EP4309772A1

EP4309772A1 - Statischer mischer

Info

Publication number: EP4309772A1
Application number: EP22185861.6A
Authority: EP
Inventors: Peter Tibaut; Benedikt PETER
Original assignee: Glue Tec Industrieklebstoffe GmbH and Co KG
Current assignee: Glue Tec Industrieklebstoffe GmbH and Co KG
Priority date: 2022-07-19
Filing date: 2022-07-19
Publication date: 2024-01-24
Also published as: WO2024017933A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen statischen Mischer (1), insbesondere zur Verwendung an Doppelkartuschen (2), zum Herstellen eines Materialstroms (25) aus zwei Ausgangsmaterialströmen (24), aufweisend: ein Gehäuse (3), wobei das Gehäuse (3) einen, insbesondere zylindrischen, Gehäusehauptabschnitt aufweist; einen, insbesondere einstückigen, Mischeinsatz (4) mit wenigstens einer ersten Wendel (5), welche in der Weise ausgebildet ist, dass beim Zusammenwirken mit dem Gehäusehauptabschnitt der Materialstrom (25) wenigstens im Wesentlichen der wenigsten einen ersten Wendel (5) folgt; und Ablenkelemente (6), welche zu einem Schraubensinn einer ersten Wendel (5) auf gleicher Höhe in Längsrichtung des Mischers (1) jeweils gegenläufig sind; wobei der Mischeinsatz (4) und die Ablenkelemente (6) in dem Gehäuse (3) angeordnet sind und wobei erste Wendeln (5) und Ablenkelemente (6) auf gleicher Höhe in Längsrichtung des Mischers (1) jeweils eine Mischeinheit (7a, 7b) bilden.

Description

Die Erfindung betrifft einen statischen Mischer zum Herstellen eines Materialstroms aus zwei Ausgangsmaterialströmen mit einem Gehäuse, wobei das Gehäuse einen, insbesondere zylindrischen, Gehäusehauptabschnitt aufweist, und einen, insbesondere einstückigen, Mischeinsatz mit wenigstens einer ersten Wendel.
Statische Mischer zeichnen sich dadurch aus, dass sie vorzugsweise keine beweglichen Teile aufweisen und die zu vermischenden Materialströme mittels einer Pumpe oder ähnlichem durch sie hindurchbewegt werden müssen.
Statische Mischer sind zum Beispiel aus dem Dokument US 3 286 992 A bekannt. Hierbei werden gekrümmte, plattenförmige Elemente drehversetzt hintereinander in einem Rohr angeordnet.
Eine ähnliche Bauweise ist aus dem Dokument EP 2 527 029 A1 bekannt: hier werden doppelhelixförmige Elemente drehversetzt hintereinander angeordnet.
Andere bekannte Designs für statische Mischer basieren auf labyrinthartigen Anordnungen von Kammern, beispielsweise beschrieben in dem Dokument EP 0 815 929 A1 , oder sich kreuzenden Stegen, beispielsweise beschrieben in dem Dokument EP 2 286 904 A1 .
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten statischen Mischer bereitzustellen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen statischen Mischer bereitzustellen der zwei Ausgangsmaterialströme effektiv und effizient vermischt. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen solchen statischen Mischer mit möglichst wenigen Einzelteilen zu realisieren.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den Unteransprüchen beansprucht.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen statischen Mischer, insbesondere zur Verwendung an Doppelkartuschen, zum Herstellen eines Materialstroms aus zwei Ausgangsmaterialströmen, aufweisend:

ein Gehäuse, wobei das Gehäuse einen, insbesondere zylindrischen, Gehäusehauptabschnitt aufweist;
einen, insbesondere einstückigen, Mischeinsatz mit wenigstens einer ersten Wendel, welche in der Weise ausgebildet ist, dass beim Zusammenwirken mit dem Gehäusehauptabschnitt der Materialstrom wenigstens im Wesentlichen der wenigsten einen ersten Wendel folgt; und
Ablenkelemente, welche zu einem Schraubensinn einer ersten Wendel auf gleicher Höhe in Längsrichtung des Mischers jeweils gegenläufig sind;
wobei der Mischeinsatz und die Ablenkelemente in dem Gehäuse angeordnet sind und wobei erste Wendeln und Ablenkelemente auf gleicher Höhe in Längsrichtung des Mischers jeweils eine Mischeinheit bilden.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen statischen Mischer, insbesondere zur Verwendung an Doppelkartuschen, zum Herstellen eines Materialstroms aus zwei Ausgangsmaterialströmen, aufweisend:

ein Gehäuse, wobei das Gehäuse einen, insbesondere zylindrischen, Gehäusehauptabschnitt aufweist;
einen, insbesondere einstückigen, Mischeinsatz;
wobei die Innenseite des Gehäuses wenigstens einen in Längsrichtung des Mischers verlaufenden Seitensteg aufweist, der in einen Innenraum des Gehäuses ragt, sodass der Materialstrom in Richtung einer Mittelachse des Mischers abgelenkt wird und wobei der Mischeinsatz in dem Gehäuse angeordnet ist.

