Druckschrift EP 1 674 151 A1 ist eine Vorrichtung zum Dispergieren eines Stoffes in einer Flüssigkeit vorbekannt. Die Vorrichtung weist ein pumpwirksames Antreibemittel in Form eines Flügelrades auf, das in der Art einer Wasserringpumpe funktioniert und zwischen einem Dispergierwerkzeug und einem Auslass der Vorrichtung angeordnet ist.
  • Aus der Druckschrift EP 2 609 998 A1 ist eine Dispergiervorrichtung vorbekannt, die sich für die Verarbeitung von Flüssigkeiten mit vergleichsweise niedriger Viskosität eignet.
  • Weitere Misch- oder Rührvorrichtungen sind zum Beispiel aus den Druckschriften EP 1 197 260 A1 sowie US 3 503 846 A vorbekannt.
  • Bei Flüssigkeiten mit hoher Viskosität besteht die Gefahr, dass die Saugwirkung der vorbekannten Vorrichtungen nicht ausreicht, um den gewünschten Flüssigkeitsdurchsatz herzustellen.
  • Bei hoher Viskosität verringern sich der Flüssigkeitsdurchsatz und damit die Saugwirkung im Zuführschacht für den Feststoff. Mit zunehmender Viskosität der Flüssigkeit verliert die Vorrichtung die Fähigkeit, Feststoffe einzusaugen. Dasselbe gilt für Gemische, die im Laufe des Mischvorganges ihre Viskosität erhöhen. Dieses Problem kann durch den Anschluss einer externen Pumpe, z.B. eine Verdrängerpumpe, vermindert werden, welche die Saugwirkung verstärkt und den Flüssigkeitsdurchsatz aufrechterhält. Diese Lösung ist jedoch konstruktiv aufwändig.
  • Es besteht deshalb die Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach und kompakt konstruiert werden kann und dazu geeignet ist, auch Flüssigkeiten mit hoher Viskosität oder Gemische mit veränderlicher Viskosität zu verarbeiten.
  • Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben.
  • Erfindungsgemäß ist eine Mischvorrichtung geschaffen zum Vermischen von pulver- und/oder körnigen Partikeln oder dergleichem rieselfähigen Feststoff mit wenigstens einer Flüssigkeit, die Mischvorrichtung umfassend einen Zufuhrschacht für den Feststoff, einen Einlass für die Flüssigkeit, wenigstens ein in einer Mischkammer um eine Achse rotierbares Mischwerkzeug, einen Auslass für das Gemisch, und eine Förderpumpe, die zwischen dem Einlass und dem Mischwerkzeug angeordnet ist.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass durch die integrierte Förderpumpe ein gleichmäßiger, stabiler Flüssigkeitsdurchsatz erreicht werden kann, auch wenn Flüssigkeiten mit hoher oder steigender Viskosität verarbeitet werden. Dies ist insbesondere zweckmäßig, wenn die Vorrichtung über einen Rücklauf verfügt, d.h. wenn das Gemisch in den Flüssigkeitsbehälter zurückgeleitet und einer erneuten Verarbeitung zugeführt wird.
  • Insbesondere bleibt der Flüssigkeitsdurchsatz auch dann stabil, wenn die Zufuhr des Feststoffes freigegeben wird, z.B. durch Öffnen eines dafür vorgesehenen Ventils in dem Zufuhrschacht für den Feststoff. Im Gegensatz dazu kann es bei herkömmlichen Mischvorrichtungen zumindest vorübergehend zu einem "Zusammenbruch" der Saugwirkung und damit der Zufuhr der Flüssigkeit und/oder des Feststoffes kommen.
    Die Erfindung sieht vor, dass die Förderpumpe zwischen dem Einlass und dem Mischwerkzeug angeordnet, also in Bezug auf die Förderrichtung des Feststoffes dem Mischwerkzeug vorgeordnet und dem Einlass nachgeordnet ist. Damit wird die Saugwirkung verbessert, ohne dass die Zufuhr von Feststoff in die Mischkammer behindert wird oder dies durch konstruktive Maßnahmen vermieden werden muss.
