SE440745B - Sett att blanda vetskeblandningar i en sluten behallare - Google Patents

Description

BÛO3412-7 2 en blandningsrörelse där färgbehållaren utsätts för en kombi- nerad svängningsrörelse i sidled och en samtidigt horisontell oscillerande rörelse, varvid svängningsrörelsen i sidled åstad- koms längs en svängningsaxellinje belägen under masscentrum för behållaren och dess innehåll. Det amerikanska patentet nr 3 552 723 av den 5 januari 1971 beskriver en blandningsrörelse där en färgbehållare ges en ojämn skakningsrörelse fram och tillbaka kring en svängningspunkt, vilket förorsakar att färgen cirkule- rar i en riktning inuti behållaren, varvid den axellinje kring vilken skakningsrörelsen äger rum är väsentligen horisontell.

Det amerikanska patentet nr 3 880 408 av den 29 april 1975 be- skriver en anordning för blandning av färger där en ram är ro- terbart fästad vid ett stativ för att tillåta rotation kring en första axellinje, och ramen uppbär en burkhållare som är roter- bar kring en andra vinkelrät axellinje och vidare finns en driv- anordning för att försätta burken i rotation kring den andra axellinjen samtidigt som ramen roterar kring den första vinkel- räta axellinjen. Det amerikanska patentet nr 3 542 344 av den 24 november 1970, slutligen, beskriver en färgblandare där en vertikalt orienterad burk först snabbt roteras kring en första vertikal axellinje igenom burken, därefter plötsligt stoppas och roteras åt motsatt håll kring samma axellinje, Förelsen upp- repas i avsikt att i färgen ge upphov till en virvel som utveck- las, förstörs och återutvecklas i motsatt riktning.

Samtliga föregående patent beskriver på empirisk väg erhållna maskiner och sätt för att bibringa vätska i en behållare en häf- tig rörelse i ena eller andra riktningen i förhoppning att slut- resultatet skall bli en väl utförd blandning. En väl utförd bland- ning av vätskor är ofta speciellt svår att uppnå med färg, efter- som komponenterna tenderar att falla ut och samlas på bottnen av burken under den tid färgburken förvaras på en hylla.Dessa komponenter måste bringas tillbaka i suspension i vätskan för att resultera i en färg som har korrekt nyans och konsistens för applicering. Man har hittills trott att blandningsoperatio- nen kan ske bäst genom att försätta behållaren i våldsam rörelse i godtycklig riktning eller i geatyekllga riktningar för en be- gränsad tidsperiod.

Det har varit svårt att erhålla teoretiska data beträffande de vätskerörelseförhållanden som erhålls i färgbehållaren ef- a 8003412-7 tersom denna rörelse är en komplex turbulent rörelse som är teoretiskt svår, om inte omöjlig att beskriva. De flesta teo- retiska studier av vätsketurbulens har hänfört sig till väts- kans uppförande i en rörlig, sluten behållare. I exempelvis en bok med titeln “Boundary-Layer Theory", av Dr.Hermann Schlichting, publicerad av McGraw-Hill Book Company, 1968, görs den observationen att hastighet och tryck i en viss punkt i rymden förblir vid turbulent rörelse inte konstanta med ti- den utan fluktuerar mycket oregelbundet och med hög frekvens.

"Klumpar" av vätska utför dylika fluktüationer, och dessa "klumpar" utgörs inte av enstaka molekyler, såsom antages i den kinetiska gasteorin, utan de utgörs av makroskopiska väts- kekulor av varierande liten storlek. Vetenskapliga observatio- ner har bekräftat att dylika hastighets- och tryckfluktuatio- ner även omfattar vissa större partier vätskevolym som har sin egen speciella rörelse överlagrad på vätskans allmänna rörelse.

Dylika "vätskekulor" eller "klumpar" varierar i storlek och byggs kontinuerligt upp och faller isär. Detta förhållande har utnytt- jats för att försöka bestämma skalan av turbulens under vissa givna förhållanden. Man tror att denna typ av tryck- och hastig- hetsfluktuation, då den alstras i en färgblandningsapparat, ger upphov till turbulensförhållanden i färgbehållaren som resulte- rar i att vätskan i behållaren blandas snabbt och väl. Det är därför önskvärt att åstadkomma ett sätt för färgblandning som resulterar i mesta möjliga turbulens i färgen, och syftet med denna uppfinning är att åstadkomma ett dylikt sätt. Ännu ett syfte med uppfinningen är att åstadkomma ett sätt för färgblandning vilket kan genomföras med en apparat till låg energikostnad, ty även om tidigare känd teknik har insett att häftig omröring lätt kan åstadkommas genom att tillföra vätskor mycket energi, avser uppfinningen ett sätt för effektiv bland- ningnædminimal energiinsats. Ännu ett syfte med uppfinningen är att åstadkomma ett sådant blandningssätt som kan genomföras med hjälp av enkel mekanisk rörelse, och som i största möjliga utsträckning drar nytta av naturkrafterna för att uppnå önskat slutresultat. Med tanke härpå utnyttjas därför enligt uppfinningen gravitationskraften son3412-7 4 vid utförande av sättet.