Vorzugsweise weist der Mischeinsatz Aussparungen auf, in welche die Seitenstege greifen.
Eine Wendel im Sinne der Erfindung beschreibt vorzugsweise um eine Achse gewundene, insbesondere schraubenförmig gewundene, Flächen, die eine Steigung in Bezug auf eine zu einer Längsrichtung des Mischers senkrechten Fläche aufweisen. Weiter vorzugsweise kann die Steigung einer Wendel variieren. Eine Wendel kann weniger als eine Umdrehung, genau eine Umdrehung, mehr als eine Umdrehung oder mehrere Umdrehungen aufweisen.
Ein Ablenkelement im Sinne der Erfindung beschreibt vorzugsweise Flächen, die eine Steigung in Bezug auf eine zu einer Längsrichtung des Mischers senkrechten Fläche aufweisen. Weiter vorzugsweise können die Ablenkelemente Abschnitte einer Wendel sein.
Eine Mischeinheit im Sinne der Erfindung beschreibt vorzugsweise einen Abschnitt des Mischeinsatzes.
Eine Doppelkartusche im Sinne der Erfindung beschreibt vorzugsweise eine Vorrichtung mit zwei separaten Behältern, in denen sich jeweils ein Ausgangsmaterial befindet. Weiter vorzugsweise weist eine Doppelkartusche einen Befestigungsmechanismus für einen Mischer und jeweils eine Auslassöffnung für jeden Behälter auf, durch welche die Ausgangsmaterialien in den Mischer strömen können.
Ein Ausgangsmaterialstrom im Sinne der Erfindung beschreibt in den Mischer eintretendes Material, vorzugsweise aus einer Doppelkartusche. Beispielsweise können im Falle von Zweikomponentenklebstoffen Härter- und Binderkomponente jeweils Ausgangsmaterialströme darstellen.
Ein Materialstrom im Sinne der Erfindung beschreibt vorzugsweise die durch den Mischer hindurchfließende Gesamtheit an zu vermischenden oder bereits teilweise vermischten oder vollständig vermischten Materialien.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass eine möglichst gute Durchmischung zweier Fluide in einer Strömung, die im Wesentlichen laminar ist, dadurch gelingt, die Strömung möglichst häufig in Teilströme zu teilen und wieder zu vereinigen sowie Richtungs- und Fließgeschwindigkeitsänderungen zu erzeugen. Hierbei entsteht vorzugsweise eine lokale Turbulenz, welche die Durchmischung begünstigt.
Erfindungsgemäß wird dies einerseits dadurch erreicht, dass ein wendelförmiger Mischeinsatz eine Hauptströmungsrichtung vorgibt, die Strömung jedoch von Ablenkelementen geteilt, teilweise in eine entgegengesetzte Richtung abgelenkt, und wieder zusammengeführt wird. Bei der Umströmung der Ablenkelemente treten außerdem lokale Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit auf, die sich günstig auf die Durchmischung auswirken.
Erfindungsgemäß wird dies andererseits dadurch erreicht, dass ein wendelförmiger Mischeinsatz eine Hauptströmungsrichtung vorgibt, die Strömung jedoch von einem in das Gehäuse hineinragenden Seitensteg abgelenkt wird, insbesondere in Richtung der Mittelachse. Hierdurch wird neben der Richtungsänderung auch eine vorteilhafte Änderung der Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Gehäuseinnenwand erreicht.
Ein Vorteil der Erfindung ist die geringe Mischerlänge, die notwendig ist, um einen hohen Homogensierungsgrad zu erreichen. Hieraus ergibt sich als weiterer Vorteil ein geringes Innenvolumen. Hierdurch ist auch die Menge des Materialgemisches, welches nach der Verwendung in dem Mischer verbleibt, gering.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die effektive und effiziente Durchmischung der Materialströme. Im erfindungsgemäßen Mischer wird erreicht, dass sämtliche Strömungsfäden, die den Mischer durchlaufen, mit benachbarten Strömungsfäden vermischt werden, jedoch nicht mehr als notwendig vermischt werden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die geringe Anzahl der zu montierenden Einzelteile und ein einfach zu bedienender, sicher dichtendender Befestigungsmechanismus im Zusammenspiel mit der Doppelkartusche.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Mischer nach dem ersten Aspekt der Erfindung einen in Längsrichtung des Mischers verlaufenden Seitensteg auf, der in einen Innenraum des Gehäuses ragt, sodass der Materialstrom in Richtung einer Mittelachse des Mischers abgelenkt wird. Hierdurch werden die beschriebenen Vorteile der Ablenkelemente mit denen des Seitensteges kombiniert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Mischer nach dem zweiten Aspekt der Erfindung Ablenkelemente auf, welche zu einem Schraubensinn einer ersten Wendel auf gleicher Höhe in Längsrichtung des Mischers jeweils gegenläufig sind, wobei die wenigstens eine erste Wendel und ein oder mehrere Ablenkelemente auf gleicher Höhe in Bezug auf die Längsrichtung des Mischers jeweils eine Mischeinheit bilden. Hierdurch werden die beschriebenen Vorteile des Seitensteges mit denen der Ablenkelemente kombiniert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Mischer, der sich im Weiteren auf einen Mischer nach dem ersten oder nach dem zweiten Aspekt der Erfindung bezieht, mehrere Seitenstege, insbesondere zwei sich gegenüberliegende Seitenstege, auf. Hierdurch wird eine Erhöhung der Gehäusesteifigkeit erreicht und der Mischeinsatz gegen Verformung gestützt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Mischers greifen die Seitenstege in Aussparungen des Mischeinsatzes. Vorzugsweise sind die Aussparungen des Mischeinsatzes und die Seitenstege des Gehäuses in der Weise ausgebildet, dass die Seitenstege die Aussparungen wenigstens im Wesentlichen für ein zu durchmischendes Material abdichten. Durch das Vorsehen von Aussparungen kann das Mischelement bis an das Gehäuse gezogen werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Mischers sind die Ablenkelemente Teil des Mischeinsatzes. Vorzugweise sind der Mischeinsatz und das Gehäuse jeweils einstückig ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die Anzahl der Bauteile reduziert und die Montage vereinfacht wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Mischers sind die Ablenkelemente Teil des Gehäuses und insbesondere einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die Anzahl der Bauteile reduziert und die Montage vereinfacht wird. Außerdem ergeben sich Vorteile hinsichtlich der Steifigkeit des Gehäuses.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Mischers weisen die Ablenkelemente einen geringeren Außenradius auf als die wenigstens eine erste Wendel, wobei der Außenradius insbesondere etwa halb so groß ist wie ein Außenradius der wenigstens einen ersten Wendel. Hierdurch teilt sich der Materialstrom im Bereich der Ablenkelemente vorübergehend in etwa hälftig, was vorteilhaft für eine effektive Durchmischung ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Mischers ist zwischen den Ablenkelementen und der wenigstens einen ersten Wendel ein Zwischenraum ausgebildet, wobei die Ablenkelemente zu dieser Ausnehmung hin eine Stirnfläche aufweisen, die eingerichtet ist, den Materialstrom zu trennen. Hierdurch ergibt sich der Effekt einer vorteilhaften Stauströmung an der Stirnfläche und einer Trennung und Wiederzusammenführung des Materialstroms.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung liegen eine Fläche, welche von der wenigstens einen ersten Wendel gebildet wird, und eine Fläche, welche von dem jeweils gegenläufigen Ablenkelement auf gleicher Höhe in Längsrichtung des Mischers gebildet wird, wenigstens im Wesentlichen in einer Ebene. Dies verringert die geometrische Komplexität, was insbesondere hinsichtlich der Fertigung vorteilhaft ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weisen die ersten Wendeln und Ablenkelemente Verstärkungsstege auf, die im Wesentlichen in einer Ebene parallel zu einer Längsrichtung des Mischers angeordnet sind. Diese bewirken eine verbesserte Steifigkeit und Festigkeit des Mischers. Die Anordnung in einer Ebene hat unter anderem fertigungstechnische Vorteile.