  • In einer Ausgestaltung ist der Auslass und/oder der Einlass horizontal oder seitlich und/oder der Zufuhrschacht vertikal und insbesondere zentral angeordnet. Der Auslass ist oberhalb des Einlasses angeordnet. Die Pumpe ist dabei in Förderrichtung der Flüssigkeit dem Einlass nach- und dem Auslass vorgeordnet. Der geometrische Mittelpunkt des Querschnittes des Zufuhrschachtes fluchtet mit der Rotationsachse des Mischwerkzeuges.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Zufuhrschacht vertikal und in Bezug auf die Rotationsachse des Mischwerkzeuges exzentrisch angeordnet. Der zugeführte Feststoff gelangt außerhalb des Zentrums des Mischwerkzeuges mit dem Mischwerkzeug in Kontakt. Dadurch findet der Mischvorgang in einer Zone höherer Umfangsgeschwindigkeit und auf/an dem Mischwerkzeug statt. Das Gemisch ist in diesem Bereich des Mischwerkzeuges höheren Turbulenzen ausgesetzt. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Zufuhrschacht durch einen Verschluss oder einen Stopfen oder einen Druckkolben verschließbar, wobei der Verschluss oder der Stopfen oder der Druckkolben in dem Zufuhrschacht entlang der Zufuhrrichtung des Feststoffes bewegbar ist und mit den Wandungen des Zufuhrschachtes bündig abschließt. Ein Vermischen einer bestimmten Menge Flüssigkeit mit einer bestimmten Menge Feststoff ist ohne das Hinzutreten unerwünschter Massenströme, insbesondere Luft oder Feststoff oder Flüssigkeit möglich. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Wandungen des Zufuhrschachtes sauber bleiben und nicht extra gereinigt werden müssen. Ablagerungen werden vermieden. Der Verschluss kann auch zum einfachen Verschließen ausgebildet sein.
  • Erfindungsgemäß besteht zwischen der Förderpumpe und der Mischkammer eine weitere Verbindung, wobei die weitere Verbindung durch ein Rohr oder eine Leitung an der Außenseite eines Gehäuses der Mischvorrichtung gebildet ist, und in die Mischkammer eine Mündung aufweist, oder die weitere Verbindung innerhalb des Gehäuses der Mischvorrichtung angeordnet ist.
  • Die weitere Verbindung bildet eine Bypass-Leitung für die Flüssigkeit zwischen der Förderstufe und der Mischkammer. Durch die Bypass-Leitung gelangt ein Teil der geförderten Flüssigkeit über eine Mündung in die Mischkammer. Der Feststoff wird so von mehreren Seiten mit der Flüssigkeit in Verbindung gebracht. Die Flüssigkeit wird so gleichmäßiger in der Mischkammer verteilt. Lokale Über- oder Unterkonzentrationen an Feststoff werden verringert.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die weitere Verbindung ein in dem Gehäuse ausgebildeter Verbindungskanal. Auf weitere an der Außenseite verlaufende Leitungen kann verzichtet werden. Undichtigkeiten an den außen liegenden Leitungen und die Gefahr von Beschädigungen können vermieden werden. Die innerhalb des Gehäuses sich befindende Ausgestaltung der Verbindung hat weiter den Vorteil, dass die Bauform der Mischvorrichtung sehr kompakt gehalten werden kann.