EP3505230A1 - Mischvorrichtung mit integrierter förderpumpe - Google Patents

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EP3505230A1
EP3505230A1 EP19150614.6A EP19150614A EP3505230A1 EP 3505230 A1 EP3505230 A1 EP 3505230A1 EP 19150614 A EP19150614 A EP 19150614A EP 3505230 A1 EP3505230 A1 EP 3505230A1
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EP
European Patent Office
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mixing
mixing device
feed
inlet
module
Prior art date
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Granted
Application number
EP19150614.6A
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English (en)
French (fr)
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EP3505230B1 (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
Application filed by IKA Werke GmbH and Co KG filed Critical IKA Werke GmbH and Co KG
Priority to SI201531872T priority Critical patent/SI3505230T1/sl
Publication of EP3505230A1 publication Critical patent/EP3505230A1/de
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Publication of EP3505230B1 publication Critical patent/EP3505230B1/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
    • 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
    • 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
    • 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 integrated feed pump, and more particularly to 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 chute for the solid, an inlet for the liquid, at least one in a mixing chamber rotatable about an axis mixing tool, and an outlet for the mixture.
  • Such a mixing device is made DE 19629945 A1 and serves to incorporate solids such as powder, granules and bulk materials in a liquid template. Solid and liquid are fed separately. In operation, a highly turbulent zone is created by rotation of the mixing tool. This creates a negative pressure through which the solid and the liquid are sucked into the mixing chamber.
  • 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 chute 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 disposed between the inlet and the mixing tool.
  • the present invention is based on the recognition that a uniform, stable liquid flow rate can be achieved by the integrated feed pump, even if processes liquids with high or rising viscosity become. This is particularly useful when the device has a return, that is, when the mixture is returned to the liquid container and fed to a re-processing.
  • the liquid flow rate remains stable even when the supply of the solid is released, e.g. by opening a dedicated valve in the feed chute for the solid.
  • a "collapse" of the suction effect and thus the supply of the liquid and / or the solid can occur.
  • the invention provides that the feed pump is arranged between the inlet and the mixing tool, that is arranged upstream of the mixing tool in relation to the conveying direction of the solid and arranged downstream of the inlet.
  • the suction effect is improved without the supply of solids is hindered in the mixing chamber or this must be avoided by design measures.
  • the outlet and / or the inlet is arranged horizontally or laterally and / or the feed shaft vertically and in particular centrally.
  • the outlet is located above the inlet.
  • the pump is upstream of the inlet and 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 chute is arranged vertically and concentrically with respect to the axis of rotation of the mixing tool.
  • the supplied solid passes outside the center of the mixing tool with the Mixing tool in contact.
  • the mixing process takes place in a zone of higher peripheral speed and on / at the mixing tool.
  • the mixture is exposed to higher turbulence in this area of the mixing tool.
  • the mixing process can run from the outset faster because the solid does not have to be first transported by the mixing tool in the areas of higher peripheral speed.
  • the feed shaft can be closed by a closure or a stopper or a pressure piston, wherein the closure or the stopper or the pressure piston in the feed slot along the feed direction of the solid is movable, flush with the walls of the feed slot and by means of a Compressive force on the solid is exercisable.
  • the closure or the stopper or the pressure piston in the feed slot along the feed direction of the solid is movable, flush with the walls of the feed slot and by means of a Compressive force on the solid is exercisable.
  • the closure of the feed chute Through the closure of the feed chute, the pressure in the mixing chamber can be increased. Mixing a certain amount of liquid with a certain amount of solid is possible without the addition of unwanted mass flows, in particular air or solid or liquid. Due to the design of the closure as a pressure piston can be supplied quickly and accurately even flowable solid. This embodiment has the further advantage that the walls of the feed shaft remain clean and do not need to be cleaned extra. Deposits are avoided.
  • the closure can also be designed for easy closing.
  • the further connection is formed by a pipe or a conduit on the outside of a housing of the mixing device, and having an orifice in the mixing chamber.