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Verstärkungsstege in einer Längsrichtung des Mischers miteinander verbunden. Dies bewirkt eine nochmals verbesserte Steifigkeit und Festigkeit des Mischers und Fertigungsvorteile.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Verstärkungsstege in einem ZickZack-Muster angeordnet sind und in der Weise ausgebildet, dass der Querschnitt eines Strömungskanals durch den Mischer im Bereich der Verstärkungsstege im Wesentlichen trapezförmig ist. Dies bewirkt eine verbesserte Durchmischung dadurch, dass die Strömungsgeschwindigkeit durch die Querschnittsveränderung in radialer Richtung lokal unterschiedlich ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Mischer, vorzugsweise dessen Verstärkungsstege, und/oder Seitenstege, in der Weise eingerichtet, dass der Strömungskanal in Strömungsrichtung Querschnittsveränderungen aufweist, die eine Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit des Materialstroms bewirken, und/oder es sind insbesondere die Ablenkelemente und/oder die Verstärkungsstege in der Weise eingerichtet, dass der Materialstrom in mehrere Materialströme getrennt und wieder zusammengeführt wird. Dies bewirkt eine verbesserte Durchmischung.
Vorzugsweise ist der Mischer so gestaltet, insbesondere dessen erste Wendeln, Verstärkungsstege, Seitenstege und Ablenkelemente, dass im Materialstrom Bereiche lokaler Turbulenz entstehen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Mischers weist die wenigstens eine erste Wendel zwischen einer Umdrehung und etwa zwei Umdrehungen, insbesondere genau zwei Umdrehungen, auf. Hieraus ergibt sich ein optimales Verhältnis aus Mischerlänge und Homogenisierungsgrad.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Mischer eine erste Mischeinheit und eine zweite Mischeinheit auf, welche in Längsrichtung des Mischers hintereinander angeordnet sind, wobei die erste Wendel der ersten Mischeinheit und die erste Wendel der zweiten Mischeinheit einen entgegengesetzten Windungssinn aufweisen. Dies hat den Effekt einer Umkehr der Strömungsrichtung des Materialstroms und wirkt sich positiv auf die Durchmischung aus.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Mischer mehrere erste und mehrere zweite Mischeinheiten auf, die jeweils alternierend in Längsrichtung des Mischers hintereinander angeordnet sind. Dadurch wird die Strömungsrichtung mehrfach umgekehrt, wodurch sich die Durchmischung verbessert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Mischers ist ein Abschnitt der wenigstens einen ersten Wendel, welcher sich in etwa über 90° erstreckt und an einem Ende der wenigstens einen ersten Wendel angeordnet ist, als ein zur Längsachse des Mischers wenigstens im Wesentlichen senkrecht stehendes Strömungsumkehr-Element ausbildet. Dies bewirkt, insbesondere in Verbindung mit einer Umkehrung des Windungssinnes in der folgenden Mischeinheit, eine vorteilhafte Gestaltung der Strömungsrichtungsumkehr mit großen Geschwindigkeitsgradienten und ggf. lokalen Turbulenzen, welche die Durchmischung verbessern.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Mischers ist ein Ende der ersten Wendel der zweiten Mischeinheit, welches der ersten Mischeinheit zugewandt ist, gegenüber einem Ende der ersten Wendel der ersten Mischeinheit, welches der zweiten Mischeinheit zugewandt ist, um etwa 140° bis 220°, vorzugsweise etwa 180°, in Bezug auf eine Längsachse des Mischers versetzt. Hieraus ergibt sich ein zusätzlicher Zwischenraum zwischen den ersten Wendeln, sodass sich der Materialstrom auftrennt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Mischers sind die Ablenkelemente Abschnitte einer, der jeweiligen ersten Wendel gegenläufigen, zweiten Wendel. Dies vereinfacht die Fertigung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Mischers sind der Mischeinsatz, die Ablenkelemente und das Gehäuse in der Weise eingerichtet und wirken in der Weise zusammen, dass ein, insbesondere einziger, Strömungskanal durch den Mischer gebildet wird.
Vorzugsweise liegen die Außenkanten der ersten Wendeln jeweils an einer Innenseite des Gehäuses für ein zu durchmischendes Material wenigstens im Wesentlichen dichtend an.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Mischers weist das Gehäuse einen Gehäuseeinlassabschnitt und der Mischeinsatz einen Mischeinlassabschnitt auf, wobei der Gehäuseeinlassabschnitt und der Mischeinlassabschnitt in der Weise eingerichtet sind und zusammenwirken, dass eine Eindringtiefe des Mischeinsatzes in das Gehäuse durch einen mechanischen Anschlag begrenzt ist. Dies vereinfacht die Montage und Verwendung des Mischers.
Vorzugsweise weist der Mischeinlassabschnitt eine umlaufende Dichtkante auf, die mit einer umlaufenden Aussparung des Gehäuseeinlassabschnitts dichtend zusammenwirkt. Hierdurch wird sichergestellt, dass es auch bei hohen Innendrücken nicht zu einem Austreten des zu mischenden Materials aus dem Mischer kommt.
Weiter vorzugsweise weist der Mischeinlassabschnitt wenigstens zwei, insbesondere sich verjüngende, insbesondere zylinderförmige, Einlassstutzen mit durchgehenden Einlasskanälen auf. Diese ermöglichen eine sichere Montage auf einer geeigneten Doppelkartusche und gewährleisten eine sichere Abdichtung gegenüber dem zu mischenden Material.
Weiter vorzugsweise bilden der Mischeinlassabschnitt und der Gehäuseeinlassabschnitt einen Mischvorraum aus, in den die Ausgangsmaterialströme durch die Einlasskanäle eintreten. Dies ermöglicht eine vorteilhafte Beruhigung der Strömung und einen gleichmäßigen Eintritt in den Strömungskanal, der durch den Mischeinsatz und das Gehäuse gebildet wird.
Weiter vorzugsweise sind die Einlasskanäle des Mischeinlassabschnitts so angeordnet, dass sie mit einer Projektion eines die ersten Wendeln einhüllenden Zylinders auf einen Boden des Mischvorraums überlappen. Dies ermöglicht eine platzsparende Bauweise des Mischers und eine bessere Anströmung der wenigstens einen ersten Wendel und der Ablenkelemente des Mischeinsatzes.
Weiter vorzugsweise weisen die wenigstens eine erste Wendel eine Aussparung in einer ersten Wendelfläche in Richtung des Materialstroms auf, und sind insbesondere so ausgebildet, dass die Einlasskanäle nicht überdeckt werden. Dies trägt ebenfalls zu einer platzsparenden Bauweise des Mischers und einer besseren Anströmung der wenigstens einen ersten Wendel und der Ablenkelemente des Mischeinsatzes bei.
Weiter vorzugsweise grenzt der Mischeinlassabschnitt des Mischeinsatzes an die erste Wendel der an den Mischeinlassabschnitt sich anschließenden Mischeinheit an und ist insbesondere einstückig ausgebildet. Dies vereinfacht die Fertigung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Mischers weist der Mischeinlassabschnitt Ausrichtmittel, insbesondere einen außermittig angeordneten Steg, auf der Seite der Einlassstutzen auf.
Vorzugsweise sind die Ausrichtmittel in der Weise ausgebildet, dass, wenn diese mit einer Doppelkartusche zusammenwirken, der Mischer ausschließlich in einem vorbestimmten Drehwinkel um die Längsachse auf eine Doppelkartusche montiert werden kann.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Bezug auf die Figuren. Es zeigen wenigstens teilweise schematisch:

Figur 1: ein Ausführungsbeispiel eines Mischers, montiert auf einer Doppelkartusche, in einer perspektivischen Ansicht;
Figur 2: das Ausführungsbeispiel eines Mischers in einer Seitenansicht;
Figur 3: das Ausführungsbeispiel eines Mischers gemäß Fig. 2 in einer Schnittansicht;
Figur 4: eine vergrößerte Schnittansicht des Bereichs A des Mischeinsatzes aus Fig. 3;
Figur 5: eine perspektivische Ansicht eines Bereichs des Mischeinsatzes aus Fig. 3;
Figur 6: eine Seitenansicht des Bereichs A eines Ausführungsbeispiels des Mischeinsatzes aus Fig. 3;
Figur 7: eine vergrößerte Seitenansicht des Bereichs A des Mischeinsatzes aus Fig. 3;
Figur 8: eine perspektivische Ansicht des Bereichs B des Mischeinsatzes aus Fig. 3;
Figur 9: eine Seitenansicht eines Bereichs des Mischeinsatzes aus Fig. 3; und
Figur 10: eine Seitenansicht eines Bereichs des Mischeinsatzes aus Fig. 3.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Mischers 1, montiert auf einer Doppelkartusche 2, in einer perspektivischen Ansicht.
Figur 2 zeigt das Ausführungsbeispiel eines Mischers 1 in einer Seitenansicht ohne Doppelkartusche.
Das Gehäuse 3 weist vorzugsweise einen zylindrischen Gehäusehauptabschnitt 29 auf, der sich an einen Gehäuseeinlassabschnitt 28 anschließt, der vorzugsweise eine im Wesentlichen rechteckige Grundform aufweist. In der Fig. 2 sind außerdem ein Ausrichtmittel 18 und ein Einlassstutzen 17 des Mischeinsatzes 4 zu sehen, die unten aus dem Gehäuse 3 herausragen. Vorzugsweise verjüngt sich das zylindrische Gehäuse 3 zum Auslass hin und bildet dort eine Spitze 30.
Figur 3 zeigt das Ausführungsbeispiel eines Mischers 1 in einer Schnittansicht.
Die Ansicht ist gegenüber der Fig. 2 um 90° in Bezug auf die Längsachse des Mischers 1 gedreht. Durch die beiden Einlassstutzen 17 treten die Ausgangsmaterialströme 24 in einen Mischvorraum 19 ein und werden in einen Strömungskanal 12 geleitet, der durch den Mischeinsatz 4 und das Gehäuse 3 gebildet wird.
Vorzugsweise ist der Mischvorraum 19 in der Weise gestaltet, dass sich die Strömung beruhigt, und beide Ausgangsmaterialströme 24 im Wesentlichen gleichzeitig in den Strömungskanal 12 eintreten.
Figur 4 zeigt den Bereich A des Ausführungsbeispiels eines Mischers 1 aus Fig. 3 in einer vergrößerten Schnittansicht. Die Ansicht ist gegenüber der Fig. 3 um 90° in Bezug auf die Längsachse des Mischers 1 gedreht.
Der Mischeinsatz 4 weist vorzugsweise Mischeinheiten 7a, 7b auf, welche sich in Längsrichtung des Mischeinsatzes 4 erstrecken.
Das vorzugsweise zylindrische Gehäuse 3 weist Seitenstege 8 auf, die in den Innenraum des Gehäuses hineinragen. Vorzugsweise greifen die Seitenstege 8 in Aussparungen 14 der ersten Wendeln 5.
Vorzugsweise weist eine erste Mischeinheit 7a einen entgegengesetzten Windungssinn wie eine daran angrenzende zweite Mischeinheit 7b auf. Vorzugsweise weist eine Mischeinheit 7a, 7b etwa zwei Umdrehungen, insbesondere genau zwei Umdrehungen, der ersten Wendel 5 auf.
Zwischen aneinander angrenzenden Mischeinheiten 7a, 7b sind vorzugsweise Strömungsumkehr-Elemente 13 angeordnet. Weiter vorzugsweise wird die letzte Viertelumdrehung der ersten Wendel 5 durch das Strömungsumkehr-Element 13 gebildet.
Weiter vorzugsweise weist eine Mischeinheit 7a, 7b Ablenkelemente 6 auf, die eine Ablenkung des Materialstroms entgegengesetzt dem jeweiligen Windungssinn der ersten Wendel 5 bewirken. Weiter vorzugsweise weist ein Mischer 1 acht Mischeinheiten 7a, 7b auf. Weiter vorzugsweise weisen jeweils hintereinander angeordnete Mischeinheiten 7a, 7b einen entgegengesetzten Windungssinn der jeweils ersten Wendel 5 auf. In alternativen Ausführungsformen können Mischer 1 weniger als acht oder mehr als acht Mischeinheiten 7a, 7b aufweisen.
Vorzugsweise ist ein Beginn einer ersten Wendel 5 einer an ein Strömungsumkehr-Element 13 angrenzenden Mischeinheit um 180° versetzt. Dies bewirkt eine Umkehr der Strömungsrichtung des Materialstroms 25 (nicht dargestellt) in dem Sinne der nun zu durchströmenden Mischeinheit 7a, 7b. Außerdem vorzugsweise werden jeweils im Bereich des um 180° versetzten Beginns der ersten Wendeln 5 Teil-Materialströme 26a, 26b (nicht dargestellt) wieder zusammengeführt.
Vorzugsweise liegen Flächen, welche von der ersten Wendel 5 gebildet werden, und Flächen, welche von dem jeweils gegenläufigen Ablenkelement 6 auf gleicher Höhe in Längsrichtung des Mischers 1 gebildet werden, wenigstens im Wesentlichen in einer Ebene.
Figur 5 zeigt das Ausführungsbeispiel des Mischeinsatzes 4 eines Mischers 1 in einer vergrößerten perspektivischen Ansicht.