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Mündung der weiteren Verbindung durch einen Ringspalt und/oder mindestens eine Bohrung und/oder mindestens eine Düse gebildet. Je nach Anordnung oder Einsatzzweck der Mischvorrichtung können verschiedene Arten der Mündung vorgesehen sein. Dadurch können unterschiedliche Gemische verarbeitet werden, die unterschiedliche Benetzungsarten erfordern. In der besonders vorteilhaften Ausgestaltungsform der Mündung als Ringspalt kann die Flüssigkeit in Form eines Flüssigkeitsvorhanges in die Mischkammer eingeführt werden. Dies verbessert die Benetzung des zugeführten Feststoffes in einem Übergangsbereich zwischen dem Feststoff und der Flüssigkeit. Durch die verbesserte Benetzung werden lokale Überkonzentrationen an Feststoff vermieden. Die Bildung von Rückständen durch Verkleben und/oder Anhaften unzureichend benetzten Feststoffes wird verhindert. Klumpenbildung wird vermieden. Durch die zusätzliche Zufuhr von Flüssigkeit wird auch ein lokales Überhitzen von zugeführtem Feststoff verhindert. Dies kann auftreten, wenn durch unzureichende Flüssigkeitszufuhr lokale Überkonzentrationen an Feststoff entstehen, welcher durch Reibung mit dem Mischwerkzeug hohen Temperaturen ausgesetzt sein kann. Die Mischkammer kann zudem einfach und effizient mit Reinigungsfluid durchspült werden. Dadurch ist es nicht mehr notwendig die Mischvorrichtung zur Reinigung zu Öffnen (sogenannte "Cleaning-in-Place" Eigenschaft).
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Ringspalt in Bezug auf die Förderrichtung der Flüssigkeit oberhalb der Mischkammer, insbesondere um den Zufuhrschacht herum angeordnet. Die Anordnung des Ringspaltes "an der Decke" der Mischkammer hat den Vorteil, dass die zugeleitete Flüssigkeit schwerkraftunterstützt in die Mischkammer einlaufen kann und einen Flüssigkeitsvorhang bildet. Die benetzende Oberfläche der Flüssigkeit wird erhöht, wodurch der Feststoff schneller benetzt wird. Dies trägt zur besseren Dispersion bei. Die Anordnung des Ringspaltes um den Zuführschacht herum stellt eine gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung sicher. Der zugeführte Feststoff wird gleichmäßig benetzt. Dies vermeidet Verklumpungen infolge von lokalem Flüssigkeitsmangel.
  • In einer Ausgestaltung ist die Förderpumpe durch eine Kreiselpumpe mit einem Förderrad mit mehreren Förderflügeln, insbesondere vier oder acht vorzugsweise gekrümmten Förderflügeln gebildet. Eine solche Förderpumpe ist konstruktiv einfach zu realisieren, so dass bestehende Konstruktionen mit relativ geringem Aufwand aufgerüstet werden können.
  • In einer alternativen Ausgestaltung ist die Förderpumpe durch eine Rotor-Stator-Vorrichtung mit einem oder mehreren Rotor- und/oder Statorkränzen in konzentrischer Anordnung gebildet. Mit dieser Ausgestaltung werden mögliche Agglomerate im Gemisch zerkleinert und eine zusätzliche feine Dispergierung des Gemisches erreicht. Dies ist insbesondere der Fall, wenn das Gemisch rezirkuliert, d.h. dem Mischvorgang erneut zugeführt wird.
  • In einer Ausgestaltung sind die Förderflügel oder Rotor- und/oder Statorkränze auf der dem Mischwerkzeug abgewandten Seite der Förderpumpe angeordnet. Eine solche Anordnung hat eine besonders gute Saugwirkung.
  • In einer Ausgestaltung ist die Förderpumpe auf derselben Antriebswelle angeordnet wie das Mischwerkzeug. Somit wird für das Mischwerkzeug und die Förderpumpe nur ein einziger Antriebsmotor benötigt.
  • In einer Ausgestaltung mündet der Auslass in eine Auslassleitung, die in einen Behälter für die Flüssigkeit zurückführt, der über eine Zuführleitung mit der Flüssigkeitszufuhr verbunden ist. Dadurch ist es möglich, dass der Ausgangsstoff aus dem Behälter allmählich mehr und mehr mit dem Feststoff vermischt und immer wieder zurückbefördert wird, bis eine gewünschte Gesamtmischung hergestellt ist, die einen entsprechenden Grad an Homogenität und/oder Viskosität aufweist.