  • the further connection forms a bypass line for the liquid between the conveyor stage and the mixing chamber. By the bypass line passes a portion of the pumped liquid through an orifice into the mixing chamber. The solid is thus brought into contact with the liquid from several sides. The conveyor stage is thereby relieved and accelerates the mixing process. This is advantageous for liquids of high viscosity.
  • the further connection is arranged within the housing of the mixing device, in particular the further connection (22) is a connecting channel formed in the housing (23).
  • the further connection (22) is a connecting channel formed in the housing (23).
  • 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.
  • different mixtures can be processed, which require different types of wetting.
  • the pressure in the mixing chamber can be increased by supplying liquid. This improves the dispersing effect. Lump formation is avoided.
  • the additional supply of liquid also favors the cooling of the mixing device, which is advantageous especially at high speeds and high-viscosity mixtures / liquids.
  • the design of the mouth of the bypass line as an annular gap also causes an improved flushing of the entire mixing chamber.
  • the mixing chamber can be simple and efficient with cleaning fluid be flushed through. As a result, it is no longer necessary to open the mixing device for cleaning (so-called "cleaning-in-place" property).
  • the annular gap with respect to the conveying direction of the liquid above the mixing chamber in particular arranged around the feed shaft.
  • the arrangement of the annular gap "on the ceiling" of the mixing chamber has the advantage that the liquid supplied can gravitationally run into the mixing chamber 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 a uniform distribution of liquid. The supplied solid is wetted evenly. This avoids clumping due to local dehydration.
  • the feed pump is formed by a centrifugal pump with a feed wheel with a plurality of conveying wings, in particular four or eight preferably curved conveying wings.
  • a centrifugal pump with a feed wheel with a plurality of conveying wings, in particular four or eight preferably curved conveying wings.
  • the feed pump is formed by a rotor-stator device with one or more rotor and / or stator rings in a concentric arrangement.
  • possible agglomerates are comminuted in the mixture and an additional fine dispersion of the mixture is achieved. This is the case, in particular, when the mixture is recirculated, ie recirculated to the mixing process.
  • the conveying wings or rotor and / or stator crowns are arranged on the side facing away from the mixing tool of the feed pump. 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 needed for the mixing tool and the feed pump.
  • the outlet terminates in an outlet conduit which returns to a container for the liquid which is connected to the liquid supply via a supply conduit.
  • the mixing device is designed modularly, with a mixing module comprising the mixing tool, a conveyor module comprising the feed pump, and an inlet module comprising the inlet, wherein the conveyor module between the mixing module and the inlet module can be arranged, and the inlet module directly to the mixing module can be arranged is.
  • the feed pump may not be needed for processing a low viscosity liquid.
  • the FIG. 1 shows a mixing device 1 according to an embodiment of the invention.
  • the mixing device is modular and comprises a mixing module 2, a conveyor module 3 and an inlet module 4.
  • the modules 2, 3 and 4 are connected to each other, but can be detached from each other and connected to each other in other ways.
  • the FIG. 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 feed chute 5 for supplying a solid and a horizontal side outlet 6 for the mixture.
  • the supply 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 rim 11 and a stator ring.
  • the rotor 9 is connected to a rotating drive shaft 12 which is driven by a motor 13.
  • conveyor module 3 designed as a centrifugal pump feed pump 14 is provided with a feed wheel 15 and a plurality arranged on the feed wheel 15 conveying wings 16.
  • the conveying wings 16 are arranged on the side of the conveying wheel 15 facing away from the mixing module 2.
  • the feed wheel 16 like the rotor, is connected to the drive shaft 12 and is rotated by rotation of the drive shaft 12.
  • the inlet module 4 is connected to the bottom in image orientation of the conveyor module 3.
  • the inlet module 4 comprises a horizontal lateral inlet 17 for the liquid.
  • the inlet 17 is connected to a liquid container, not shown. Also, the outlet 6 can with the liquid container be connected so that a closed circuit is formed and the mixture can be conveyed back into the liquid container and fed again to the mixing process.