Vorzugsweise sind die Aussparungen 14 der ersten Wendeln 5 in der Weise gestaltet, dass sie dichtend an den Seitenstegen 8 anliegen.
Weiter vorzugsweise wird eine Hauptströmungsrichtung des Materialstroms in jeweils einer Mischeinheit 7a, 7b vom Windungssinn der ersten Wendel 5 der Mischeinheit 7a, 7b vorgegeben. Weiter vorzugsweise lenken die Ablenkelemente 6 den Materialstrom 25 teilweise in eine der Hauptströmungsrichtung entgegengesetzte Richtung ab. Weiter vorzugsweise weisen die Ablenkelemente 6 einen etwa halb so großen Radius auf wie die ersten Wendeln 5, sodass der Materialstrom 25 im Bereich der Ablenkelemente 6 in etwa hälftig geteilt wird und nach der Umströmung der Ablenkelemente 6 wieder zusammengeführt wird.
Weiter vorzugsweise weisen die Mischeinheiten Zickzack-förmige Verstärkungsstege 11 auf, welche in den Strömungskanal 12 ragen und daher eine Verkleinerung des Strömungskanal-Querschnitts bewirken. Weiter vorzugsweise ist der Querschnitt des Strömungskanals 12 im Bereich der Verstärkungsstege 11 trapezförmig.
In alternativen Ausführungsformen können der Radius der Ablenkelemente 6 einen Radius von etwa einem Viertel bis etwa drei Viertel des Radius der ersten Wendeln 5 aufweisen. Ebenso kann der Querschnitt des Strömungskanals 12 im Bereich der Verstärkungsstege 11 auch rechteckig oder oval gestaltet sein oder andere Formen aufweisen.
Die Ablenkelemente 6 sind, wie in Fig. 5 dargestellt, Abschnitte einer, der jeweiligen ersten Wendel 5 gegenläufigen, zweiten Wendel.
Figur 6 zeigt den Bereich A des Ausführungsbeispiels des Mischeinsatzes 4 eines Mischers 1 in einer vergrößerten Seitenansicht.
Zu erkennen ist ein Strömungsumkehr-Element 13, Ablenkelemente 6 mit Stirnflächen 10, erste Wendeln 5 und Verstärkungsstege 11.
Vorzugsweise weisen die Ablenkelemente 6 eine Ausnehmung 31 auf, wodurch zwischen den Ablenkelementen 6 und der ersten Wendel 5 ein Zwischenraum 9 ausgebildet ist. Weiter vorzugsweise kann der Materialstrom durch den Zwischenraum 9 hindurchfließen, wobei die Stirnfläche 10 in der Weise eingerichtet ist, dass sie den Materialstrom in Richtung des Zwischenraums 9 ablenkt.
Vorzugsweise sind die Verstärkungsstege 11 so eingerichtet, dass sie Lenkungs- und Ablenkungsfunktionen der Ablenkelemente 6 und ersten Wendeln 5 unterstützen. Dies geschieht vorzugsweise dadurch, dass die Verstärkungsstege den Materialstrom auf die Ablenkelemente 6 und ersten Wendeln 5 leiten. Weiter vorzugsweise stellen die Verstärkungsstege 11 Hindernisse im Strömungskanal 12 dar, deren Umströmung vorteilhafte Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit und lokale Turbulenz im Materialstrom bewirken.
Weiter vorzugsweise sind die Ablenkelemente 6 im Bereich der Stirnflächen 10 verdickt. Weiter vorzugsweise sind die Stirnflächen 10 eben oder leicht konvex ausgebildet. Dadurch ergibt sich eine vorteilhafte Umströmung und Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit zur Erzeugung lokaler Turbulenz und einer verbesserten Durchmischung.
Weiter vorzugsweise sind die Umfangsflächen der ersten Wendeln 5 so gestaltet, dass sie dichtend an der Innenseite des Gehäuses 3 anliegen.
Weiter vorzugsweise weisen die Ablenkelemente 6 und die ersten Wendeln 5 Profile auf, welche beim Umströmen Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit bewirken und die Erzeugung lokaler Turbulenz unterstützen. Weiter vorzugsweise sind diese Profile auf die rheologischen Eigenschaften der zu mischenden Ausgangsmaterialen abgestimmt.
Figur 7 zeigt das Ausführungsbeispiel des Mischeinsatzes 4 eines Mischers 1 in einer vergrößerten Seitenansicht. Die Winkelposition der Ansicht hinsichtlich der Längsachse des Mischers 1 ist identisch zu Fig. 5.
Vorzugsweise trennen die Strömungsumkehr-Elemente 13 jeweils Mischeinheiten 7a mit einem ersten Windungssinn und Mischeinheiten 7b mit einem zweiten, dem ersten entgegengesetzten Windungssinn. Vorzugsweise ist ein Beginn einer ersten Wendel 5 einer an ein Strömungsumkehr-Element 13 angrenzenden Mischeinheit 7a, 7b um 180° versetzt. Dies ermöglicht eine Umkehr der Strömungsrichtung in dem Sinne der nun zu durchströmenden Mischeinheit 7a, 7b. Weiter vorzugsweise werden jeweils im Bereich des um 180° versetzten Beginns der ersten Wendeln 5 Teil-Materialströme 26a, 26b (nicht dargestellt) wieder zusammengeführt.
Vorzugsweise ist der Mischer so gestaltet, dass Mischeinheiten 7a, 7b wechselnden Windungssinns hintereinander angeordnet sind. Alternative Ausführungsformen weisen weniger als zwei Umdrehungen oder mehr als zwei Umdrehungen der ersten Wendel 5 jeder Mischeinheit 7a, 7b auf, so dass es zu weniger häufigen oder häufigeren Wechseln der Hauptströmungsrichtung kommt.