  • Erfindungsgemäß ist die Mischvorrichtung modular ausgestaltet, mit einem Mischmodul umfassend das Mischwerkzeug, einem Fördermodul umfassend die Förderpumpe, und einem Einlassmodul umfassend den Einlass, wobei das Fördermodul zwischen dem Mischmodul und dem Einlassmodul anordenbar ist, und das Einlassmodul direkt an dem Mischmodul anordenbar ist. Gemäß dieser Ausgestaltung ist es möglich, einzelne Module vorzusehen und miteinander zu verbinden oder wegzulassen. Beispielsweise kann die Förderpumpe für die Verarbeitung einer Flüssigkeit mit geringer Viskosität nicht benötigt werden. In diesem Fall ist es möglich, das Fördermodul zu entfernen und das Mischmodul direkt mit dem Einlassmodul zu verbinden. Soll mit Mischvorrichtung eine Flüssigkeit mit hoher Viskosität verarbeitet werden, kann das Fördermodul (nachträglich) hinzugefügt werden.
  • Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen in zum Teil schematisierter Darstellung:
    • Figur 1
    eine Mischvorrichtung gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung im Querschnitt;
    Figur 2
    die Mischvorrichtung aus Figur 1 ohne Fördermodul;
    Figur 3
    eine perspektivische Ansicht des Förderrades der Mischvorrichtung aus Figur 1;
    Figur 4
    eine Draufsicht auf das Förderrad aus Figur 3;
    Figur 5
    eine Mischvorrichtung gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung im Querschnitt;
    Figur 6
    eine Mischvorrichtung gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung mit einer Bypass-Leitung im Querschnitt;
    Figur 7
    eine Mischvorrichtung gemäß einer Ausgestaltungsform der Erfindung mit exzentrischem Zufuhrschacht im Querschnitt;
    Figur 8
    eine Mischvorrichtung gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung mit interner Bypass-Leitung im Querschnitt; und
    Figur 9
    eine Mischvorrichtung gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung im Querschnitt.
  • Die Figur 1 zeigt eine Mischvorrichtung 1 nach einer Ausgestaltung der Erfindung. Die Mischvorrichtung ist modular aufgebaut und umfasst ein Mischmodul 2, ein Fördermodul 3 und ein Einlassmodul 4. Die Module 2, 3 und 4 sind miteinander verbunden, können aber voneinander gelöst und in anderer Weise miteinander verbunden werden. Die Figur 2 zeigt eine Variante, bei der kein Fördermodul 3 vorgesehen und das Mischmodul 2 direkt mit dem Einlassmodul 4 verbunden ist.
  • Das Mischmodul 2 weist einen vertikalen zentralen Zufuhrschacht 5 zur Zufuhr eines Feststoffes sowie einen horizontalen seitlichen Auslass 6 für das Gemisch auf. Der Zufuhrschacht 5 und der Auslass 6 münden in eine Mischkammer 7, in der ein Mischwerkzeug 8 angeordnet ist, das durch eine Rotor-Stator-Vorrichtung 9, 10 mit einem Rotorkranz 11 und einem Statorkranz gebildet ist. Der Rotor 9 ist mit einer rotierenden Antriebswelle 12 verbunden, die durch einen Motor 13 angetrieben ist.
  • In dem an das Mischmodul 2 angeschlossenen Fördermodul 3 ist eine als Kreiselpumpe ausgestaltete Förderpumpe 14 mit einem Förderrad 15 und mehreren auf dem Förderrad 15 angeordneten Förderflügeln 16 vorgesehen. Die Förderflügel 16 sind auf der dem Mischmodul 2 abgewandten Seite des Förderrades 15 angeordnet. Das Förderrad 16 ist ebenso wie der Rotor mit der Antriebswelle 12 verbunden und wird durch Rotation der Antriebswelle 12 gedreht.