  • the solid In operation, i. during rotation of the rotor 9 and the feed wheel 15, the solid is sucked through the feed slot 5 into the mixing chamber 7. In particular, a negative pressure is generated due to the particle acceleration by the rotor 9 in the mixing chamber 7, which causes suction of powders or granules through the feed slot 5.
  • the rotor 9 is designed and arranged such that the solids are first conveyed separately from the liquid and only hit the liquid in a predetermined area with high turbulence. In this case, the solid is accelerated within the rotor 9 and finely distributed due to the increase in volume to the edge region of the rotor 9 before Eindispergieren in the liquid. The finely divided solid particles then impinge on a liquid coat with a relatively large surface, so that they are dispersed in the liquid without agglomeration.
  • the Figures 3 and 4 show the conveyor wheel 15 according to the in FIG. 1 illustrated embodiment of the invention.
  • the conveying wheel 15 has eight conveying wings 16, each having a curvature and extending from the radially outer edge of the conveying wheel in the direction of a hub 18, wherein the radially inner end of the conveying wings 16 is spaced from the hub 18.
  • FIG. 5 shows a mixing device 1 according to another embodiment of the present invention.
  • the design in FIG. 5 differs from the embodiment in FIG. 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.
  • a particularly fine dispersion is achieved. This is the case, in particular, when the mixture is recirculated, ie recirculated to the mixing process.
  • FIG. 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 extends outside of a housing 23 on the outside, from a horizontal outer side of the conveyor module 3, to an outer side of the mixing module 2.
  • the other Connection 22 forms a bypass line for the funded by the feed pump 14 liquid.
  • additional connection and bypass line are used synonymously below.
  • a portion of the conveyed liquid can bypass the conveying channel along the axis of the feed pump 14 between the conveyor module 3 and the mixing module 2 and pass directly into the mixing module 2 via the further connection 22.
  • 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 at the top of the mixing chamber 7, so that the liquid gravity-assisted can enter into the mixing chamber 7.
  • the mouth 24 is through an annular gap 25th educated.
  • the annular gap 25 surrounds the feed slot 5 concentrically.
  • the feed chute 5 is aligned with the axis of the mixing tool 8 in this embodiment.
  • FIG. 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 with respect to the axis of the agitator 8 shifted.
  • the opening 24 formed as an annular gap 25 of the bypass line 22 is widened within the housing 23 of the mixing device 1 so that the annular gap 25 also extends concentrically around the feed shaft 5 around.
  • FIG. 8 shows an embodiment of the invention, wherein the bypass line forming further connection 22 within the housing 23 of the mixing device 1 along the conveying direction of the liquid - ascending in the illustrated orientation - from the conveyor module 3 to the mixing module 2 extends. Also, the mouth 24 is located completely inside the housing 23 of the mixing device 1. The bypass line 22 is completely integrated into the housing 23 of the mixing device 1 and forms a completely enclosed by the housing 23 channel.
  • FIG. 9 shows an embodiment with an eccentric feed slot 5.
  • the feed slot 5 is closed by a piston 26.
  • the piston 26 is slidably disposed in the feed chute 5 along the feeding direction of the solid.
  • the piston 26 is flush with the walls of the feed slot 5 and forms with the housing 23 and the mixing chamber 7 a closed cavity.
  • the closure of the mixing chamber 7 is pressure-proof.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung (1) zum Vermischen von pulver- und/oder körnigen Partikeln oder dergleichen rieselfähigen Feststoff mit wenigstens einer Flüssigkeit, die Mischvorrichtung umfassend einen Zuführschacht (5) für einen Feststoff, einen Einlass (17) für die Flüssigkeit; wenigstens ein in einer Mischkammer (7) um eine Achse rotierbares Mischwerkzeug (8), und einen Auslass (6) für das Gemisch, wobei eine Förderpumpe (14), die zwischen dem Einlass und dem Mischwerkzeug angeordnet ist

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.