Vorzugsweise weisen die ersten Wendeln 5, wie in Figur 6 ersichtlich, jeweils in Abständen von 180°, leichte vertikale Versetzungen auf. Im Zusammenspiel mit den Verstärkungsstegen 11 ergeben sich hierdurch Kanten, die vom Materialstrom 25 (nicht dargestellt) umströmt werden und vorteilhafte Turbulenz und Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit bewirken.
Figur 8 zeigt das Ausführungsbeispiel des Mischeinsatzes 4 im Bereich B gemäß Fig. 3 des Mischeinlassabschnitts 15 des Mischeinsatzes 4 in einer vergrößerten Seitenansicht.
Der Mischeinlassabschnitt 15 weist jeweils einen Einlasskanal 16 für die beiden Ausgangsmaterialströme 24 auf. Auf der, zum Beispiel einer Doppelkartusche 2 (nicht dargestellt) zugewandten, Unterseite 20 des Mischeinlassabschnitts 15 münden die beiden Einlasskanäle 16 in zylindrische Einlassstutzen 17. Vorzugsweise verjüngen sich die Einlassstutzen 17 zur Doppelkartusche 2 hin, insbesondere in konischer Form.
Vorzugsweise bildet sich im Bereich der Einlasskanäle 16 und der an den Mischeinsatz-Boden 27 anschließenden ersten Wendeln 5 und Ablenkelemente 6 ein Mischvorraum 19 (nicht dargestellt) im Mischer 1 aus. Der Mischvorraum 19, welcher in Fig. 3 gezeigt ist, ist in der Weise gestaltet, dass sich die beiden Ausgangsmaterialströme 24 beruhigen und insbesondere gleichzeitig in eine erste Mischeinheit 7a in Durchströmungsrichtung des Mischers 1, insbesondere den durch den Mischeinsatz 4 und das Gehäuse 3 gebildeten Strömungskanal 12, eintreten.
Weiter vorzugsweise sind die Einlasskanäle 16 so angeordnet, dass sie mit einer Projektion eines die ersten Wendeln 5 einhüllenden Zylinders auf einen Boden des Mischvorraums überlappen.
Weiter vorzugsweise weisen die sich an den Mischeinsatz-Boden 27 anschließenden ersten Wendeln 5 eine Ausnehmung 31 in der ersten Windung auf, die in der Weise ausgebildet ist, dass die Einlasskanäle 16 nicht überdeckt werden.
Vorzugsweise weist der Mischeinlassabschnitt 15 eine umlaufende Dichtkante 21 auf, die mit einer umlaufenden Dicht-Aussparung 22 des Gehäuseeinlassabschnitts dichtend zusammenwirkt.
Weiter vorzugsweise wirkt eine weitere Begrenzungs-Fläche 23 des Mischeinlassabschnitts 15 als Begrenzung für eine Einschubtiefe des Mischeinsatzes 4 in das Gehäuse 3.
Figur 8 zeigt an der Unterseite 20 des Mischeinlassabschnitts 15 außerdem ein Ausrichtmittel 18 in Form eines außermittig angeordneten, geraden Steges. Vorzugsweise greift das Ausrichtmittel 18 in eine entsprechend gestaltete Aussparung einer Doppelkartusche 2 ein und legt somit eine Ausrichtung des Mischers 1 beim Aufsetzen auf eine Doppelkartusche 2 fest.
Figur 9 und Figur 10 zeigen jeweils eine Seitenansicht eines Bereichs des Ausführungsbeispiels des Mischeinsatzes aus Fig. 3 mit Pfeilen zur Veranschaulichung der Strömungsrichtungen des Materialstroms 25 und der Teil-Materialströme 26a, 26b.
Figur 9 zeigt die beiden Ausgangsmaterialströme 24, die im Bereich I erstmals im Mischer aufeinandertreffen. Beim Durchfließen des durch die Verstärkungselemente 11 gebildeten, verjüngten Querschnitts im Bereich III wird der Materialstrom beschleunigt. Im Bereich IV wird der Materialstrom 25 durch den Seitensteg 8 umgelenkt. Im Bereich V erfolgt eine weitere Umlenkung des Materialstroms 25 und schließlich eine Teilung in einen ersten Teil-Materialstrom 26a in die Richtung des Bereichs VII und einen zweiten Teil-Materialstrom 26b in Richtung des Bereichs VIII, wobei der erste Teil-Materialstrom 26b in Richtung des Bereichs VIII beim Durchfließen des durch die Verstärkungselemente 11 gebildeten, verjüngten Querschnitts im Bereich VI beschleunigt wird.
Die Ansicht der Fig. 10 ist gegenüber der Fig. 9 um etwas weniger als eine Viertelumdrehung gedreht.
Zu sehen ist auch hier die Teilung des Materialstroms 25 in die Richtungen des Bereichs VII und des Bereichs VIII. Insbesondere ist der Wechsel des Windungssinns der Richtung im Bereich VII zu erkennen. Dabei wird der Materialstrom 25 durch das Strömungs-Umkehrelement 13 abgelenkt. Darauf folgt eine Wiedervereinigung der Teil-Materialströme 26a, 26b. Bei X trifft der Materialstrom 25 auf ein Ablenkelement 6 und teilt sich in einen ersten Teil-Materialstrom 26a der Richtung XI und einen zweiten Teil-Materialstrom 26b der Richtung XII.
Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den Ausführungsbeispielen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung mindestens eines Ausführungsbeispiels gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.