  • Das Einlassmodul 4 ist an das in Bildorientierung untere Ende des Fördermoduls 3 angeschlossen. Das Einlassmodul 4 umfasst einen horizontalen seitlichen Einlass 17 für die Flüssigkeit. Der Einlass 17 ist mit einem nicht gezeigten Flüssigkeitsbehälter verbunden. Auch der Auslass 6 kann mit dem Flüssigkeitsbehälter verbunden sein, so dass ein geschlossener Kreislauf gebildet wird und das Gemisch in den Flüssigkeitsbehälter zurück gefördert und erneut dem Mischvorgang zugeführt werden kann.
  • Im Betrieb, d.h. bei Rotation des Rotors 9 und des Förderrades 15 wird der Feststoff durch den Zufuhrschacht 5 in die Mischkammer 7 eingesaugt. Insbesondere wird aufgrund der Partikelbeschleunigung durch den Rotor 9 in der Mischkammer 7 ein Unterdruck erzeugt, der ein Einsaugen von Pulvern oder Granulaten durch den Zufuhrschacht 5 bewirkt. Der Rotor 9 ist derart ausgestaltet und angeordnet, dass der Feststoff zunächst getrennt von der Flüssigkeit gefördert und erst in einem vorbestimmten Bereich mit hoher Turbulenz auf die Flüssigkeit trifft. Dabei wird der Feststoff innerhalb des Rotors 9 beschleunigt und aufgrund der Volumenvergrößerung zum Randbereich des Rotors 9 noch vor dem Eindispergieren in die Flüssigkeit fein verteilt. Die fein verteilten Feststoffteilchen treffen dann auf einen Flüssigkeitsmantel mit relativ großer Oberfläche, so dass diese agglomeratfrei in die Flüssigkeit eindispergiert werden.
  • Durch die Förderpumpe 14 wird eine zusätzliche Saugwirkung erzeugt, so dass sichergestellt wird, dass ausreichend Flüssigkeit und Feststoff in die Mischkammer 7 gelangen, auch wenn die Flüssigkeit eine hohe Viskosität hat oder deren Viskosität während des Mischvorganges zunimmt.
  • Die Figuren 3 und 4 zeigen das Förderrad 15 gemäß der in Figur 1 dargestellten Ausgestaltung der Erfindung. Das Förderrad 15 weist acht Förderflügel 16 auf, die jeweils eine Krümmung aufweisen und sich von dem radial äußeren Rand des Förderrades in Richtung zu einer Nabe 18 erstrecken, wobei das radial innen liegende Ende der Förderflügel 16 von der Nabe 18 beabstandet ist.
  • Die Figur 5 zeigt eine Mischvorrichtung 1 gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Die Ausgestaltung in Figur 5 unterscheidet sich von der Ausgestaltung in Figur 1 dadurch, dass die Förderpumpe 14 durch eine Rotor-/Statorvorrichtung mit einem Rotor 19 und einem Stator 20 gebildet ist. Der Rotor 19 umfasst mindestens einen Rotorkranz 21. Mit dieser Ausgestaltung wird eine besonders feine Dispergierung erreicht. Dies ist insbesondere der Fall, wenn das Gemisch rezirkuliert, d.h. dem Mischvorgang erneut zugeführt wird.