Vid sättet enligt uppfinningen fylls en cylindrisk behållare delvis med en vätskeblandning så att.enluftvolym kvarlämnas i behållaren varefter behållaren försätts med sin längdaxel horisontellt orienterad i en cyklisk rörelse i en sluten bana i ett vertikalplan vinkelrätt mot längdaxeln, varvid den cyk- liska rörelsens varvtal anpassas så att vätskeblandningen dis- pergeras i luftvolymen i behållaren.

Uppfinningen förklaras i det följande närmare med hjälp av ett på bifogaderitning visat utföringsexempel, där: fig. 1 visar schematiskt ett snitt igenom en delvis fylld be- hållare fig. 2A-2D visar schematiskt olika rörelselägen för behållaren i fig. 1, och fig. 3A-3H visar flera ytterligare rörelselägen vid accelera- tion av den slutna behållaren i fig. 1.

I fig. 1 visas en sluten behållare 10 innehållande färg eller annan vätska 12 centrerad kring axlarna X och Y. I samtliga fi- gurer visas en yttre cirkel fixerad relativt X- och Y-axlarna, varvid denna cirkel visas för att bättre illustrera de olika lägena för behållaren 10. Upptill i behållaren finns en luft- volym 14, som kan vara större eller mindre än vad som visas i figurerna. Behållaren i fig. 1 visar en delvis fylld cylindrisk behållare i vila, varvid behållarens axellinje markeras med punk- ten 20, och denna axellinje kan antagas vara vinkelrät mot figu- rens plan. Behållaren 10 är företrädesvis en cylindrisk behål- lare av den typ som vanligen används vid tillverkning och för- säljning av färg genom detaljhandeln.

Fig. 2A-2D visar olika lägen för behållaren 10 då den roteras i en sluten bana, vars axellinje är parallell med axellinjen 20, men inte nödvändigtvis sammanfaller med axellinjen 20. Den slut- na banan måste ha en väsentlig amplitud i vertikal led, och i ett föredraget utförande har man funnit att konstruktiv enkelhet kräver att den slutna banan har en lika stor horisontell ampli- tud, eftersom rörelse av denna typ lätt kan åstadkommas genom användning av kammar eller vevmekanismer som drivs av en rote- rande axel. Fig.2A visar hur axellinjen 30 för den slutna ba- 5 8005412-7 nan utgörs av skärningspunkten mellan X- och Y-axlarna, var- vid punkten 20 representerar axellinjen för behållaren 10.Rö- relse för behållaren kring axellinjen 30 visas schematiskt pilen 40, och under denna rörelse tenderar luftvolymen 14 att följa med i rörelseriktningen och att flyttas från det övre centrumläget i fig. 1. Fig. 2B visar ett andra läge för be- hållaren 10 då rörelsen fortsätter i den slutna banan med axellinjen 30. Luftvolymen 14 inuti behållaren 10 intar nu sitt längst åt sidan förskjutna läge från det övre läget i fig. 1, och luftvolymen förflyttas inte ytterligare då rota- tionen i riktning av pilen 40 fortsätter. Fig. 2C visar ett tredje läge för behållaren 10 då rörelsen fortsätter i en slu- ten bana med axellinjen 30. Luftvolymen 14 förflyttas åt väns- ter från läget i fig. 2B, och förflyttningen sker snabbt från läget i fig. 2B till läget i fig.2C. Fig. 2D visar ett ytter- ligare läge förbehållaren 10 under rörelse i en sluten bana kring axellinjen 30, varvid luftvolymen 14 har förflyttats i riktning mot den övre delen av behållaren men fortfarande be- finner sig till vänster om läget i fig. 1.

Fig. 2A-2D visar de olika lägena för luftvolymen 14 i en be- hållare under det att behållaren 10 förflyttar sig längs en sluten bana kring en axellinje 30 med relativt låg vinkelhas- tighet. Man har funnit att luftvolymen 14 tenderar att stanna kvar nära sitt viloläge upptill i behållaren, men förflyttas framåt och bakåt relativt viloläget, såsom visats, då behålla- ren fullbordar sin rörelse i den slutna banan. I denna situa- tion sker vätskeblandning i behållaren relativt dåligt. Pigment och andra fasta material bibringas inte tillräcklig energi för att på nytt bilda suspension i vätskan.

Fig. 3A-3H visar olika lägen för behållaren 10 under förhållan- den där vinkelhastigheten i den slutna banan ökas. I fig. 3A befinner sig behållaren 10 i ett läge liknande det i fig.2A-2D, men pilen 50 antyder här en rotationsrörelse med högre vinkel- hastighet. Fig. 3B visar ännu ett läge för behållaren 10 där behållarens vinkelhastighet kring axellinjen 30 för den slutna banan, indikerad med pilen 60, är ännu större än i fig. 3A.