  • Bei Flüssigkeiten mit hoher Viskosität besteht die Gefahr, dass die Saugwirkung 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 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, 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 konzentrisch 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. Somit kann der Mischvorgang von vorne herein schneller ablaufen, da der Feststoff nicht zuerst durch das Mischwerkzeug in die Bereiche höherer Umfangsgeschwindigkeit transportiert muss.
  • 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, mit den Wandungen des Zufuhrschachtes bündig abschließt und mittels dessen eine Druckkraft auf den Feststoff ausübbar ist. Durch den Verschluss des Zuführschachtes kann der Druck in der Mischkammer erhöht werden. Ein Vermischen einer bestimmten Menge Flüssigkeit mit einer bestimmten Menge Feststoff ist ohne das Hinzutreten unerwünschter Massenströme, insbesondere Luft oder Feststoff oder Flüssigkeit möglich. Durch die Ausbildung des Verschlusses als Druckkolben kann auch schwer rieselfähiger Feststoff schnell und präzise zugeführt werden. Diese Ausgestaltung hat weiter 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.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung 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 der Mischkammer eine Mündung aufweist. 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 Förderstufe wird dadurch entlastet und der Mischvorgang beschleunigt. Dies ist von Vorteil bei Flüssigkeiten hoher Viskosität.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die weitere Verbindung innerhalb des Gehäuses der Mischvorrichtung angeordnet, insbesondere ist die weitere Verbindung (22) ein in dem Gehäuse (23) 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. Diese Ausgestaltung 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 der Druck in der Mischkammer durch Flüssigkeitszufuhr erhöht werden. Dadurch verbessert sich der Dispergiereffekt. Klumpenbildung wird vermieden. Durch die zusätzliche Zufuhr von Flüssigkeit wird auch die Kühlung der Mischvorrichtung begünstigt, was vor allem bei hohen Drehzahlen und hochviskosen Gemischen/Flüssigkeiten von Vorteil ist. Die Ausgestaltung der Mündung der Bypass-Leitung als Ringspalt bewirkt zudem eine verbesserte Durchspülung der gesamten Mischkammer. Die Mischkammer kann 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.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung 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 (15)

  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); und
    einen Auslass (6) für das Gemisch;
    gekennzeichnet durch eine Förderpumpe (14), die zwischen dem Einlass (17) und dem Mischwerkzeug (8) 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, mit den Wandungen des Zuführschachtes (5) bündig abschließt und mittels dessen eine Druckkraft auf den Feststoff ausübbar ist.
  6. Mischvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei 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.
  7. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zwischen der Förderpumpe (14) und der Mischkammer (7) eine weitere Verbindung (22) besteht, wobei die weitere Verbindung (22) innerhalb des Gehäuses (23) der Mischvorrichtung (1) angeordnet ist, insbesondere wobei die weitere Verbindung (22) ein in dem Gehäuse (23) ausgebildeter Verbindungskanal ist.
  8. Mischvorrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Mündung (24) der weiteren Verbindung (22) durch einen Ringspalt (25) und/oder mindestens eine Bohrung und/oder mindestens eine Düse gebildet ist.
  9. Mischvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Ringspalt (25) in Bezug auf die Förderrichtung der Flüssigkeit oberhalb der Mischkammer (7), insbesondere um den Zufuhrschacht (5) herum angeordnet ist.
  10. 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.
  11. 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.
  12. Mischvorrichtung (1) nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Förderflügel (16) oder Rotor- und/oder Statorkränze (21) auf der dem Mischwerkzeug (8) abgewandten Seite der Förderpumpe (14) angeordnet sind.
  13. Mischvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Förderpumpe (14) auf derselben Antriebswelle (12) angeordnet ist wie das Mischwerkzeug (8), und/oder 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 das Mischwerkzeug (8) durch eine Rotor-Stator-Vorrichtung (9, 10) mit einem Rotorkranz (11) und einem Statorkranz gebildet ist.
  15. 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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