    Die Figur 6 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung mit einer weiteren Verbindung 22 zwischen dem Fördermodul 3 und der Mischkammer 7. Die weitere Verbindung verläuft außerhalb eines Gehäuses 23 an dessen Außenseite, von einer horizontal außen liegenden Seite des Fördermoduls 3, zu einer Außenseite des Mischmoduls 2. Die weitere Verbindung 22 bildet eine Bypass-Leitung für die durch die Förderpumpe 14 geförderte Flüssigkeit. Die Begriffe weitere Verbindung und Bypass-Leitung werden im Folgenden synonym verwendet. Ein Teil der geförderten Flüssigkeit kann über die weitere Verbindung 22 den Förderkanal entlang der Achse der Förderpumpe 14 zwischen dem Fördermodul 3 und dem Mischmodul 2 umgehen und direkt in das Mischmodul 2 gelangen. Die weitere Verbindung 22 ist durch eine Schlauch- oder Rohrleitung gebildet. Die weitere Verbindung 22 weist eine in die Mischkammer 7 führende Mündung 24 auf. Die Mündung 24 befindet sich auf der dem Mischwerkzeug 8 gegenüberliegenden Seite - in der dargestellten Orientierung an der Oberseite- der Mischkammer 7, so dass die Flüssigkeit schwerkraftunterstützt in die Mischkammer 7 einlaufen kann. Die Mündung 24 ist durch einen Ringspalt 25 gebildet. Der Ringspalt 25 umgibt den Zufuhrschacht 5 konzentrisch. Der Zufuhrschacht 5 fluchtet in dieser Ausführungsform mit der Achse des Mischwerkzeuges 8.
  • Die Figur 7 zeigt eine Ausgestaltungsform der Erfindung mit einem exzentrischen Zufuhrschacht 5 und einer außen liegenden Bypass-Leitung 22. Der Zufuhrschacht 5 ist in Bezug auf die Achse des Rührwerkzeuges 8 verschoben angeordnet. Die als Ringspalt 25 ausgebildete Mündung 24 der Bypass-Leitung 22 ist innerhalb des Gehäuses 23 der Mischvorrichtung 1 so erweitert, dass der Ringspalt 25 ebenfalls konzentrisch um den Zufuhrschacht 5 herum verläuft.
  • Die Figur 8 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, wobei die die Bypass-Leitung bildende weitere Verbindung 22 innerhalb des Gehäuses 23 der Mischvorrichtung 1 entlang der Förderrichtung der Flüssigkeit - in der dargestellten Orientierung aufsteigend - von dem Fördermodul 3 zu dem Mischmodul 2 verläuft. Auch die Mündung 24 befindet sich vollständig im Inneren des Gehäuses 23 der Mischvorrichtung 1. Die Bypass-Leitung 22 ist vollständig in das Gehäuse 23 der Mischvorrichtung 1 integriert und bildet einen vollständig von dem Gehäuse 23 umschlossenen Kanal.
  • Die Figur 9 zeigt eine Ausführungsform mit einem exzentrischen Zufuhrschacht 5. Der Zufuhrschacht 5 ist mit einem Kolben 26 verschlossen. Der Kolben 26 ist entlang der Zuführrichtung des Feststoffes verschieblich in dem Zufuhrschacht 5 angeordnet. Der Kolben 26 liegt bündig an den Wandungen des Zufuhrschachtes 5 an und bildet mit dem Gehäuse 23 und der Mischkammer 7 einen abgeschlossenen Hohlraum. Durch entsprechende Einpassung des Kolbens 26 ist der Verschluss der Mischkammer 7 drucksicher ausgebildet. Durch Bewegung des Kolbens 26 entlang des Zufuhrschachtes 5 wird zuzuführender Feststoff in die Mischkammer 7 geführt.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Mischvorrichtung
    2
    Mischmodul
    3
    Fördermodul
    4
    Einlassmodul
    5
    Zufuhrschacht
    6
    Auslass
    7
    Mischkammer
    8
    Mischwerkzeug
    9
    Rotor
    10
    Stator
    11
    Rotorkranz
    12
    Antriebswelle
    13
    Motor
    14
    Förderpumpe
    15
    Förderrad
    16
    Förderflügel
    17
    Einlass
    18
    Nabe
    19
    Rotor
    20
    Stator
    21
    Rotorkranz
    22
    weitere Verbindung (Bypass-Leitung)
    23
    Gehäuse der Mischvorrichtung
    24
    Mündung
    25
    Ringspalt
    26
    Kolben

Claims (14)

  1. Mischvorrichtung (1) zum Vermischen von pulver- und/oder körnigen Partikeln oder dergleichen rieselfähigen Feststoff mit wenigstens einer Flüssigkeit, die Mischvorrichtung umfassend:
    einen Zufuhrschacht (5) für den Feststoff;
    einen Einlass (17) für die Flüssigkeit;
    wenigstens ein in einer Mischkammer (7) um eine Achse rotierbares Mischwerkzeug (8);
    einen Auslass (6) für das Gemisch;
    eine Förderpumpe (14), die zwischen dem Einlass (17) und dem Mischwerkzeug (8) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Förderpumpe (14) und der Mischkammer (7) eine weitere Verbindung (22) besteht, wobei die weitere Verbindung (22) durch ein Rohr oder eine Schlauchleitung an der Außenseite eines Gehäuses (23) der Mischvorrichtung (1) gebildet ist und eine Mündung (24) in die Mischkammer (7) aufweist, oder wobei die weitere Verbindung (22) innerhalb des Gehäuses (23) der Mischvorrichtung (1) angeordnet ist.