Bezugszeichenliste

1: Mischer
2: Doppelkartusche
3: Gehäuse
4: Mischeinsatz
5: Erste Wendel
6: Ablenkelement
7a, 7b: Mischeinheit
8: Seitensteg
9: Zwischenraum
10: Stirnfläche
11: Verstärkungssteg
12: Strömungskanal
13: Strömungsumkehr-Element
14: Aussparung
15: Mischeinlassabschnitt
16: Einlasskanal
17: Einlassstutzen
18: Ausrichtmittel
19: Mischvorraum
20: Unterseite
21: Dichtkante
22: Dicht-Aussparung
23: Begrenzungs-Fläche
24: Ausgangsmaterialstrom
25: Materialstrom
26: Teil-Materialstrom
27: Mischeinsatz-Boden
28: Gehäuseeinlassabschnitt
29: Gehäusehauptabschnitt
30: Spitze
31: Ausnehmung

Claims

Statischer Mischer (1), insbesondere zur Verwendung an Doppelkartuschen (2), zum Herstellen eines Materialstroms aus zwei Ausgangsmaterialströmen, aufweisend:
ein Gehäuse (3), wobei das Gehäuse einen, insbesondere zylindrischen, Gehäusehauptabschnitt (29) aufweist;

einen, insbesondere einstückigen, Mischeinsatz (4) mit wenigstens einer ersten Wendel (5), welche in der Weise ausgebildet ist, dass beim Zusammenwirken mit dem Gehäusehauptabschnitt (29) der Materialstrom wenigstens im Wesentlichen der wenigsten einen ersten Wendel (5) folgt; und