Fig. 3C visar den effekt som inträffar då vinkelhastigheten 70 för behållaren 10 kring axellinjen 30 ökas utöver ett kritiskt värde. Vid denna vinkelhastighet börjar luftvolymen 14 att bry- 8003412-7 6 tas upp och små luftbubblor tränger in i vätskan 12. Fig. 3D visar en ökad vinkelhastighet 80, varvid luftvolymen 14 har brutits upp i ett antal relativt stora luftbubblor 14a, 14b, 14c etc., vilka tenderar att vandra in i vätskan 12. Fig. 3E visar en ökad vinkelhastighet 90, där luftbubblorna ökar i an- tal och minskar i storlek samt förefaller påbörja en rotations- rörelse kring axellinjen 20, såsom anges av pilarna 91 och 92.

Fig. 3F illustrerar ett fenomen som inträffar vid en speciell vinkelhastighet 100. Vid denna speciella vinkelhastighet, som förefaller utgöra en funktion av typen av vätska 12, det rela- tiva avståndet mellan axellinjerna 20 och 30, samt andra fakto- rer, förefaller luftbubblorna att plötsligt spridas mer eller mindre likformigt i vätskan 12. Detta förefaller åstadkomma en omfattande turbulens i behållaren 10, alstrande en mycket tydlig och omfattande invändig störning. Man förmodar att maxi- mal blandningseffekt erhålls i behållaren vid denna vinkelhas- tighet för behållaren 10 kring axellinjen 30, och man har obser- verat att ytterligare ökningar av vinkelhastigheten för behål- laren 10, såsom antyds i fig. 3G och fig. 3F, inte ökar turbu- lensen i behållaren. I själva verket åstadkommer ytterligare ökningar av vinkelhastigheten, såsom antyds av pilarna 110 (fig. 3G) och 120 (fig. 3H) att framkalla en minskande turbu- lenszon, och denna turbulenszon tenderar att vandra i riktning mot axellinjen 30 och att förbli relativt stationär kring axel- linjen 30 vid högre vinkelhastigheter.

Föregående beskrivning visar att behållaren 10 måste föras i en sluten bana, attden slutna banan måste ha en vertikal rörel- sekomponent, och att vinkelhastigheten i den slutna banan måste vara större än en vinkelhastighet som tillåter luftvolymen 14 att stanna kvar relativt nära behållarens topp, men inte så stor att turbulensen koncentreras till ett område kring axellinjen för den slutna banan. Det föredragna och korrekta sättet att utföra blandning enligt uppfinningen omfattar därför stegen att fylla en behållare delvis med vätska, lämna kvar en luftvolym i behållaren, försätta behållaren i rörelse i en sluten bana vilken har åtminstone någon vertikal komponent, förflytta be- hållaren i denna bana med en sådan hastighet att luftvolymen 7 8005412-7 inuti behållaren förflyttas bort från toppen på behållaren och blandas in i vätskan i behållaren för att förorsaka omfattande turbulens i behållaren.

I praktiken har man med en typisk färgbehållare på 3,8 liter funnit att en sluten bana med en vertikal amplitud mellan 4,8 och 28,6 mm är tillräcklig för att åstadkomma önskad turbulens i behållaren, varvid varvtalet för rörelsen i den slutna banan uppgår till mellan 400 och 2100 varv/minut. Den relativa bland- ningseffektiviteten med dessa parametrar bestäms av egenskaperna hos vätskan själv, men de flesta vanliga i handeln förekommande färgblandningar har befunnits erhålla god blandning då rörelsen utförts inom nämnda amplitudintervall och varvtalsintervall un- der en relativt kort tidsperiod varierande mellan 15 och 90 se- kunder.

Uppfinningen kan tillämpas i andra varianter utan att avvika från uppfinningens idé, varför ovanstående exempel skall be- traktas såsom belysande och inte såsom begränsande. Skydds- omfånget definieras av de efterföljande patentkraven.

Claims (5)

10 15 20 25 30 8003412-7 Patentkrav

1. Sätt att blanda vätskeblandningar i en sluten behållare, k ä n n e t e c k n a t av följande steg: x a) en cylindrisk behållare (10) fylls delvis med en vätske- blandníng (12) så att en luftvolym (14) kvarlämnas i behålla- Zell, b) behållaren försätts. med sin lângdaxel horisontellt orien- terad, í cyklísk rörelse 1 en sluten bana i ett vertikalplan vinkelrätt mot längdaxeln. och c) den cykliska rörelsens varvtal avpassas så att vätske- blandningen díspergeras i luftvolymen i behållaren.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att behållarens rörelse i sluten bana tilläts pågå mellan 15 och 90 sekunder.

3. Sätt enligt krav l eller 2. k ä n n e t e c k n a t av att den slutna banan har en vertikal amplitud uppgående till mellan 4.8 och 28,6 mm.

4. Sätt enligt något av krav 1-3, k ä n n e t e c k - n a t av att den cykliska rörelsens varvtal uppgår till mellan 400 och 2100 varv/minut.

5. Sätt enligt något av krav 1-4, k ä n n e t e c k - n a t av att varvtalet väljs så att turbulent inopblandníng av vätskeblandningen och luftvolymen sker.