  2. Mischvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Auslass (6) und/oder der Einlass (17) horizontal oder seitlich und/oder der Zufuhrschacht (5) vertikal und insbesondere zentral angeordnet ist.
  3. Mischvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Förderpumpe (14) in Bezug auf die Förderrichtung des Feststoffes oberhalb des Einlasses (17) angeordnet ist.
  4. Mischvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Zufuhrschacht (5) in Bezug auf eine Rotationsachse des Mischwerkzeuges (8) exzentrisch angeordnet ist.
  5. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zufuhrschacht (5) durch einen Verschluss oder einen Stopfen oder einen Druckkolben (26) verschließbar ist, wobei der Verschluss oder der Stopfen oder der Druckkolben (26) in dem Zufuhrschacht (5) entlang der Zufuhrrichtung des Feststoffes bewegbar ist und mit den Wandungen des Zuführschachtes (5) bündig abschließt.
  6. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die weitere Verbindung (22) ein in dem Gehäuse (23) ausgebildeter Verbindungskanal ist.
  7. Mischvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mündung (24) der weiteren Verbindung (22) durch einen Ringspalt (25) und/oder mindestens eine Bohrung und/oder mindestens eine Düse gebildet ist.
  8. Mischvorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Ringspalt (25) in Bezug auf die Förderrichtung der Flüssigkeit oberhalb der Mischkammer (7), insbesondere um den Zufuhrschacht (5) herum angeordnet ist.
  9. Mischvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Förderpumpe (14) durch eine Kreiselpumpe mit einem Förderrad (15) mit mehreren Förderflügeln (16), insbesondere vier oder acht vorzugsweise gebogenen Förderflügeln gebildet ist.
  10. Mischvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Förderpumpe (14) durch eine Rotor-Stator-Vorrichtung (19, 20) mit einem oder mehreren Rotor- und/oder Statorkränzen (21) in konzentrischer Anordnung gebildet ist.
  11. Mischvorrichtung (1) nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Förderflügel (16) oder Rotor- und/oder Statorkränze (21) auf der dem Mischwerkzeug (8) abgewandten Seite der Förderpumpe (14) angeordnet sind.
  12. Mischvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Förderpumpe (14) auf derselben Antriebswelle (12) angeordnet ist wie das Mischwerkzeug (8).
  13. Mischvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Auslass (6) in eine Auslassleitung mündet, die in einen Behälter für die Flüssigkeit zurückführt, der über eine Zuführleitung mit dem Einlass (17) verbunden ist.
  14. Mischvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mischvorrichtung modular ausgestaltet ist, mit einem Mischmodul (2) umfassend das Mischwerkzeug (8), einem Fördermodul (3) umfassend die Förderpumpe (14), und einem Einlassmodul (4) umfassend den Einlass (17), wobei das Fördermodul zwischen dem Mischmodul und dem Einlassmodul anordenbar ist, und das Einlassmodul direkt an dem Mischmodul anordenbar ist.
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