Ablenkelemente (6), welche zu einem Schraubensinn einer ersten Wendel (5) auf gleicher Höhe in Bezug auf eine Längsrichtung des Mischers jeweils gegenläufig sind,

wobei die wenigstens eine erste Wendel (5) und ein oder mehrere Ablenkelemente (6) auf gleicher Höhe in Bezug auf die Längsrichtung des Mischers jeweils eine Mischeinheit (7a, 7b) bilden.
Mischer nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (3) wenigstens einen in Längsrichtung des Mischers verlaufenden Seitensteg (8) aufweist, der in einen Innenraum des Gehäuses (3) ragt, sodass der Materialstrom in Richtung einer Mittelachse des Mischers (1) abgelenkt wird.
Statischer Mischer (1), insbesondere zur Verwendung an Doppelkartuschen (2), zum Herstellen eines Materialstroms aus zwei Ausgangsmaterialströmen, aufweisend:
ein Gehäuse (3), wobei das Gehäuse (3) einen, insbesondere zylindrischen, Gehäusehauptabschnitt (29) aufweist; und

einen, insbesondere einstückigen, Mischeinsatz (4) mit wenigstens einer ersten Wendel (5), welche in der Weise ausgebildet ist, dass beim Zusammenwirken mit dem Gehäusehauptabschnitt (29) der gesamte Materialstrom der wenigsten einen ersten Wendel (5) folgt;

wobei das Gehäuse (3) wenigstens einen in Längsrichtung des Mischers verlaufenden Seitensteg (8) aufweist, der in einen Innenraum des Gehäuses (3) ragt, sodass der Materialstrom in Richtung einer Mittelachse des Mischers (1) abgelenkt wird und wobei die wenigstens eine erste Wendel (5) eine Mischeinheit bildet.
Mischer (1) nach Anspruch 3, außerdem aufweisend:
Ablenkelemente (6), welche zu einem Schraubensinn einer ersten Wendel (5) auf gleicher Höhe in Längsrichtung des Mischers (1) jeweils gegenläufig sind,

wobei die Ablenkelemente (4) auf gleicher Höhe der wenigstens einen ersten Wendel (3) in Bezug auf die Längsrichtung des Mischers (1) Teil der Mischeinheit (7a, 7b) sind.
Mischer (1) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, wobei die Ablenkelemente (6) Teil des Mischeinsatzes (4) sind, insbesondere einstückig mit dem Mischeinsatz (4) ausgebildet sind und/oder wobei die Ablenkelemente (6) Teil des Gehäuses (3) sind, insbesondere einstückig mit dem Gehäuse (3) ausgebildet sind.
Mischer (1) nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 oder 5, wobei die Ablenkelemente (6) einen geringeren Außenradius aufweisen als die wenigstens eine erste Wendel (5), der insbesondere etwa halb so groß ist wie ein Außenradius der wenigstens einen ersten Wendel (5).
Mischer (1) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4 bis 6, wobei die Ablenkelemente (6) eine Ausnehmung 31 aufweisen, wodurch zwischen den Ablenkelemente (6) und der wenigstens einen ersten Wendel (5) ein Zwischenraum (9) ausgebildet ist, und wobei die Ablenkelemente (6) zu dieser Ausnehmung 31 hin eine Stirnfläche (10) aufweisen, die eingerichtet ist, den Materialstrom zu trennen.
Mischer (1) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4 bis 7, wobei eine Fläche, welche von der wenigstens einen ersten Wendel (5) gebildet wird, und einer Fläche, welche von dem jeweils gegenläufigen Ablenkelement (6) auf gleicher Höhe in Längsrichtung des Mischers (1) gebildet wird, wenigstens im Wesentlichen in einer Ebene liegen.
Mischer (1) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4 bis 8 wobei die ersten Wendeln (5) und Ablenkelemente (6) Verstärkungsstege (11) aufweisen, die im Wesentlichen in einer Ebene parallel zu einer Längsrichtung des Mischers angeordnet sind.
Mischer (1) nach Anspruch 9, wobei die Verstärkungsstege (11) in einem ZickZack-Muster angeordnet und in einer Längsrichtung des Mischers (1) miteinander verbunden sind, und in der Weise ausgebildet sind, dass der Querschnitt eines Strömungskanals (12) durch den Mischer (1) im Bereich der Verstärkungsstege (7) im Wesentlichen trapezförmig ist.
Mischer (1) nach einem der Ansprüche 9 oder 10,
wobei der Mischer (1), vorzugsweise dessen Verstärkungsstege (11), und/oder Seitenstege (8), in der Weise eingerichtet ist, dass der Strömungskanal (12) in Strömungsrichtung Querschnittsveränderungen aufweist, die eine Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit des Materialstroms bewirken, und/oder

wobei der Mischer (1), insbesondere die Ablenkelemente (6) und/oder die Verstärkungsstege (11), des Weiteren in der Weise eingerichtet ist, dass der Materialstrom in mehrere Materialströme getrennt und wieder zusammengeführt wird.
Mischer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher eine erste Mischeinheit (7a) und eine zweite Mischeinheit (7b) aufweist, welche in Längsrichtung des Mischers hintereinander angeordnet sind, wobei die erste Wendel (5) der ersten Mischeinheit (7a) und die erste Wendel (5) der zweiten Mischeinheit (7b) einen entgegengesetzten Windungssinn aufweisen.
Mischer (1) nach Anspruch 12, wobei mehrere erste und mehrere zweite Mischeinheiten (7a, 7b) jeweils alternierend in Längsrichtung des Mischers hintereinander angeordnet sind.
Mischer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Abschnitt der wenigstens einen ersten Wendel (5), welcher sich in etwa über 90° erstreckt und an einem Ende der wenigstens einen ersten Wendel (5) angeordnet ist, als zur Längsachse des Mischers wenigstens im Wesentlichen senkrecht stehendes Strömungsumkehr-Element (13) ausgebildet ist.
System aus einer Doppelkartusche (2) und einem Mischer (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14.